一种电力与液氢联产系统的制作方法

本发明涉及电力和液氢，尤其是一种电力与液氢联产系统。

背景技术：

1、在风资源丰富的偏远地区，尤其是远海地区，不具备大规模电力消纳能力，需通过长输电缆输送至远端的需电用户。除此之外，将风力发电产生的电能经水电解装置和氢液化装置转化为液氢，再经大型移动容器运输至需氢用户，也是一种理想的风资源利用方式。采用超导发电机的超导风力发电机，相较于传统发电机体积更小，效率更高，但是维持超导发电机的超导状态需要低温环境，目前的解决方案是为超导电机配备大型低温制冷机，在现有技术中，提出了包括制冷机的超导电机。

2、例如，日本专利申请公报no.2010-178517(jp-a-2010-178517)描述了一种超导电机设备，所述设备包括超导电机、低温生成器和机壳。超导电机包括转子和定子。转子包括可旋转的旋转轴和布置在所述旋转轴的外周部分上的多个永磁体。定子具有三相超导线圈，所述超导线圈围绕定子铁芯的齿卷绕。低温生成器具有制冷机，所述制冷机在其冷头处产生低温。设置有具有高导热系数的导热部分。导热部分将冷头连接到超导电机的定子铁芯，以便能够传热。导热部分的冷却圆柱形部分被冷却至低温状态，并且与定子铁芯的外周部分热接触，以便冷却所述定子铁芯。机壳形成真空绝热腔室，所述真空绝热腔室使超导线圈绝热，但制冷机系统复杂度较高，且可靠性不足。

技术实现思路

1、本发明解决了超导风力发电机现有超导低温维持系统复杂度高且可靠性不足的问题，提出一种电力与液氢联产系统，利用风力发电机产生的部分电能制备液氢，并将制备的部分液氢用于为系统中的超导发电机和超导电机提供维持超导状态所需的低温环境。用液氢换热器代替原有的大型低温制冷机方案，可降低超导风力发电机的系统复杂度，并提升可靠性。本发明通过使用超导电机，可提升与氢液化冷箱配套的压缩机的效率以提升氢液化系统效率，并提升系统紧凑性。

2、为实现上述目的，提出以下技术方案：

3、一种电力与液氢联产系统，包括风力发电机和水电解制氢装置，所述水电解制氢装置连接有氢气液化装置，所述氢气液化装置与风力发电机中的超导发电机配套的换热装置耦合，所述氢气液化装置生成液氢作为所述换热装置的低温介质，所述风力发电机为水电解制氢装置和氢气液化装置提供电能。

4、本发明包括风力发电机，水电解制氢装置，氢气液化装置，换热装置。风力发电机为超导发电机，所述风力发电机通过电缆分别与氢气液化装置、水电解制氢装置连接，并为氢气液化装置、水电解制氢装置提供电能。所述水电解制氢装置通过气体管道与氢气液化装置连接，将水电解制氢装置电解水产生的氢气输送到氢气液化装置中，所述氢气液化装置将氢气液化成液氢，并将液氢存储在液氢储罐中。所述换热装置通过利用氢气液化装置制取的液氢作为低温介质为风力发电机降温维持低温环境，实现风力发电机与氢气液化装置的耦合，利用风力发电机产生的部分电能制备液氢，并将制备的部分液氢用于为系统中的超导发电机提供维持超导状态所需的低温环境，用“外部输入液氢+液氢换热器”的超导低温环境维持系统方案，可降低超导风力发电机的系统复杂度，减小了装备尺寸，并提升可靠性，可实现电力与液氢的高效联产。

5、作为优选，所述氢气液化装置包括通过气体管道与水电解制氢装置连接的氢液化冷箱，所述氢液化冷箱通过气体管道连接有与其配套的压缩机，所述压缩机与氢液化冷箱配套设置，对氢液化装置的制冷循环介质进行增压，所述氢液化冷箱通过液氢管道连接有液氢储罐。

