[发明专利]一种制储充氢系统及配置方法

说明书

本发明实施例提出了一种制储充氢系统及配置方法，以电解制氢、固体合金或有机物液体储氢材料作为储放氢材料的制储充氢系统，提供了基于用氢需求和材料特性的制储充氢系统的配置方法，通过制氢单元、储氢单元、放氢单元之间的协同配合，实现在满足用氢需求条件下的总投资最低，节约投资成本；且同时考虑了温度和压力对储放氢材料工作特性和总投资的影响，给出了最佳工况的选择方案，使得系统内的储氢材料和放氢材料处于吸氢、存储和放氢的动态循环内，并使得所有储氢模块和放氢模块均获得充分利用。

技术领域

本发明涉及氢能与燃料电池领域技术领域，特别涉及到一种制储充氢系统及配置方法。

背景技术

在氢能应用中，氢的按需储存和释放是影响用氢安全和成本的重要问题。目前应用最广泛的气态储氢存在安全性差、储氢密度低的问题，在大规模氢储能应用中，其爆炸危险性和超大体积储罐会造成占地和管理成本的大幅提升，且气氢储罐释放氢气不彻底，会造成一定的氢气余量损失，在释氢过程后期由于气瓶余压降低，导致释放速度变慢。

利用液态有机物和固态金属合金的吸放氢反应进行氢气存储和释放是目前储氢研究的热点方向，液态有机物和固态金属合金的储氢产物均为常压下稳定的化合物，大大提升了氢气存储的安全性，尤其是在涉及能源、发电等行业的氢储应用时，其安全优势更为重要。然而，目前行业内对于液态有机物和固态金属储氢与前端氢气生产和终端氢能利用需求的耦合还缺乏研究和认识，缺少能够指导实际生产运行的制储充氢系统设计及操作方案。且电解水制氢是目前能够实现大规模绿氢生产的最佳途径，但电解水制氢的设备成本较高，在实际应用中，应在满足需求的情形下最大限度降低电解水制氢设备的容量配置，以提高设备利用率，降低投资成本。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，本发明实施例提供了一种制储充氢系统及配置方法，在电解水制氢设备容量配置最低的前提下，根据需求规模和储氢材料特性确定储放氢设施容量配置，利用具有不同吸放氢热力学和动力学特性的储氢材料，分梯度实现气源氢气吸收、终端氢气释放和内部环节的材料间氢气传输，以经济的容量配置满足生产需求，并提供了相应的储放氢操作方法。

有鉴于此，根据本发明实施例的一个方面提出了一种制储充氢系统，包括：

制氢单元，其用于制备氢气；

储氢单元，其输入端与所述制氢单元的输出端连接；所述储氢单元包括多个并联的储氢模块；所述储氢模块包括设置第一氢气入口和第一氢气出口的第一反应器，所述第一反应器内设置储氢材料用于吸收或释放氢气；所述第一氢气入口连接所述储氢单元的输入端，所述第一氢气出口连接所述储氢单元的输出端；

放氢单元，其输入端与所述储氢单元的输出端连接；所述放氢单元包括多个并联的放氢模块；所述放氢模块包括设置第二氢气入口和第二氢气出口的第二反应器，所述第二反应器内设置放氢材料用于吸收或释放氢气；所述第二氢气入口连接所述放氢单元的输入端，所述第二氢气出口连接所述放氢单元的输出端；和

用氢单元，其输入端分别与所述制氢单元和所述放氢单元的输出端连接，用于消耗氢气。

在一些实施例中，所述储氢材料有储放氢能力，且平均放氢速度小于或等于其平均储氢速度，所述储氢模块的数量为

N_储＝[(w_1储/w_2储+1)*A_储]；

所述储氢模块中所述储氢材料的质量为m_0储＝q₁/w_1储/A_储；

其中m_1储/N_储m_0储α_储；minA_储＝m_1储/N_储m_0储；