一種新能源電解儲能系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及能量轉化與儲能技術領域，具體涉及一種新能源電解儲能系統。
【背景技術】
[0002]進入21世紀，隨著能源、環境和氣候變化，能源安全和環境保護提出了更高的標準和要求。首先，經濟發展對電力需求的增加，而電力生產將消耗更多的化石能源。而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，化石燃料的燃燒導致了大量污染物的排放，溫室效應日益嚴重，一些地方的霧霾帶來的環境問題也日益突出。從能源可持續發展和環境保護的角度出發，大力接納新能源發電，推進能源戰略轉型是當務之急。然而新能源發電特別是風電和光伏發電具有隨機性、間歇性等特點，接入的電網會帶來電壓波動、頻率波動等電能質量問題，甚至可能影響到電網安全穩定運行，因此必須配合儲能系統改善新能源發電的運行特性。
[0003]可再生能源逐漸由輔助能源轉為主導能源，其中新型儲能技術是可再生能源普及應用的核心技術，大規模儲能技術目前主要包括三方面: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峰和系統備用，然而其儲能密度低，建設受地形制約，選址困難，投資大，建設周期長；飛輪儲能適用于電網調頻和電能質量保障，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量；三是電化學儲能(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、建設周期短等優點，成為了研究熱點。有的地區為配合新能源入網建立了20麗的電化學電池儲能的示范工程。然而這些化學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；存在自放電現象，長時間儲能會有電能的流失；充放電次數和充放電的深度成反比，其壽命和充放電循環次數及深度有關；價格相對昂貴，擴容一倍，造價會增加一倍以上。鑒于這些局限性，亟需尋找綠色無污染、能量密度高、放電次數無限制，壽命長以及對地理條件要求不高的新型儲能技術以補充現有儲能結構。氫儲能被認為是極具潛力的未來新型大規模儲能技術。氫儲能是可持續、環保的長期儲能技術，在能源危機以及環境不斷惡化的背景下氫儲氫受到了世界各國的關注。在氫儲能系統應用方面，歐洲有多個配合新能源接入使用的氫儲能系統的示范項目:為提升可再生能源消納能力，德國推進PTG (Power to Gas)項目；為提高光伏發電利用率，滿足晚高峰用電需求，法國科西嘉島MYRTE項目實現了氫儲能配合新能源接入的示范應用；為解決新能源高滲透率下的問題，意大利普利亞地區的INGRID項目計劃配備39Mffh的氫儲能系統等。
[0004]CN200910090726.8號中國專利公布了一種太陽能發電系統及太陽能氫蓄能裝置，所披露的氫儲能裝置包括設置有氫氣集氣室的電解槽，電解槽內的電極與太陽能發電設備輸出的直流電連接，電解槽內的電解液在直流電的作用下產生氫氣，氫氣存儲在與氫氣集氣室連通的氫氣存儲器內。
[0005]CN201210029959.9號中國專利公布了一種風力發電制氫儲能供氫和后備發電裝置，該裝置包括風力發電機、電源變換制氫控制器、中高壓電解水制氫機、儲氫罐、氫發電裝置、減壓閥，風力發電機輸出端與電源變換制氫控制器輸入端聯接，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電裝置供電給用戶電器。CN201110441232.7號專利公布了一種新型高效的太陽能光伏-氫儲能發電系統，該系統包括系統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電裝置。
[0006]現有技術公開的新能源電解儲能系統一般存在效率低下的弊端，新能源電力-制氫-發電的整體效率一般低于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模應用。新能源電解儲能存在低效、高成本的商業化障礙主要是由于以下技術問題:1)電解裝置的電解效率低；2)氫發電效率低；3)電解裝置與發電裝置為獨立設備，分開運行；4)電解裝置或發電裝置采用Pt等貴金屬作為催化劑。為此需要提供一種高效、低成本的新能源電解儲能裝置來解決現有技術的不足。
【發明內容】
[0007]為解決上述問題，本發明提出一種新能源電解儲能系統，替代了傳統制氫儲能中的電解裝置和燃料電池發電裝置，簡化了系統，降低了經濟成本。
[0008]本發明的目標是采用下述技術方案實現的:
[0009]—種新能源電解儲能系統，包括:可再生固體氧化物燃料電池、相變儲能裝置、新能源發電裝置、功率適配器、燃料罐和水箱；
