一种耦合地热的节能型电解水制氢系统的制作方法

1.本技术涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种耦合地热的节能型电解水制氢系统。


背景技术：

2.近年来，以光伏为代表的新能源发电产业得到了迅猛的发展，光伏发电装机总量和发电总量增速显著，发电成本也屡创新低。因此，光伏制氢被视为构建新型能源系统的关键环节。但是光伏发电就有难以规避的昼夜间歇性，只有在白天光照充足时才能发电制氢，夜晚无光照则无法发电制氢。电解水制氢是放热过程，在白天发电制氢时需要不断的通过电解液冷却装置将多余的热量移除系统；如果电解液温度过高会严重影响电解槽寿命，甚至引发安全风险。在晚上停止制氢时，系统内无热量产生，电解液温度自然冷却；电解液降温后电导率减小，导致电解槽再次启动时需要耗费很长时间升温至额定操作温度。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本技术的目的在于提出一种耦合地热的光伏制氢系统，通过对制氢系统中的第一换热器耦合连接设置第二换热器，第二换热器外连地热热源，利用地热热源白天为制氢系统降温，晚上为制氢系统保温，保持了光伏制氢过程的连贯性，降低了制氢过程综合能耗；打造了综合能源系统，提升了低品质地热能利用率；采用地热能减少了循环冷却水的使用，具有显著的环保效益。
5.为达到上述目的，本技术提出的一种耦合地热的节能型电解水制氢系统，包括通过管路依次首尾连接的电解槽、气液分离装置和第一换热器，还包括光伏发电装置，所述光伏发电装置和所述电解槽电连接，还包括和所述第一换热器通过管路依次首尾连接的膨胀阀、第二换热器和压缩机，其中，所述第二换热器外连地热热源。
6.进一步地，还包括设置于所述第一换热器和所述电解槽之间的伴热管道。
7.进一步地，所述伴热管道为电加热管或导热介质加热的热盘管。
8.进一步地，所述导热介质为蒸汽、烟气或熔岩。
9.进一步地，所述地热热源包括土壤、地层、岩土体或地下水。
10.进一步地，还包括设置于所述伴热管道和所述电解槽之间的循环泵。
11.进一步地，还包括电解液冷却装置，所述电解液冷却装置通过支管路并联设置于所述循环泵和电解槽之间的管路上。
12.进一步地，还包括第一阀门，所述第一阀门设置于所述循环泵和所述电解槽之间的管路上，所述第一阀门和所述电解液冷却装置并联设置。
13.进一步地，还包括第二阀门和第三阀门，所述第二阀门设置于所述电解液冷却装置和所述电解槽之间的支管路上，所述第三阀门设置于所述电解液冷却装置和所述循环泵之间的支管路上。
14.进一步地，所述电解槽为碱性电解槽或固体聚合物电解槽。
15.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
16.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
17.图1是本技术一实施例提出的一种耦合地热的节能型电解水制氢系统的结构示意图。
具体实施方式
18.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。相反，本技术的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
19.图1是本技术一实施例提出的一种耦合地热的节能型电解水制氢系统的结构示意图。
20.参见图1，一种耦合地热的节能型电解水制氢系统，包括通过管路依次首尾连接的电解槽2、气液分离装置3和第一换热器4，还包括光伏发电装置1，所述光伏发电装置1和所述电解槽2电连接，还包括和所述第一换热器4通过管路依次首尾连接的膨胀阀10、第二换热器9和压缩机8，其中，所述第二换热器9外连地热热源。
21.本实施例中，光伏发电装置1、电解槽2、气液分离装置3、伴热管道5、循环泵6、电解液冷却装置7组成电解制氢系统；第一换热器4、压缩机8、第二换热器9、膨胀阀10组成地源热泵系统，地源热泵系统和电解制氢系统相互耦合，以对电解制氢系统的热量充分利用，保持了光伏制氢过程的连贯性，降低了制氢过程综合能耗。电解槽中注入有电解液，可选地，所述电解液为koh碱性溶液或纯水。第二换热器外连地热热源，以便实现第二换热器和地热热源的热传导，具体的热传导形式可以设置金属导热管进行导热，也可以设置导热介质进行导热，例如水等，能够实现第二换热器和地热热源的热传导即可，本技术对此不作限制。
