CN210596279U - 一种制氢电站的气体汇集***及制氢电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种制氢电站的气体汇集***及制氢电站，应用于新能源技术领域，该气体汇集***包括通过集气管路依次级联的多个汇集子***，且任一汇集子***包括至少一个汇集站，其中，首级汇集子***与制氢单元的气体出口相连，且首级汇集子***中的各汇集站分别连接多个制氢单元，末级汇集子***与制氢电站的气体处理***相连。通过本实用新型提供的气体汇集***，建立气体逐级汇聚的传输模式，可以连接多个容量相对较小的制氢单元，制氢单元中的汇流母线装置的功率也相应降低，进而由输电线路产生的电力损耗也得到显著降低，从而降低大容量光伏阵列制氢***整体的电能损耗，提高大容量光伏阵列制氢***的规模经济效益。

Description

一种制氢电站的气体汇集***及制氢电站

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，特别涉及一种制氢电站的气体汇集***及制氢电站。

背景技术

风力发电和光伏发电受自然条件的影响较大，具有间歇性和不可预测性，难以大规模并入主干供电网络，甚至出现大量弃电现象。为解决这一问题，将风力发电和光伏发电产生的不够稳定的电能转换为氢气，利用氢气进行能量的存储与运输，在新能源领域得到快速发展。

参见图1，图1是一种典型的太阳能光伏电能制氢***的结构图，该制氢***包括光伏阵列1、太阳能光伏电解制氢装置2，以及DC/DC变换器3，其中，光伏阵列1包括多个光伏组件，各光伏组件的连接关系可以参见图2所示。光伏阵列1产生的电能送至直流母线装置(图中未示出)，直流母线装置将直流电能进行汇集后，经过DC/DC变换器3转换为满足电解制氢装置使用要求的电能，供给太阳能光伏电解制氢装置2进行水解制氢，得到氢气和氧气。

图1所示的现有技术，其优势为可实现集中发电、集中变换和集中制氢，然而，集中制氢的前提是需要根据图2所示将光伏阵列装置所产生的直流电能进行汇集，对于小容量光伏阵列而言，此时汇流母线装置的功率及输电线路的电力损耗尚能承受，但对于大容量光伏阵列，如1000MW规模以上，此时汇流母线装置的功率及输电线路的电力损耗将严重影响发电效率，降低新能源发电的规模经济效应。

实用新型内容

本实用新型提供一种制氢电站的气体汇集***及制氢电站，以解决现有技术中大容量新能源发电制氢***电能损耗高、规模经济效应不佳的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

第一方面，本实用新型提供一种制氢电站的气体汇集***，包括：通过集气管路依次级联的多个汇集子***，且任一汇集子***包括至少一个汇集站，其中，

首级汇集子***与制氢单元的气体出口相连，且所述首级汇集子***中的各所述汇集站分别连接多个所述制氢单元；

末级汇集子***与制氢电站的气体处理***相连。

可选的，所述汇集站还设置有增压装置，所述增压装置用于提高所述气体汇集***内汇集气体的传输压力。

可选的，所述末级汇集子***包括一个所述汇集站。

可选的，所述汇集站包括氢气汇集站和氧气汇集站。

可选的，所述集气管路的直径按照汇集气体的汇集方向逐级增大。

可选的，本实用新型第一方面提供的制氢电站的气体汇集***，还包括：至少一个中间级汇集子***。

可选的，所述汇集站还包括缓冲罐，所述缓冲罐用于缓存汇集气体。

可选的，所述缓冲罐包括钢制球形储罐。

第二方面、本实用新型提供一种制氢电站，包括：制氢***、气体处理***，以及本实用新型第一方面任一项提供的制氢电站的气体汇集***，其中，所述制氢***包括多个制氢单元；

