[实用新型]一种尿素废水用于高安全高效率风电制氢调峰调频系统

说明书

本实用新型公开了一种尿素废水用于高安全高效率风电制氢调峰调频系统，风力发电系统的输出端与功率分配器的输入端相连接，功率分配器的两个输出端分别与变压器的输入端及蓄电池的充电接口相连接，蓄电池的放电接口与电解槽的电源接口相连接，尿素废水输入管道依次经过滤装置及废水储罐与电解槽的液体入口相连通，电解槽的阴极产物出口依次经氢气缓冲罐、氢气压缩机及储氢罐与燃料电池的氢气入口相连通，燃料电池的输出端与变压器的输入端相连接，电解槽的阳极产物出口依次经氧气缓冲罐及氧气压缩机与储氧罐的入口相连通；变压器的输出端与电网相连接，该系统能够利用弃风弃电实现尿素废水中尿素的电解制氢，且电解槽的产氢量及使用寿命较好。

技术领域

本实用新型属于制氢和环保技术领域，涉及一种尿素废水用于高安全高效率风电制氢调峰调频系统。

背景技术

随着氢燃料电池的快速发展，氢气作为最清洁高效的能源，近年来得到了广泛的关注。目前规模化的制氢方式主要为天然气(含石脑油、重油、炼厂气和焦炉气等)水蒸汽转化、煤(含焦炭和石油焦等)转化制氢及尿素或氨裂解制氢、水电解等制氢技术，但是化石能源转换方式始终无法完全避免零碳排放。水电解制氢通过电解水而获得高纯度的氢气，氢气纯度可高达99.9999％，但是，水电解制氢的电耗太大，导致成本过高。

然而，风电的快速发展及弃风的大量出现为电解水制氢提供了新的机会。根据2011年10月国家发展改革委能源研究所发布了《中国风电发展路线图2050》，提出风电已经开始并将继续成为实现低碳能源战略的主力能源技术之一。由于风力发电的不确定性高，风电输出功率和频率的波动随着风速的变化而变化，因此，受季节、环境、位置等影响较大，其输出电能质量较差、可靠性低，大规模风电并网给电网安全稳定运行带来影响；同时，电网对风力发电的消纳有限，造成弃风弃电严重。利用弃电进行电解水制氢，不仅可能提升风电系统的能源利用效率，而且生产出附加产品氢气，实现了风能资源的综合利用。

尿素废水的也渐渐成为我国量大、污染严重、难处理的废水之一，受到人们的广泛关注。为了处理好节水减排和环境保护的问题，我们需要采用合理的技术对废水进行深度处理并加以利用，达到可持续发展的目的。尿素废水中含有大量尿素，相比于传统的生化、物理处理方法，对尿素废水进行电解处理，不仅可以实现污水的净化，还能实现污水资源化。同时，尿素的标准电位是0.37V,远低于电解水的理论电压(1.23V)。因此尿素废水可能在较低的能耗下实现电解制氢。尿素电解的反应式为:

阴极：6H₂O+6e^-→3H₂+6OH^-

阳极：CO(NH₂)₂+6OH^-→N₂+5H₂O+CO₂+6e^-

总反应：CO(NH₂)₂+H₂O→N₂+3H₂+CO₂ E＝0.37V

由反应式可知,电解尿素不仅可以利用尿素本身的氢,还可以从水中获得氢,因此,氢的利用率非常高。

但是，由于风电功率输出具有随机性、间歇性和波动性，当将多余风电直接接入电解槽时，会对产氢量及电解槽的使用寿命造成影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种尿素废水用于高安全高效率风电制氢调峰调频系统，该系统能够利用弃风弃电实现尿素废水中尿素的电解制氢，且电解槽的产氢量及使用寿命较好，系统的灵活性优异。