本申請涉及電力系統(tǒng)調(diào)度自動化領(lǐng)域，特別是涉及一種利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、全球能源需求的不斷增長和緊迫的環(huán)境問題推動了旨在減少對化石燃料依賴的創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前，來自可再生風(fēng)能和太陽能的電力(風(fēng)力渦輪機或光伏發(fā)電)在全球電力行業(yè)中所占的比例越來越大，并繼續(xù)快速增長，可再生電力在未來能源系統(tǒng)中將占據(jù)重要地位。然而，風(fēng)能和太陽能等可再生能源的可用性很大程度上取決于天氣條件、季節(jié)變化和地域分布，無法完全適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰，容易導(dǎo)致能源過剩和浪費?；诳稍偕茉吹牟▌有院筒豢蛇B續(xù)獲取的特點，經(jīng)常將電解槽與燃料電池聯(lián)用，通過電化學(xué)水分解技術(shù)將多余的電能存儲到氫氣中，可以有效解決跨時間、跨空間的過剩能源消納問題，是一種有潛力的大規(guī)模儲能和制氫方式。利用低谷富余的電能制氫；在用電高峰將氫經(jīng)燃料電池轉(zhuǎn)換對缺口進行補充，即“電-氫-電”(power-to-power，p2p)過程。

2、目前的制氫方式中，堿性電解槽技術(shù)相對成熟、pem電解槽也獲得了較好的商業(yè)化應(yīng)用，目前，電解水系統(tǒng)額定制氫效率不低于80％，但在氫燃料電池系統(tǒng)中，車用pemfc其額定效率不超過50％。由于“電-氫”轉(zhuǎn)化效率約為60-80％，而“氫-電”轉(zhuǎn)化效率約為30％-50％，對于電能的綜合利用率不到四成?！皻?電”過程中燃料電池系統(tǒng)的低轉(zhuǎn)化效率制約了氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的目的是提供一種利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)，解決了“電-氫-電”耦合系統(tǒng)中效率低的問題，提高系統(tǒng)的整體效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>

3、本申請?zhí)峁┝艘环N利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)，包括：電解槽、氧氣通路、氫氣通路、燃料電池堆和空氣加壓裝置；

4、可再生能源輸出的直流電連接所述電解槽；所述電解槽用于應(yīng)用電解技術(shù)產(chǎn)生氫氣和氧氣；

5、所述氧氣通路的一端與所述電解槽的陽極連通；所述氧氣通路的另一端與所述空氣加壓裝置的出口均與所述燃料電池堆的陰極連通；所述氧氣通路用于傳輸所述氧氣；所述空氣加壓裝置用于傳輸加壓后的空氣；所述氧氣和加壓后的所述空氣混合后輸入所述燃料電池堆的陰極；

6、所述氫氣通路的一端與所述電解槽的陰極連通；所述氫氣通路的另一端與所述燃料電池堆的陽極連通；所述氫氣通路用于傳輸所述氫氣；

7、所述燃料電池堆利用混合后的所述氧氣和所述空氣以及所述氫氣產(chǎn)生電能。

8、可選地，所述氧氣通路上設(shè)置有第一增濕器；所述第一增濕器的輸出端與所述燃料電池堆的陰極連通；所述第一增濕器用于對所述氧氣通路中的氧氣增加溫度和濕度。

9、可選地，所述氧氣通路上設(shè)置有儲氧罐；所述儲氧罐與所述第一增濕器連通；所述儲氧罐用于儲存有從所述電解槽產(chǎn)生的氧氣并將所述氧氣輸入至所述第一增濕器。

10、可選地，所述氧氣通路上設(shè)置有氧氣氣液分離罐；所述氧氣氣液分離罐的輸入端與所述電解槽的陽極連通；所述氧氣氣液分離罐的輸出端與所述儲氧罐的輸入端連通；所述儲氧罐的輸出端與所述第一增濕器的輸入端連通；所述第一增濕器的輸出端與所述燃料電池堆的陰極連通。

11、可選地，所述氫氣通路上設(shè)置有第二增濕器；所述第二增濕器的輸出端與所述燃料電池堆的陽極連通；所述第二增濕器用于對所述氫氣通路中的氫氣增加溫度和濕度。

12、可選地，所述氫氣通路上設(shè)置有儲氫罐；所述儲氫罐與所述第二增濕器連通；所述儲氫罐用于儲存有從所述電解槽產(chǎn)生的氫氣并將所述氫氣輸入至所述第二增濕器。