22.一种耦合地热的节能型电解水制氢系统，还包括设置于所述第一换热器4和所述电解槽 2之间的伴热管道5。本实施例中，伴热管道5为加热管道，可以作为一个单独的管道结构设置于管路之间，例如可以为热盘管，也可以对管路进行改造，使其满足可以加热的特性，例如在管路上绕设发热电缆、电热带或者电热线等。在需要对管路中的电解液加热时，实现对电解液的辅助加热，提高加热效率。
23.所述伴热管道5为电加热管或导热介质加热的热盘管。本实施例中，伴热管道为电加热管时，方便对其实现电路控制，便于远程控制，伴热管道为导热介质加热的热盘管时，方便利用地热热源，有利于提高能源利用效率。
24.所述导热介质为蒸汽、烟气或熔岩至少其中之一。具体导热介质的形式可以根据具体应用场景进行选择，本技术对此不作限制。
25.所述地热热源包括土壤、地层、岩土体或地下水至少其中之一。地热热源具有较大的比热容，较强的保温能力，避免热量损失。
26.一种耦合地热的节能型电解水制氢系统，还包括设置于所述伴热管道5和所述电解槽2 之间的循环泵6。提高设置循环泵6，可以提高电解液在电解制氢系统里的循环效率，进而提升制氢能力。
27.一种耦合地热的节能型电解水制氢系统，还包括电解液冷却装置7，所述电解液冷却装置7通过支管路并联设置于所述循环泵6和电解槽2之间的管路上。电解液冷却装置7用于对电解液进行冷却，以便电解液循环进入电解槽内不会引起电解槽的温度升高，电解液冷却装置7并联设置在所述循环泵6和电解槽2之间的管路上，可以选择性使得管路中的电解液是否通过电解液冷却装置，灵活性高，在不需要对电解液冷却时，电解液冷却装置关闭，有利于提高电解液冷却装置的使用寿命，所述电解液冷却装置以开式或闭式循环冷却水系统作为冷源。
28.一种耦合地热的节能型电解水制氢系统，还包括第一阀门11，所述第一阀门11设置于所述循环泵6和所述电解槽2之间的管路上，所述第一阀门11和所述电解液冷却装置7并联设置。第一阀门11的设置主要控制电解槽和循环泵之间的管路启闭，从而控制电解液是否流经电解液冷却装置。
29.一种耦合地热的节能型电解水制氢系统，还包括第二阀门12和第三阀门13，所述第二阀门12设置于所述电解液冷却装置7和所述电解槽2之间的支管路上，所述第三阀门13设置于所述电解液冷却装置7和所述循环泵6之间的支管路上。第二阀门12和第三阀门13主要控制电解液冷却装置7所在的支管路的启闭，在电解液冷却装置不工作时，避免电解液流经支管路，提高电解液的循环效率。
30.所述电解槽为碱性电解槽或固体聚合物电解槽。电解槽的具体形式可以根据实际应用场景进行设置，本技术不作限制。
31.具体地，本技术的耦合地热的节能型电解水制氢系统工作过程如下，白天时，光伏发电装置1发电为电解槽2供电制氢；第一换热器4为蒸发器，第二换热器9为冷凝器，蒸发器吸收电解液的热量为电解液预降温，冷凝器通过管道向地源中放热；第一阀门11关闭，第二阀门12和第三阀门13开启，电解液在电解液冷却装置7进一步降温；伴热管道5关闭。晚上时，光伏发电装置1不发电，电解槽2停机；第一换热器4为冷凝器，第二换热9为蒸发器，冷凝器加热电解液为电解液预升温，蒸发器通过管道从地源中吸热；第一阀门11开启，第二阀门12和第三阀门13关闭；电解液冷却装置7关闭；伴热管道5开启进一步为电解液加热。
32.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
33.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
34.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示
例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
35.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。