一种分布式海上氨储能系统的制作方法

1.本实用新型涉及化学储能技术领域，尤其涉及一种分布式海上氨储能系统。


背景技术：

2.海上存在应用潜力巨大的风能、太阳能、潮汐能等可再生能源，但这些能源均具有天然间歇性、波动性及随机性的特点，难以直接连续使用，因此使用化学储能将其储存起来利用是一个不错的选择。
3.化学储能具有能量密度大、易于储存、易于运输、可长时间储存、能量转换成本低等诸多优势，有望为可持续能源的储运问题提供切实可行的方案。在化学储能方案中，氨储能是一种理想的储能方案，氨的能量密度大、易于长时间储存、易于运输等优势。经过合成氨工业100多年的发展，已经存在成熟的氨储运技术与基础设施。因此，氨是理想的可再生能源的存储载体。
4.传统合成氨技术以煤或天然气化石能源为原料，过程中排放大量二氧化碳，不适用于可持续能源的存储，此外，针对海上可再生能源的储能方案较少，现阶段的绿氨合成需要氢气，而电解海水生产氢气存在很大的技术难度，且副反应较多，氢气难以分离，如先进行海水淡化，再进行淡水电解，成本高昂。因此，需要通过开发一种海上绿氨合成技术来解决海上储能问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术中海上氨储能技术存在的问题，提供了一种分布式海上氨储能系统。
6.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
7.主要提供一种分布式海上氨储能系统，所述系统包括：
8.利用海上分布式能源进行发电的可再生能源发电模块；
9.利用海水生成氯化盐溶液的氯化盐生产模块；
10.利用空气合成氮氧化物，并利用所述氯化盐溶液吸收所述氮氧化物得到硝酸盐溶液的硝酸盐生产模块；
11.利用所述硝酸盐溶液电解生成氨气的氨合成模块；
12.所述可再生能源发电模块分别与所述氯化盐生产模块、硝酸盐生产模块、氨合成模块连接。
13.作为一优选项，一种分布式海上氨储能系统，所述系统包括氯化盐储存模块和硝酸盐储存模块，所述氯化盐储存模块连接在所述氯化盐生产模块和硝酸盐生产模块之间，所述硝酸盐储存模块连接在所述硝酸盐生产模块和所述氨合成模块之间，所述可再生能源发电模块分别与氯化盐储存模块、硝酸盐储存模块连接。
14.作为一优选项，一种分布式海上氨储能系统，所述系统还包括依次连接的氨储存模块和氨分配模块，所述氨储存模块与所述氨合成模块连接，所述可再生能源发电模块分
别与氨储存模块、氨分配模块连接。
15.作为一优选项，一种分布式海上氨储能系统，所述可再生能源发电模块包括光伏电站、风力发电机组、潮流发电机组和波浪能发电机组中的一种或多种。
16.作为一优选项，一种分布式海上氨储能系统，所述氯化盐生产模块包括依次连接的离心泵、海水箱和砂滤器。
17.作为一优选项，一种分布式海上氨储能系统，所述氯化盐储存模块包括水箱，所述水箱与所述砂滤器连接。
18.作为一优选项，一种分布式海上氨储能系统，所述硝酸盐生产模块包括依次连接的空气收集单元、氮氧化物合成单元以及氮氧化物吸收单元，所述空气收集单元包括鼓风设备，所述氮氧化物吸收单元还与所述氯化盐生产模块连接；所述空气收集单元、氮氧化物合成单元、氮氧化物吸收单元分别与所述可再生能源发电模块连接。
19.作为一优选项，一种分布式海上氨储能系统，所述氨合成模块包括电解槽，所述电解槽包括多个互相独立的电极室，所述电极室与所述可再生能源发电模块连接。
20.作为一优选项，一种分布式海上氨储能系统，所述电极室的阴极处设有脱氨膜。
21.作为一优选项，一种分布式海上氨储能系统，所述水箱中设有液位计。
22.需要进一步说明的是，上述各选项对应的技术特征在不冲突的情况下可以相互组合或替换构成新的技术方案。
23.与现有技术相比，本实用新型有益效果是：