所述气体处理***与所述气体汇集***中的末级汇集子***的输出口相连。

可选的，所述气体处理***包括：储气库、气体处理装置、输气管路中的至少一种。

可选的，所述气体处理装置包括气体液化设备、气体合成设备、氧气回收设备中的至少一种。

可选的，所述制氢单元包括新能源发电阵列装置、功率变换器，以及水电解制氢***，其中，

所述新能源发电阵列装置的电能输出端与所述功率变换器的输入端相连；

所述功率变换器的输出端与所述水电解制氢***的直流电极相连接。

可选的，所述新能源发电阵列装置为：光伏阵列，或，风力发电阵列。

可选的，所述水电解制氢***为：碱性水电解制氢***，或，质子交换膜水电解制氢***。

可选的，所述水电解制氢***的气体输出端设置有单向阀。

可选的，所述新能源发电阵列装置的发电功率不大于5MW。

本实用新型提供的气体汇集***，包括通过集气管路依次级联的多个汇集子***，且任一汇集子***包括至少一个汇集站，其中，首级汇集子***与制氢单元的气体出口相连，且首级汇集子***中的各汇集站分别连接多个制氢单元，末级汇集子***与制氢电站的气体处理***相连。通过本实用新型提供的气体汇集***，建立气体逐级汇聚的传输模式，可以连接多个容量相对较小的制氢单元，制氢单元中的汇流母线装置的功率也相应降低，进而由输电线路产生的电力损耗也得到显著降低，从而降低大容量光伏阵列制氢***整体的电能损耗，提高大容量光伏阵列制氢***的规模经济效益。

进一步的，本实用新型中各制氢单元产生的气体，还可以通过气体汇集***的逐级汇聚，最终汇集到一起，达到气体集中运输、管理的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种典型的太阳能光伏电能制氢***的结构图；

图2是现有技术中太阳能光伏电能制氢***中各光伏组件的连接关系示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种制氢电站的气体汇集***的拓扑结构图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种制氢电站的气体汇集***的拓扑结构图；

图5是本实用新型实施例提供的一种制氢电站的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的制氢电站中制氢单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图3，图3是本实用新型实施例提供的一种制氢电站的气体汇集***的拓扑结构图，本实用新型实施例提供的气体汇集***，包括：多个汇集子***，其中，

各个汇集子***之间通过集气管路(图中未示出)依次级联，且任意一个汇集子***中至少设置一个汇集站，用于对经过集气管路汇集的汇集气体的处理。

图3示例性的给出包括两个汇集子***的气体汇集***，首级汇集子***与制氢单元的气体出口相连，且首级汇集子***中的各汇集站分别连接多个制氢单元，而末级汇集子***的输出端口则与制氢电站的气体处理***(图中未示出)相连。可以想到的是，首级汇集子***中各个汇集站具体连接的制氢单元的数量，需要综合考虑首级汇集子***中各汇集站的处理能力，以及制氢单元的功率，确保制氢单元和汇集站的合理搭配。

可选的，由于制氢单元在工作时会同时输出氢气和氧气，需要分别对二者进行逐级汇聚，因此，本实用新型实施例提供的气体汇集***中的汇集站包括氢气汇集站和氧气汇集站，各级子***中的汇集站通过相应的气体汇集管路实现气体的逐级汇聚。

可以想到的是，制氢单元作为气体的生产单元，其输出的气体是逐级汇聚的，气体汇集***中所汇集的气体会逐渐增多，因此，用于传输气体的集气管路的直径应该按照汇集气体的汇集方向逐级增大。比如，与图3所示实施例中的首级汇集子***相连所用的集气管路的直径尺寸范围为DN80～DN300，而与末级汇集子***相连的集气管路，以及，末级汇集子***中汇集站与制氢电站气体处理***相连的集气管路，其直径范围为DN300～DN800。可选的，集气管路可以采用具有优良抗氢脆性能的316或316L奥氏体不锈钢无缝钢管，或者，为降低成本而采用非金属塑料管道。

可选的，考虑到各个汇集子***之间相隔的距离较远，为提高汇集气体的传输效率、降低各汇集子***之间集气管路的管道直径，进一步节约投资成本，还可以在汇集站内设置增压装置，通过增压装置对待传输的汇集气体进行增压，增大输送汇集气体的压力。

进一步的，汇集站还可以设置缓冲罐，比如钢制球形储罐，用于缓存汇集气体，同时配合增压装置实现汇集气体的高效传输。可以想到的是，缓冲罐的设置需要综合考虑汇集站所汇集气体的总量，以及，与下一级气体汇集子***的气体传输距离，在气体汇集***中，缓冲罐可以根据需要灵活设置。

可选的，为便于对汇集气体的集中处理，制氢单元产生的气体在经过逐级汇聚后，最后到达末级汇集子***，如图3所示，末级汇集子***中可以仅设置一汇集站，对整个气体汇集***的汇集气体进行集中处理。可以想到的是，末级汇集子***中的汇集站的气体处理能力，应该是整个气体汇集***中最大的。

