[发明专利]使用熔融碳酸盐电解池的燃烧式涡轮机的能量储存

说明书

一种能量储存系统包括：燃烧式涡轮机，配置为输出加热的吹扫气体；重整器，配置为接收天然气并输出重整天然气；熔融碳酸盐电解池(MCEC)，包含MCEC阳极和MCEC阴极，其中MCEC配置为在制氢模式下运行，在制氢模式下，MCEC阳极接收来自重整器的重整天然气，并输出含有氢气的MCEC阳极排气，并且MCEC阴极配置为接收来自燃烧式涡轮机的加热的吹扫气体，并输出MCEC阴极排气；以及储罐，配置为接收含有氢气的MCEC阳极排气。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年2月18日提交的美国临时申请第62/806,995号的权益和优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

背景技术

本申请总体涉及使用燃料电池的能量储存领域。

可以通过从水或烃类产生氢气(H₂)来储存能量。使用常规水电解槽来储存能量可能是低效的，并且可能需要控制可从燃烧式涡轮机获得的温度，从而增加了能量储存的成本和能量消耗。每产生一千克氢气常规高温和室温电解槽可能需要30至60kWh电力。

发明内容

本公开的系统和方法涉及一种能量储存系统，其可以将多余能量储存为氢气并从甲烷产生额外的氢气。熔融碳酸盐电解池(MCEC)(也称为重整器-电解槽-净化器(REP))可以用于产生H₂。PCT公开号WO2015/116964中描述了REP和包括它们的系统的示例，并被转让给本申请的受让人。当部分重整的天然气进料和蒸汽送入MCEC时，使用该技术可以实现每产生一千克氢气所需电力低于8kWh。

一个实施例涉及一种能量储存系统，其包括配置为输出加热的吹扫气体的燃烧式涡轮机。能量储存系统还包括重整器，其配置为接收天然气和蒸汽并输出部分重整的天然气。能量储存系统进一步包括MCEC。MCEC包括MCEC阳极，其配置为接收来自重整器的部分重整的天然气。MCEC阳极配置为输出MCEC阳极排气，其含有比从重整器接收的部分重整的天然气更多的氢气。MCEC包括MCEC阴极，其配置为接收来自燃烧式涡轮机的加热的吹扫气体。MCEC阴极配置为输出MCEC阴极排气。MCEC配置为在制氢模式下运行。能量储存系统进一步包括储罐，其配置为接收含有氢气的MCEC阳极排气。

在可与上述实施例和方面任意组合的能量储存系统的一个方面中，电化学氢气压缩机(EHC)包括EHC阳极，其配置为接收MCEC阳极排气。EHC包括EHC阴极，其配置为将纯化的加压含氢流输出到储罐。

在可与上述实施例和方面任意组合的能量储存系统的一个方面中，EHC阳极配置为输出含有未回收的氢气和非氢燃料的EHC阳极排气。

在可与上述实施例和方面任意组合的能量储存系统的一个方面中，燃烧器配置为接收MCEC阴极排气和EHC阳极排气，并提高重整器的温度。

在可与上述实施例和方面任意组合的能量储存系统的一个方面中，燃烧器配置为接收来自燃烧式涡轮机的加热的吹扫气体和EHC阳极排气。燃烧器配置为在加热的吹扫气体被MCEC阴极接收之前对加热的吹扫气体进一步加热。

在可与上述实施例和方面任意组合的能量储存系统的一个方面中，甲烷化催化剂配置为接收MCEC阳极排气并将MCEC阳极排气中的一氧化碳转化为甲烷。

在可与上述实施例和方面任意组合的能量储存系统的一个方面中，燃烧式涡轮机配置为接收来自重整器的部分重整的天然气，如同没有多余电力可用于存储时的情况。

在可与上述实施例和方面任意组合的能量储存系统的一个方面中，质子交换膜(PEM)燃料电池配置为接收来自MCEC的MCEC阳极排气和/或来自储罐的含氢流，并输出电。

在可与上述实施例和方面任意组合的能量储存系统的一个方面中，PEM燃料电池配置为输出未反应燃料。燃烧器配置为接收MCEC阴极排气、EHC阳极排气(如果系统包括EHC)和来自PEM燃料电池的未反应燃料，并提高重整器的温度。