6、本发明的氢气液化装置包括氢液化冷箱、液氢储罐和压缩机，所述氢液化冷箱与其配套的压缩机通过气体管道连接，并形成循环回路，所述氢液化冷箱与液氢储罐通过液氢管道或液氢槽车连接，水电解制氢装置与氢液化冷箱通过气体管道连接。氢气液化装置的工作原理如下：水电解制氢装置利用风力发电机产生的电能制备氢气，氢气通过气体管道输送到氢液化冷箱，氢气在氢液化冷箱中被液化成液氢，所述液氢经过液氢管道输送到液氢储罐，通过液氢管道或液氢运输载具可将液氢储罐中的液氢输送给用户。

7、作为优选，所述换热装置包括液氢传输泵，所述液氢传输泵的输入端连接到液氢储罐，所述液氢传输泵的输出端连接有第一液氢温区换热器，所述第一液氢温区换热器与风力发电机的冷却构件耦合。

8、本发明的换热装置包括第一液氢温区换热器和液氢传输泵，所述第一液氢温区换热器设置在风力发电机内部并与风力发电机的冷却构件耦合，所述液氢传输泵的输入端与液氢储罐连接，所述液氢传输泵的输出端与第一液氢温区换热器连接，此时液氢储罐与液氢传输泵、第一液氢温区换热器通过液氢管道连接，并形成循环回路。换热装置的工作原理如下：液氢传输泵将液氢储罐内的液氢抽送到第一液氢温区换热器，此时液氢作为低温介质，由于第一液氢温区换热器与风力发电机的超导发电机的冷却构件耦合，第一液氢温区换热器的吸热面吸收冷却构件的热量，此时液氢吸热气化，能够带走风力发电机产生的热量，为系统中的超

9、导发电机提供维持超导状态所需的低温环境。

10、作为优选，所述压缩机使用电驱动，其电机为第一超导电机，所述风力发电机为第一超导电机供电。

11、本发明的压缩机为氢液化系统的制冷循环介质增压，使用电驱动，使用的电机为第一超导电机，所述第一超导电机与风力发电机供电连接。

12、作为优选，所述液氢传输泵的输出端连接有第二液氢温区换热器，所述第二液氢温区换热器与压缩机的冷却构件耦合。第二液氢温区换热器和压缩机内部的超导电机都是压缩机的组成部分，第二液氢温区换热器在压缩机里面，第二液氢温区换热器和超导电机的冷却构件紧密贴合。

13、本发明的换热装置还包括第二液氢温区换热器，所述第二液氢温区换热器与液氢传输泵的输出端连接，液氢储罐与液氢传输泵、第二液氢温区换热器通过液氢管道连接，并形成循环回路。第二液氢温区换热器内的低温介质为液氢，液氢通过第二液氢温区换热器为第一超导电机提供维持超导状态所需的低温环境的冷量。

14、作为优选，所述液氢传输泵为电驱的潜液泵。本发明的液氢传输泵为潜液泵，所述潜液泵使用电机驱动。

15、作为优选，所述潜液泵使用的电机为第二超导电机，所述第二超导电机浸没在液氢储罐或独立设置的氢液池中。

16、本发明的潜液泵使用第二超导电机进行驱动，所述第二超导电机与风力发电机供电连接，所述第二超导电机设置在液氢储罐内，并完成浸没在液氢中，独立设置的氢液池或液氢储罐中的液氢为第二超导电机提供维持超导状态所需的低温环境的冷量。

17、作为优选，所述液氢储罐通过液氢管道或液氢槽车将液氢输送给用户。

18、作为优选，所述风力发电机通过输电线缆将电能输送到需电用户。

19、作为优选，所述风力发电机为超导风力发电机，将风能转换为电力并输至需电用户。本发明的有益效果是：将风能转化为电能和液氢，利用风力发电机产生的部分电能制备液氢，并将制备的部分液氢用于为系统中的超导发电机和超导电机提供维持超导状态所需的低温环境。用“外部输入液氢+液氢换热器”的超导低温环境维持系统方案，可降低超导风力发电机的系统复杂度，减小了装备尺寸，并提升可靠性。同时，使用“外部输入液氢+液氢换热器”方案超导电机可提升与氢液化冷箱配套的压缩机的效率以提升氢液化系统效率，并提升系统紧凑性，本发明可实现电力与液氢的高效联产。