[实用新型]一种耦合太阳能光热的高温电解水制氢系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能和氢能综合利用领域，具体讲涉及一种耦合太阳能光热的高温电解水制氢系统。

背景技术

氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。它重量轻、热值高、燃烧性能好、无毒可回收再利用，是优质的二次能源。但是目前制约氢能大规模商业应用的重要因素就是还未找到一种廉价的制氢技术。而太阳能是最普遍一次能源，太阳能集热供热技术的运行成本很低，完全绿色零排放，将太阳能与氢能结合，开发一种更廉价的制氢技术是本实用新型所关注的。

现有的制氢技术中，电解水制氢中，电费占整个电解水制氢生产费用的80％左右。

而高温蒸汽电解制氢技术采用高温固体氧化物电解池(SOEC)电解水蒸汽，该技术具有电能消耗少、高效、成本较低等优点。为电解池提供800℃以上的高品质热能，可以由可再生能源或核能实现，但燃烧化石能源获得热能被认为并不经济也不环保。

常规的太阳能光热聚光系统并不能提供稳定的热能，随着天气的变化或日落之后，系统就无法稳定、持续运行。

因此，如何提供一种具有稳定热源并且能够保证系统的持续稳定运行的制氢系统，是本领域人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种耦合太阳能光热的高温电解水制氢系统，该系统无需耗费化石能源，生产过程更为绿色环保，并且大幅的减小了耗电量；其提供稳定热源，解决了光热系统随天气变化而不稳定的情况，提高了系统的可用性和可靠性，同时提高了系统的电解效率。

一种耦合太阳能光热的高温电解水制氢系统，所述制氢系统包括依次连接的热能供给模块，制氢及分离模块和存储模块，所述制氢及分离模块上设有直流电源，所述制氢及分离模块和存储模块均与水箱连接；

所述热能供给模块包括依次连接的聚光装置、集热装置、储热高温热管换热器和换热器单元；

所述集热装置安装在所述聚光装置的焦点处，所述集热装置吸收所述聚光装置中的热能，使得所述集热装置的内部温度不低于1000℃；

所述储热高温热管换热器将所述集热装置收集到的热能输送至所述换热器单元；

所述换热器单元将所述集热装置收集的热能传输给所述制氢及分离模块，加热所述制氢及分离模块中的水和氢气混合物至800℃以上的水蒸汽与氢气混合物。

优选的，所述换热器单元为蒸汽换热器，所述蒸汽换热器通过所述储热高温热管换热器将所述集热装置存储的热能传输给所述制氢及分离模块。

优选的，所述换热器单元包括高温储热装置和与所述高温储热装置连接的放热高温热管换热器；

所述高温储热装置通过所述储热高温热管换热器存储所述集热装置中的热能，并保持其内部温度高于800℃；

所述放热高温热管换热器将所述高温储热装置存储的热能传输给所述制氢及分离模块。

优选的，所述制氢及分离模块包括高温固体氧化物电解池和氢气水蒸汽分离器；

所述高温固体氧化物电解池内设有阴极、电解质和阳极；

所述高温固体氧化物电解池上设有所述直流电源，所述高温固体氧化物电解池利用所述直流电源提供的电能将高温水蒸汽电解成为氢气与氧气；

所述氢气水蒸气分离器与所述高温固体氧化物电解池的阴极侧的顶端连接以接收氢气与水蒸汽的混合物并分离出纯氢气。

优选的，所述存储模块包括氢气冷却器、氢气存储装置、氧气冷却器和氧气存储装置；

所述氢气水蒸汽分离器、氢气冷却器和氢气存储器依次连接；

所述高温固体氧化物电解池的阳极侧、氧气冷却器和氧气存储装置依次连接，所述氧气冷却器接收并冷却所述高温固体氧化物电解池的阳极侧的氧气；

所述氢气冷却器与所述氧气冷却器连接。

优选的，所述换热单元与所述高温固体氧化物电解池连接；

所述换热单元将热能传输至所述高温固体氧化物电解池，使所述高温固体氧化物电解池内温度不低于800℃。

优选的，所述高温固体氧化物电解池与所述水箱之间连接有给水泵。

优选的，所述氢气冷却器和氧气冷却器均通过循环水泵与所述水箱连接。

优选的，所述高温储热装置采用高温陶瓷基复合相变储热材料或者高温陶瓷显热储热材料。