可以想到的是，对于更为庞大的制氢电站，其所包括的制氢单元数量众多，在传输汇集气体的过程中，需要对汇集气体经过多层次的汇集，因此，可以增加气体汇集***中汇集子***的设置数量，即在首级汇集子***和末级汇集子***以外，设置至少一个中间级汇集子***，以实现汇集气体的逐级汇聚。可选的，参见图4，图4是本实用新型实施例提供的另一种制氢电站的气体汇集***的拓扑结构图，图4示出包括两个以上气体汇集子***的气体汇集***的拓扑结构，图4所示实施例中各子***的连接关系以及设置情况可以参考图3所示实施例进行，此处不再赘述。

综上所述，本实用新型提供的气体汇集***，可以连接多个容量相对较小的制氢单元，并建立气体逐级汇聚的传输模式，由于制氢单元的容量降低，制氢单元中的汇流母线装置的功率也相应降低，进而由输电线路产生的电力损耗也得到显著降低，从而降低大容量光伏阵列制氢***整体的电能损耗，提高大容量光伏阵列制氢***的规模经济效益。

进一步的，本实用新型实施例中各制氢单元产生的气体，还可以通过气体汇集***的逐级汇聚，最终汇集到一起，达到气体集中运输、管理的目的。

可选的，参见图5，图5是本实用新型实施例提供的一种制氢电站的结构示意图，该制氢电站包括：制氢***、气体处理***，以及图3、图4所示任一项实施例提供的制氢电站的气体汇集***。如图5所示，制氢***包括多个制氢单元，气体处理***与气体汇集***中的末级汇集子***的输出口相连，用于对末级汇集子***输出的气体进行相应的处理工作。下面按照气体汇集的方向，对本实用新型实施例提供的制氢电站进行阐述：

在本实用新型实施例中，将容量较大的制氢电站划分为多个容量相对较小的制氢单元，由各个小容量的制氢单元直接完成制氢工作。可选的，参见图6，图6是本实用新型实施例提供的制氢电站中制氢单元的结构示意图，本实用新型实施例提供的制氢单元包括新能源发电阵列装置10、功率变换器20、以及水电解制氢***30，其中，新能源发电阵列装置10的电能输出端于功率变换器20的输入端相连，功率变换器20的输出端于水电解制氢***30的直流电极相连接。

可选的，新能源发电阵列装置10可以为光伏阵列或者风力发电阵列，且任一新能源发电阵列装置10的发电功率不大于5MW。本实用新型实施例提供的制氢电站，即可采用光伏发电提供的制氢电能，同时还可以采用风力发电提供的制氢电能。具体的，光伏阵列由光伏电池经过串/并联连接后构成，风力发电阵列由风力发电设备经过串/并联连接后构成，各类型阵列中相应设备的串/并联数量根据光伏电池或风力发电设备本身参数以及水电解制氢***30的功率需求共同确定。

功率变换器20用于将新能源发电阵列装置10产生的电能，进行相应的变换与处理，进而输出适于水电解制氢***30使用的电能。具体的，如果新能源发电阵列装置10选用的是光伏阵列，那么功率变换器20则选用DC/DC变换器，对光伏阵列输出的直流电能进行转换；相应的，如果新能源发电阵列装置10选用的是风力发电阵列，则功率变换器20选用AC/DC变换器，将风力发电阵列输出的交流电转换为适于水电解制氢***30使用的直流电。

水电解制氢***30为压力型水电解制氢***，主要原理为在直流电的作用下，通过电化学过程将水分子解离为氢气与氧气，分别在阴、阳极析出。通常包括气水分离器、洗涤器、冷却器、缓冲罐、氢气纯化***、公用工程(如供水***等)、PLC控制***及管路***等组成。可选的，水电解制氢***30具体可以是碱性水电解制氢***，或质子交换膜水电解制氢***。

进一步的，水电解制氢***30设置有氧气输出管路和氢气输出管路，并且在各输出管路的输出端设置有单向阀40，具体的，氧气输出管路输出端的单向阀40与气体汇集***的氧气集气管路相连通，氢气输出管路输出端的单向阀40与气体汇集***的氢气集气管路相连通，通过单向阀40可以有效防止汇集后的气体回流，影响水电解制氢***30的正常工作。

气体汇集***连接制氢***和气体处理***，对将制氢***产生的氢气和氧气分别经过逐级汇流后，最终输送至气体处理***，在图5所示实施例中，用虚线表示氢气的汇集路径，用实线表示氧气的汇集路径，对于气体汇集***的连接情况以及具体设置可以参照图3、图4所示实施例对应内容，此处不再赘述。

