一種新能源電解儲能裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及能量轉(zhuǎn)化與儲能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新能源電解儲能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]進入21世紀，人們對能源、環(huán)境、氣候變化，能源安全和環(huán)境保護日益關(guān)注。首先，隨著國民經(jīng)濟對電力需求的增加，電力生產(chǎn)將消耗更多的化石能源。然而，地球上可開采的化石能源是有限的，化石能源的枯竭成為了一個嚴峻的問題。再者，大量燃燒化石燃料導(dǎo)致了大量污染物的排放，使溫室效應(yīng)日益嚴重，例如有的地區(qū)出現(xiàn)的霧霾。從能源可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護的角度出發(fā)，大力接納新能源發(fā)電，推進能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型是當務(wù)之急。然而新能源發(fā)電特別是風電和光伏發(fā)電具有隨機性、間歇性等特點，其接入電網(wǎng)會帶來電壓波動、頻率波動等電能質(zhì)量問題，甚至可能影響到電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，所以必須配合儲能系統(tǒng)以適應(yīng)新能源發(fā)電的運行特性。
[0003]可再生能源正由輔助能源轉(zhuǎn)為主導(dǎo)能源，新型儲能技術(shù)是可再生能源普及應(yīng)用的核心技術(shù)，常用的儲能技術(shù)主要包括三方面:一是物理儲能(包括抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)，抽水蓄能儲能和壓縮空氣儲能主要用于電力調(diào)峰和系統(tǒng)備用，然而其儲能密度低，建設(shè)受地形制約，選址困難，投資大，建設(shè)周期長；飛輪儲能適用于電網(wǎng)調(diào)頻和電能質(zhì)量保障，屬于功率儲能，能量密度比較低；二是電磁儲能(包括超導(dǎo)儲能、超級電容器儲能等)，屬于功率型儲能，適用于短時間提供功率，不能長時間供電，多用于短期供電和提高電能質(zhì)量；三是電化學(xué)儲能(包括鉛酸電池、鋰電池、釩電池和鈉流電池等)，由于其使用方便、建設(shè)周期短等優(yōu)點，成為了研究熱點。國家電網(wǎng)在張北為配合新能源入網(wǎng)建立了 20MW的電化學(xué)電池儲能的示范工程。然而這些化學(xué)電池都有各自的局限性:污染嚴重，特別是鉛酸電池；能量密度較低；存在自放電現(xiàn)象，長時間儲能會有電能的流失；充放電次數(shù)和充放電的深度成反比，其壽命和充放電循環(huán)次數(shù)及深度有關(guān)；價格相對昂貴，當擴容一倍，造價增加不止一倍。鑒于這些局限性，亟需尋找綠色無污染、能量密度高、放電次數(shù)無限制，壽命長以及對地理條件要求不高的新型儲能技術(shù)，補充現(xiàn)有儲能結(jié)構(gòu)。氫儲能被認為是極具潛力的未來新型大規(guī)模儲能技術(shù)。氫儲能是可持續(xù)、環(huán)保的長期儲能技術(shù)，在能源危機以及環(huán)境不斷惡化的背景下氫儲氫受到了世界各國的關(guān)注。在氫儲能系統(tǒng)應(yīng)用方面，歐洲有多個配合新能源接入使用的氫儲能系統(tǒng)的示范項目:為提升可再生能源消納能力，德國推進PTG(Power to Gas)項目；為提尚光伏發(fā)電利用率，滿足晚尚峰用電需求，法國科西菊島MYRTE項目實現(xiàn)了氫儲能配合新能源接入的示范應(yīng)用；為解決新能源高滲透率下的問題，意大利普利亞地區(qū)的INGRID項目計劃配備39Mffh的氫儲能系統(tǒng)等。
[0004]目前，關(guān)于新能源電解儲能的專利技術(shù)有CN200910090726.8號中國專利，該專利公披露了一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)及太陽能氫蓄能裝置，其中的氫儲能裝置包括設(shè)置有氫氣集氣室的電解槽，電解槽內(nèi)的電極與太陽能發(fā)電設(shè)備輸出的直流電連接，電解槽內(nèi)的電解液在直流電的作用下產(chǎn)生氫氣，氫氣存儲在與氫氣集氣室連通的氫氣存儲器內(nèi)。
[0005]CN201210029959.9號專利公布了一種風力發(fā)電制氫儲能供氫和后備發(fā)電裝置，該裝置包括風力發(fā)電機、電源變換制氫控制器、中高壓電解水制氫機、儲氫罐、氫發(fā)電裝置、減壓閥，風力發(fā)電機輸出端與電源變換制氫控制器輸入端聯(lián)接，電源變換制氫控制器輸出端接中高壓電解水制氫機電源輸入端，中高壓電解水制氫機所產(chǎn)的氫氣直接充入可承受同樣壓強的儲氫罐，儲氫罐出口通過管道接入氫發(fā)電裝置供電給用戶電器。另一件CN201110441232.7號專利公布了一種新型高效的太陽能光伏-氫儲能發(fā)電系統(tǒng)，它包括系統(tǒng)動力源太陽能光伏電池、功率分配器、直流負載和由電解槽、儲氫罐、燃料電池組成的儲能再發(fā)電裝置。
