[发明专利]一种利用液态天然气冷能发电制氢的系统

说明书

本发明提出一种利用液态天然气冷能发电制氢的系统，该系统包括低温朗肯循环发电系统、LNG气化系统和电解水系统，包括低温朗肯循环发电系统、LNG气化系统和电解水系统，借助低温朗肯循环发电系统实现液态天然气冷能向电能的转化，并利用发出的电力在电解水系统中完成水的电解过程，制得氢气和氧气，所述LNG气化系统利用低温朗肯循环发电系统中膨胀做功后的高温工质充分换热，吸收热量气化。解决目前液态天然气冷能利用效率低、电解水制氢成本高及氢气远距离输送困难的技术问题，本发明将LNG冷能发电与电解水有机地耦合在一起，产生协同效应，克服LNG冷能利用率低和电解水制氢成本高的缺点，具有提高LNG冷能利用效率和提高制氢效率的效果。

技术领域

本发明涉及一种利用液态天然气冷能发电制氢的系统，属于可再生能源、天然气技术领域。

背景技术

天然气在运输储存过程中一般是以液化天然气(LNG)的形式存在的，而在使用时需要在LNG接收站内进行气化，在气化过程中会伴随大量的冷量释放，约为830kWh/kg，其中既包括LNG的气化潜热，也包括气态天然气从储存温度升温到环境温度的显热。如果能把这部分冷能加以利用，不仅能节约能源、带来显著的经济效益，还可以减少LNG气化对环境造成的冷污染。目前对LNG冷能的利用方式包括冷能发电、轻烃分离、材料粉碎等。考虑到各项技术的适用场景及冷能回收效率，LNG发电是最具有潜力的。

氢能源作为一种绿色的可再生能源，以其燃烧热值高、清洁环保等特性引起了广泛关注。现有的多数制氢技术在生产氢气的同时都会产生大量的二氧化碳排放，在碳中和的背景下电解水制氢技术的优势就显得尤为明显，且技术相对成熟。根据电解过程中使用电解质的不同可以将电解水制氢技术分为碱性电解水制氢技术、固体氧化物电解水制氢技术和质子交换膜电解水技术三大类。其中，质子交换膜制氢系统中的质子交换膜只允许氢离子单向通过，保证了制得气体的较高纯度，并且只需要纯水作为电解质，具有极强的可再生能源适应性。

虽然电解水制氢技术相较其余制氢技术有着明显的优势，但目前全球范围内通过电解水制取氢气的比例仅为约4％。其中存在最大的问题是电力的经济投入在整个项目中占比巨大，导致了电解水制氢总体经济性较差。

若在制氢端附近有长期稳定氢负荷时，氢气就近直接利用是最经济的手段。若氢气需要长距离运输，受氢气特殊的物理及化学性质所限，只能利用高压气态氢气或液氢储运手段进行小规模运输，目前还没有适合大规模氢气远距离运输的方法。而当氢气与天然气同时运输时，可以借助在天然气管道中掺混一定量氢气的方式，在不显著增加供能成本的前提下实现氢气远距离运输，再到用户侧进行氢气重整或直接使用天然气-氢气混合燃烧。

发明内容

本发明为了解决目前液态天然气冷能利用效率低、电解水制氢成本高及氢气远距离输送困难的技术问题，提出一种利用液态天然气冷能发电制氢的系统。

本发明提出一种利用液态天然气冷能发电制氢的系统，包括低温朗肯循环发电系统、LNG气化系统和电解水系统，包括低温朗肯循环发电系统、LNG气化系统和电解水系统，借助低温朗肯循环发电系统实现液态天然气冷能向电能的转化，并利用发出的电力在电解水系统中完成水的电解过程，制得氢气和氧气，所述LNG气化系统利用低温朗肯循环发电系统中膨胀做功后的高温工质充分换热，吸收热量气化。

所述低温朗肯循环发电系统包括工质循环泵、预热器、蒸发器、透平、发电机、冷凝器、变压器和蓄电池，所述冷凝器、工质循环泵、预热器、蒸发器、透平连接成一个回路，所述透平与发电机、变压器和蓄电池依次连接，同时变压器还与电解水系统连接。

循环工质在工质循环泵的驱动下在系统内部循环，循环工质经过工质循环泵的加压作用后压力提高，依次经过预热器和蒸发器与热源侧高温工质进行换热，成为饱和或过热气体；气体进入透平中膨胀做功，带动发电机发电，发出的电能经过变压器后为电解水系统供能，产生的多余电力经过变压器后，储存在蓄电池中，以达到平稳系统负荷波动的目的，膨胀做功后的高温工质进入冷凝器中与LNG气化系统发生热交换，温度降低，重复循环过程。