可选的，气体处理***包括储气库、气体处理装置、以及输气管路等。并且，气体汇集***中的末级汇集子***的输出口与储气库、气体处理装置、输气管路三者中的至少一个相连通。

可选的，末级汇集子***汇集的气体可在增压后储存于储气库，比如地下盐岩储气库等。

如果不对汇集气体进行存储，可以直接在末级气体汇集子***处对汇集气体进行处理，比如，通过气体液化设备，将氢气现场液化后向外运输；或者，通过气体合成设备，将氢气现场合成氨气或者LOHCs后向外运输，又或者，在对氢气增压后，直接通过输气管路向外运输，以及增压后通过长管拖车向外输送等，都是可选的处理方式。对于制氢同时生成的氧气，可以通过氧气回收设备对氧气加以回收利用。

综上所述，通过上述对本实用新型实施例提供的制氢电站的阐述，可以看出，本实用新型实施例提供的制氢电站，特别适合应用于大容量新能源发电***，比如总容量在1000MW以上的发电***，通过采用容量相对较小的制氢单元完成制氢，制氢单元中的汇流母线装置的功率也相应降低，进而由输电线路产生的电力损耗也得到显著降低，从而降低大容量光伏阵列制氢***整体的电能损耗，然后通过本实用新型实施例提供的气体汇集***对气体进行汇集，最终实现新能源电能的有效转移利用，可以有效解决现有技术中大容量光伏阵列制氢***电能损耗高、规模经济效应不佳的问题，极大的提高新能源电能的利用率。

本实用新型中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (16)

1.一种制氢电站的气体汇集***，其特征在于，包括：通过集气管路依次级联的多个汇集子***，且任一汇集子***包括至少一个汇集站，其中，

首级汇集子***与制氢单元的气体出口相连，且所述首级汇集子***中的各所述汇集站分别连接多个所述制氢单元；

末级汇集子***与制氢电站的气体处理***相连。

2.根据权利要求1所述的制氢电站的气体汇集***，其特征在于，所述汇集站还设置有增压装置，所述增压装置用于提高所述气体汇集***内汇集气体的传输压力。

3.根据权利要求1所述的制氢电站的气体汇集***，其特征在于，所述末级汇集子***包括一个所述汇集站。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制氢电站的气体汇集***，其特征在于，所述汇集站包括氢气汇集站和氧气汇集站。

5.根据权利要求1-3任一项所述的制氢电站的气体汇集***，其特征在于，所述集气管路的直径按照汇集气体的汇集方向逐级增大。

6.根据权利要求1-3任一项所述的制氢电站的气体汇集***，其特征在于，还包括：至少一个中间级汇集子***。

7.根据权利要求1-3任一项所述的制氢电站的气体汇集***，其特征在于，所述汇集站还包括缓冲罐，所述缓冲罐用于缓存汇集气体。

8.根据权利要求7所述的制氢电站的气体汇集***，其特征在于，所述缓冲罐包括钢制球形储罐。

9.一种制氢电站，其特征在于，包括：制氢***、气体处理***，以及权利要求1-8任一项所述的制氢电站的气体汇集***，其中，

所述制氢***包括多个制氢单元；

所述气体处理***与所述气体汇集***中的末级汇集子***的输出口相连。

10.根据权利要求9所述的制氢电站，其特征在于，所述气体处理***包括：储气库、气体处理装置、输气管路中的至少一种。

11.根据权利要求10所述的制氢电站，其特征在于，所述气体处理装置包括气体液化设备、气体合成设备、氧气回收设备中的至少一种。

12.根据权利要求9所述的制氢电站，其特征在于，所述制氢单元包括新能源发电阵列装置、功率变换器，以及水电解制氢***，其中，

所述新能源发电阵列装置的电能输出端与所述功率变换器的输入端相连；

所述功率变换器的输出端与所述水电解制氢***的直流电极相连接。

13.根据权利要求12所述的制氢电站，其特征在于，所述新能源发电阵列装置为：光伏阵列，或，风力发电阵列。

14.根据权利要求12所述的制氢电站，其特征在于，所述水电解制氢***为：碱性水电解制氢***，或，质子交换膜水电解制氢***。

15.根据权利要求12所述的制氢电站，其特征在于，所述水电解制氢***的气体输出端设置有单向阀。

16.根据权利要求12所述的制氢电站，其特征在于，所述新能源发电阵列装置的发电功率不大于5MW。

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