13、可選地，所述氫氣通路上設(shè)置有氫氣氣液分離罐；所述氫氣氣液分離罐的輸入端與所述電解槽的陰極連通；所述氫氣氣液分離罐的輸出端與所述儲氫罐的輸入端連通；所述儲氫罐的輸出端與所述第二增濕器的輸入端連通；所述第二增濕器的輸出端與所述燃料電池堆的陽極連通。

14、可選地，所述空氣加壓裝置為空氣壓縮機。

15、根據(jù)本申請?zhí)峁┑木唧w實施例，本申請公開了以下技術(shù)效果：

16、本申請?zhí)峁┝艘环N利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)，通過電解槽利用可再生能源輸出的直流電，應(yīng)用電解技術(shù)產(chǎn)生氫氣和氧氣；以及通過氫氣通路將電解產(chǎn)生的氫氣傳輸至燃料電池堆的陽極，并且通過氧氣通路和空氣加壓裝置將電解產(chǎn)生的氧氣和空氣混合，并將混合后的氣體傳輸至燃料電池堆的陰極，燃料電池堆利用混合后的氧氣和空氣以及氫氣產(chǎn)生電能。本申請解決了“電-氫-電”耦合系統(tǒng)中效率低的問題，提高系統(tǒng)的整體效率。

技術(shù)特征：

1.一種利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)，其特征在于，所述綜合系統(tǒng)包括：電解槽、氧氣通路、氫氣通路、燃料電池堆和空氣加壓裝置；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)，其特征在于，所述氧氣通路上設(shè)置有第一增濕器；所述第一增濕器的輸出端與所述燃料電池堆的陰極連通；所述第一增濕器用于對所述氧氣通路中的氧氣增加溫度和濕度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)，其特征在于，所述氧氣通路上設(shè)置有儲氧罐；所述儲氧罐與所述第一增濕器連通；所述儲氧罐用于儲存有從所述電解槽產(chǎn)生的氧氣并將所述氧氣輸入至所述第一增濕器。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)，其特征在于，所述氧氣通路上設(shè)置有氧氣氣液分離罐；所述氧氣氣液分離罐的輸入端與所述電解槽的陽極連通；所述氧氣氣液分離罐的輸出端與所述儲氧罐的輸入端連通；所述儲氧罐的輸出端與所述第一增濕器的輸入端連通；所述第一增濕器的輸出端與所述燃料電池堆的陰極連通。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣通路上設(shè)置有第二增濕器；所述第二增濕器的輸出端與所述燃料電池堆的陽極連通；所述第二增濕器用于對所述氫氣通路中的氫氣增加溫度和濕度。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣通路上設(shè)置有儲氫罐；所述儲氫罐與所述第二增濕器連通；所述儲氫罐用于儲存有從所述電解槽產(chǎn)生的氫氣并將所述氫氣輸入至所述第二增濕器。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣通路上設(shè)置有氫氣氣液分離罐；所述氫氣氣液分離罐的輸入端與所述電解槽的陰極連通；所述氫氣氣液分離罐的輸出端與所述儲氫罐的輸入端連通；所述儲氫罐的輸出端與所述第二增濕器的輸入端連通；所述第二增濕器的輸出端與所述燃料電池堆的陽極連通。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣加壓裝置為空氣壓縮機。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種利用可再生能源電解水和燃料電池的綜合系統(tǒng)，涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括電解槽、氧氣通路、氫氣通路、燃料電池堆和空氣加壓裝置；可再生能源輸出的直流電連接電解槽；電解槽用于應(yīng)用電解技術(shù)產(chǎn)生氫氣和氧氣；氧氣通路的一端與電解槽的陽極連通；氧氣通路的另一端與空氣加壓裝置的出口均與燃料電池堆的陰極連通；氧氣通路用于傳輸氧氣；空氣加壓裝置用于傳輸加壓后的空氣；氧氣和加壓后的空氣混合后輸入燃料電池堆的陰極；氫氣通路的一端與電解槽的陰極連通；氫氣通路的另一端與燃料電池堆的陽極連通；氫氣通路用于傳輸氫氣；燃料電池堆利用混合后的氧氣和空氣以及氫氣產(chǎn)生電能。本申請?zhí)岣吡穗?氫?電耦合系統(tǒng)的效率。

技術(shù)研發(fā)人員：劉建國,張慶濠,李佳,殷屺男
受保護的技術(shù)使用者：華北電力大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21