24.(1)本实用新型利用海上分布式能源进行发电的可再生能源发电模块作为电能供给，与海上可再生能源的波动性、间歇性、地域性相匹配，将海上可再生能源转变为可储运的氨，实现大规模应用；氨合成模块采用电解硝酸盐溶液的方案，解决电解海水生产氢气存在的技术难度，几乎没有副反应，简化步骤、降低成本、节省能源消耗。
25.(2)本实用新型以空气和海水为原料，合成过程不会排放大量二氧化碳，适用于可持续能源的存储。
26.(3)本实用新型的氨合成模块由多个互相独立的电极室组成，在海风、阳光等可再生能源发电充沛时所有电极室同时工作产氨，在可再生能源发电不足时只启用部分电极室工作，保证电化学反应器的持续运转。
27.(4)本实用新型通过在水箱中设有液位计，进行高低液位报警及联锁，实现合成过程的自动监控。
附图说明
28.图1为本实用新型示出的一种分布式海上氨储能系统的结构示意图；
29.图2为本实用新型示出的带有氯化盐储存模块和硝酸盐储存模块的储能系统示意图；
30.图3为本实用新型示出的带有氨储存模块和氨分配模块的储能系统示意图；
31.图4为本实用新型示出的一种储能系统的具体结构示意图。
32.图中标号说明：1、可再生能源发电模块；2、氯化盐生产模块；3、硝酸盐生产模块；4、氨合成模块；5、氯化盐储存模块；6、硝酸盐储存模块；7、氨储存模块；8、氨分配模块；21、离心泵；22、海水箱；23、砂滤器；51、水箱；31、空气收集单元；32、氮氧化物合成单元；33、氮
氧化物吸收单元；41、电解槽。
具体实施方式
33.下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
37.本实用新型主要利用海上分布式能源进行发电的可再生能源发电模块作为电能供给，与海上可再生能源的波动性、间歇性、地域性相匹配，将海上可再生能源转变为可储运的氨，实现大规模应用；同时采用电解硝酸盐溶液的方案，解决电解海水生产氢气存在的技术难度，几乎没有副反应，达到简化步骤、降低成本、节省能源消耗的目的。
38.实施例1
39.在一示例性实施例中，提供一种分布式海上氨储能系统，如图1所示，所述系统包括：
40.利用海上分布式能源进行发电的可再生能源发电模块1；
41.利用海水生成氯化盐溶液的氯化盐生产模块2；
42.利用空气合成氮氧化物，并利用所述氯化盐溶液吸收所述氮氧化物得到硝酸盐溶液的硝酸盐生产模块3；
43.利用所述硝酸盐溶液电解生成氨气的氨合成模块4；
44.所述可再生能源发电模块1分别与所述氯化盐生产模块2、硝酸盐生产模块3、氨合成模块4连接。
45.具体地，系统在使用时，先利用可再生能源发电模块1将海上风能、潮汐能、太阳能、海浪能等可再生能源转化为电力，并提供给氯化盐生产模块2、硝酸盐生产模块3和氨合成模块4。氯化盐生产模块2直接利用海水经过过滤等处理得到氯化盐溶液；硝酸盐生产模块3以海上空气为原料，产生一定浓度的氮氧化物，并利用氯化盐生产模块2生成的氯化盐溶液吸收氮氧化物，得到硝酸盐溶液，由于二氧化氮、四氧化二氮等氮氧化物易溶于水生成硝酸，且硝酸、氯化盐均为强电解质，在水中完全电离并自由组合得到硝酸盐。在其他实施例中，也可直接溶解氮氧化物。
46.进一步地，将得到的硝酸盐溶液输入给氨合成模块4，氨合成模块4在可再生能源发电模块1的电能作用下，以硝酸盐溶液为电解液，电解生成氨气，完成可再生能源储存到氨气中的过程。
47.实施例2
48.基于实施例1，提供一种分布式海上氨储能系统，如图2所示，所述系统包括氯化盐储存模块5和硝酸盐储存模块6，所述氯化盐储存模块5连接在所述氯化盐生产模块2和硝酸盐生产模块3之间，所述硝酸盐储存模块6连接在所述硝酸盐生产模块3和所述氨合成模块4之间，所述可再生能源发电模块1分别与氯化盐储存模块5、硝酸盐储存模块6连接。
49.进一步地，如图3所示，所述系统还包括依次连接的氨储存模块7和氨分配模块8，所述氨储存模块7与所述氨合成模块4连接，所述可再生能源发电模块1分别与氨储存模块7、氨分配模块8连接。