[0006]從公開的上述現(xiàn)有技術(shù)和應(yīng)用中的已有技術(shù)的現(xiàn)狀顯露出它們的新能源電解儲能系統(tǒng)存在效率低下，一般新能源電力-制氫-發(fā)電的整體效率低于40%，而且成本高昂，這無疑限制了新能源電力電解儲能的大規(guī)模應(yīng)用。新能源電解儲能存在低效、高成本的商業(yè)化障礙主要是由于以下技術(shù)問題:1)電解裝置的電解效率低；2)氫發(fā)電效率低；3)電解裝置與發(fā)電裝置為獨立設(shè)備，分開運行；4)電解裝置或發(fā)電裝置采用Pt等貴金屬作為催化劑。為克服目前新能源電解制氫儲能的上述技術(shù)問題，需要提供一種高效、低成本的新能源電解儲能裝置。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]為解決上述問題，本實用新型提出一種新能源電解儲能裝置，替代了傳統(tǒng)制氫儲能中的電解裝置和燃料電池發(fā)電裝置，簡化了系統(tǒng)，降低了經(jīng)濟成本。
[0008]本實用新型的目標是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]—種新能源電解儲能裝置，包括:可再生固體氧化物燃料電池、相變儲能裝置、新能源發(fā)電裝置、功率適配器、燃料罐和水箱；所述新能源發(fā)電裝置、功率適配器和可再生固體氧化物燃料電池依次連接后接入電網(wǎng)；所述可再生固體氧化物燃料電池分別與燃料罐、相變儲能裝置和水箱相互連接。
[0010]優(yōu)選的，所述可再生固體氧化物燃料電池為用于高溫電解制取燃料與燃料高溫發(fā)電的電池；
[0011]所述新能源發(fā)電裝置為將新能源和一次能源轉(zhuǎn)化為電力的電池；
[0012]所述功率適配器為將所述新能源發(fā)電裝置輸出的新能源電力轉(zhuǎn)化為適用于所述可再生固體氧化物燃料電池電解的直流電的電池；
[0013]所述相變儲能裝置為管理該新能源電解儲能裝置運行中產(chǎn)生的熱量的裝置；
[0014]所述燃料罐為儲存可再生固體氧化物燃料電池電解制備的H2、C0和/或CH4燃料的燃料罐；
[0015]所述水箱為可再生固體氧化物燃料電池電解提供水源和收集可再生固體氧化物燃料電池發(fā)電產(chǎn)生的水，形成新能源電解儲能裝置的獨立水源的水箱。
[0016]優(yōu)選的，新能源熱能通過熱力管道與所述相變儲能裝置的輸入端相接，所述相變儲能裝置的輸出端與可再生固體氧化物燃料電池的輸入端連接以向可再生固體氧化物燃料電池提供高溫蒸汽和電解反應(yīng)所需熱能；所述可再生固體氧化物燃料電池的輸出端連接燃料罐的輸入端。
[0017]優(yōu)選的，所述可再生固體氧化物燃料電池的輸出端與所述相變儲能裝置的輸入端連接以輸出高溫發(fā)電產(chǎn)生的廢熱。
[0018]優(yōu)選的，所述相變儲能裝置包含一個利用液態(tài)水制高溫蒸汽的加熱水箱；所述加熱水箱和所述水箱相互連接，共同向所述可再生固體氧化物燃料電池的電極側(cè)通入水蒸汽或者水蒸汽與C02的混合物。
[0019]優(yōu)選的，所述水箱通過可再生固體氧化物燃料電池與燃料罐相接。優(yōu)選的，所述水箱通過可再生固體氧化物燃料電池與燃料罐相接。
[0020]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本實用新型提供的技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0021]1)本實用新型提供的可再生固體氧化物燃料電池具有電化學(xué)還原制取燃料和燃料高效發(fā)電的雙功能，可以替代傳統(tǒng)制氫儲能中的電解裝置和燃料電池發(fā)電裝置，簡化了系統(tǒng)，降低了成本。
[0022]本實用新型提供的技術(shù)方案采用該裝置可使電解效率接近100%，而傳統(tǒng)制氫儲能電解裝置低于70%，對新能源電力的損耗小，能最大化地通過燃料化學(xué)能的方式儲存新能源電力；另一方面可再生固體氧化物燃料電池的發(fā)電效率可高達80%，能實現(xiàn)高效發(fā)電；可再生固體氧化物燃料電池使用全陶瓷材料結(jié)構(gòu)，成本極為低廉；而且不僅能制取H2，還能制取C0、CH4等多種燃料，這些燃料與終端用戶能源使用兼容性好；
[0023]2)本實用新型提供的技術(shù)方案采用相變儲能裝置對新能源儲能裝置進行熱管理，能實現(xiàn)可再生固體氧化物燃料電池可靠穩(wěn)定運行，極大地優(yōu)化新能源電解儲能裝置的能量綜合利用效率；
[0024]3)本實用新型提供的技術(shù)方案采用自給給足獨立水源方案，有利于減小系統(tǒng)的日常維護。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型新能源電解儲能裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做進一步的詳細說明。
[0027]如圖1所示，一種新能源電解儲能裝置，包括:可再生固體氧化物燃料電池、相變儲能裝置、新能源發(fā)電裝置、功率適配器、燃料罐和水箱；所述新能源發(fā)電裝置、功率適配器和可再生固體氧化物燃料電池依次連接接入電網(wǎng)；所述可再生固體氧化物燃料電池分別與燃料罐、相變儲能裝置和水箱相互連接。
[0028]可再生固體