[0010]所述可再生固體氧化物燃料電池作為該新能源電解儲能系統的核心裝置，用于高溫電解制取燃料與燃料高溫發電；所述新能源發電裝置，用于將新能源和一次能源轉化為電力；所述相變儲能裝置，用于管理該新能源電解儲能系統運行中產生的熱量；所述功率適配器，用于將新能源電力轉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；所述燃料罐，用于儲存可再生固體氧化物燃料電池電解制備的H2、C0和CH4燃料；所述水箱，用于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電產生的水，形成新能源電解儲能系統的獨立水源。
[0011]優選的，所述相變儲能裝置為所述可再生固體氧化物燃料電池的高溫電解制取燃料，提供高溫蒸汽和電解反應所需熱能，以及收集可再生固體氧化物燃料電池高溫發電產生的廢熱；
[0012]優選的，所述高溫電解制取燃料具體包括::
[0013]新能源電力經過電能調制，以變電壓直流電的方式為可再生固體氧化物燃料電池供給用于高溫蒸汽電解制取的h2、CO和CH4燃料；制取燃料的速率隨著新能源電力功率而波動，當新能源電力功率增大時，電解電壓增大，燃料制取速率增加；
[0014]在電解過程中，可再生固體氧化物燃料電池的燃料電極側通入水蒸汽或者水蒸汽與0)2的混合物進行電化學還原反應。
[0015]進一步地，所述水蒸汽由相變儲能裝置中的熱能加熱水箱中的液態水制得；
[0016]進一步地，其特征在于，所述燃料高溫發電具體包括:
[0017]制得的濕燃料經過干燥冷凝脫水后進入燃料罐存儲，冷凝水回收在水箱中，濕燃料中的廢熱回收于相變儲能裝置之中，電解過程中產生的氧氣經過余熱回收后直接排空；
[0018]當需要電力時，將制取的H2、C0和014燃料直接供給可再生固體氧化物燃料電池的燃料電極，并向可再生固體氧化物燃料電池的氧電極通入空氣，由相變儲能裝置提供啟動熱量，將可再生固體氧化物燃料電池預熱到一定溫度后開始發電；
[0019]伴隨發電的同時，燃料電極的產物水和廢熱，以及空氣電極的廢熱分別回收到水箱和相變儲能裝置之中。
[0020]進一步地，所述新能源電解儲能系統的控制策略包括:
[0021](I)熱管理控制策略:通過相變儲能對新能源電解儲能系統的熱量進行管量；當可再生固體氧化物燃料電池電解制取燃料時，通過相變儲能裝置提供熱量；當可再生固體氧化物燃料電池發電時，通過相變儲能裝置回收余熱，同時相變儲能裝置中的熱能通過新能源熱來進行補充；
[0022](2)可再生固體氧化物燃料電池控制策略:在儲能過程中，新能源電解儲能系統中的可再生固體氧化物燃料電池轉入電解模式；在發電過程中，新能源電解儲能系統中的可再生固體氧化物燃料電池轉入發電模式；
[0023](3)水管理控制策略:新能源電解儲能系統中電解所需的水源通過可再生固體氧化物燃料電池發電回收的冷凝水進行補充。
[0024]與最接近的現有技術比，本發明提供的技術方案具有以下有益效果:
[0025]I)本發明提供的可再生固體氧化物燃料電池具有電化學還原制取燃料和燃料高效發電的雙功能，能替代傳統制氫儲能中的電解裝置和燃料電池發電裝置，簡化了系統，降低了成本。
[0026]本發明提供的裝置將傳統的制氫儲能電解裝置低于70%的電解效率提高近至100%,,對新能源電力的損耗小，能以最大化地通過燃料化學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電效率高達80%，能實現高效發電；可再生固體氧化物燃料電池使用全陶瓷材料結構，成本極為低廉；除能制H2，還能制取CO、014等多種燃料，與終端用戶使用的能源兼容性好；
[0027]2)采用本發明提供的相變儲能裝置對新能源儲能系統進行熱管理，能實現可再生固體氧化物燃料電池的穩定可靠運行，極大地優化新能源電解儲能系統的能量綜合利用效率;
[0028]3)本發明提供了一種采用自給給足獨立水源方案，有利于減小系統的日常維護。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明新能源電解儲能系統結構示意圖；
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步的詳細說明。
[0031]如圖1所示，一種新能源電解儲能系統，包括:可再生固體氧化物燃料電池、相變儲能裝置、新能源發電裝置、功率適配器、燃料罐和水箱；
[0032]所述可再生固體氧化物燃料電池作為該新能源電解儲能系統的核心裝置，用于高溫電解制取燃料與燃料高溫發電；所述新能源發電裝置，如太陽能光伏電池、風力發電機，用于將新能源和一次能源轉化為電力；所述相變儲能裝