50.具体地，氯化盐储存模块5将氯化盐生产模块2得到的氯化盐溶液储存起来，其中，氯化盐溶液包括氯化钠溶液、氯化镁溶液、氯化钾溶液、氯化钙溶液等。硝酸盐储存模块6在常温常压的条件下，通过储罐将硝酸盐生产模块3的硝酸盐溶液进行储存，硝酸盐溶液包括硝酸钠溶液、硝酸镁溶液、硝酸钾溶液、硝酸钙溶液等。
51.进一步地，氨储存模块7对来自所述氨合成模块4的氨气，进行加压液化存储；氨分配模块8将存储于氨储存模块7的液氨输送至可运输的罐体中，具有计量功能。
52.实施例3
53.基于以上实施例，提供一种分布式海上氨储能系统，所述可再生能源发电模块1包括光伏电站、风力发电机组、潮流发电机组和波浪能发电机组中的一种或多种，光伏电站具有将太阳光转化为电能的功能，风力发电机组具有将海上风能转化为电能的功能，潮流发电机组具有将潮汐能转化为电能的功能，波浪能发电机组具有将海浪转化为电能的功能，光伏电站、风力发电机组、潮流发电机组、波浪能发电机组均由由多个单体组件组成，通过增减组件数量，可以适应不同规模需要。
54.进一步地，如图4所示，所述氯化盐生产模块2包括依次连接的离心泵21、海水箱22和砂滤器23，具体地，在该模块对海水进行预处理，使用离心泵21将海水引入海水箱22，再进入砂滤器23去除泥沙和漂浮物等杂质。
55.进一步地，所述氯化盐储存模块5包括水箱51，所述水箱51与所述砂滤器23连接。
56.进一步地，所述硝酸盐生产模块3包括依次连接的空气收集单元31、氮氧化物合成单元32以及氮氧化物吸收单元33，所述空气收集单元31包括鼓风设备，所述氮氧化物吸收单元33还与所述氯化盐生产模块2连接；所述空气收集单元31、氮氧化物合成单元32、氮氧化物吸收单元33分别与所述可再生能源发电模块1连接。空气收集单元31以空气为原料，通过鼓风设备，将空气富集，收集的空气经过氮氧化物合成单元32进行氮气氧化，产生一定浓度的nox，氮氧化物吸收单元33使用氯化盐溶液吸收nox，得到硝酸盐溶液。
57.进一步地，所述氨合成模块4包括电解槽41，所述电解槽41包括多个互相独立的电极室，所述电极室与所述可再生能源发电模块1连接。所述电极室的阴极处设有脱氨膜。
58.具体地，以可再生能源发电模块1的清洁电能为电源，以来自硝酸盐储存模块6中的硝酸盐溶液为电解液，在电解槽41中发生反应，在阴极附近硝酸根被还原，产生氨气。进一步地，阴极室上方用脱氨膜隔开，阴极产生的氨气通过氨气透过膜进入下一流程，电解液
被隔离在室内。进一步地，电解槽分为多个分隔独立工作的小电极室，负载可调节，以适应可再生能源的波动性特征，在海风、阳光等可再生能源发电充沛时所有电极室同时工作产氨，在可再生能源发电不足时只启用部分电极室工作，保证电化学反应器的持续运转。
59.进一步地，所述水箱51、硝酸盐储存模块6的储罐中均设有液位计，进行高低液位报警及联锁，实现合成过程的自动监控。
60.实施例4
61.在一实施例中，可再生能源发电模块1以海上风能作为能源，利用风力发电机将风能转变为电能，在有海风的时间段，电能输送至其他模块。所述硝酸盐生产模块3在电能的驱动下，收集空气通过氧化过程获得1～5％的nox，再通过氯化盐溶液吸收得到硝酸盐溶液。所述硝酸盐存储模块6将上一工序的硝酸盐溶液储存在储罐中。所述氨合成模块4在电能的驱动下，以来自所述硝酸盐存储模块6的硝酸盐溶液为原料，通过电催化过程，使温度为40℃-100℃的硝酸盐溶解发生电解反应，生成氨气。所述氨存储模块7在电能的驱动下，通过加压过程，将来自所述氨合成模块的氨气转变为液氨，并存储于储罐中。所述氨分配模块8将存储于所述氨存储模块7的液氨输送至可运输的罐体中。
62.以上具体实施方式是对本实用新型的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。