分布式制氢设施的制作方法

公开了一种分布式制氢设施。分布式制氢设施也可以看作分布式电解设施。

背景技术：

1、氢气可以通过不同的方式生产，包括重整天然气和电解。截至2020年左右，世界上约95％的氢气生产来自化石燃料，而这95％的氢气中有48％来自天然气重整。当时只有大约5％的氢气生产来自电解。化石燃料衍生的氢气也伴随着二氧化碳的产生。预计在不久的将来，全球氢气市场将大幅增长。“2017年全球氢气生产市场规模为1032亿美元，预计到2026年将达到2074.8亿美元，2017年至2026年的复合年增长率为8.1％。”(https://www.prnewswire.com/news-releases/global-hydrogen-generation-market-2017-2018--2026-market-accounted-for-103-20-billion-in-2017-and-is-expected-to-reach-207-48-billion-by-2026--300763535.html)

2、电解涉及在浸入水中的电极之间施加电势差。添加电解质以促进和增加电极之间的导电性，即电子或离子流。当电解由绿色能源提供动力时，相关的碳足迹仅限于电解设施的设备组件制造、运输和安装中涉及的一次性气态碳生产。

3、限制通过电解生产绿色h2的增长的一个因素是其成本，特别是可再生能源设施所需的资本支出。此外，设施的占地面积通常具有无法轻易地定位在郊区环境中的尺寸。然而，随着时间的推移，建造、安装和维护的高成本往往超过了偏远地点的相对较低的土地成本。

4、上述对背景技术的引用并不是承认该技术构成本领域普通技术人员的公知常识的一部分。

技术实现思路

1、从广义和一般意义上讲，公开设施背后的想法或概念是通过电解单元的分布式网络实现氢气的商业规模生产。分布式网络可以以栅栏的形式构建，例如可以围绕农场或农村房地产或矿场或其他资源加工/生产设施。

2、在第一方面，公开了一种分布式制氢设施，包括：多个电解单元，每个单元具有一个或多个pv电池和相关联的电解系统，该电解系统由一个或多个pv电池产生的电力提供动力以产生氢气和氧气；进料总管，其用于将水和电解质供给至多个单元中的每一个；以及气体总管，其用于至少将氢气从多个单元中的每一个引导至第一远程设备。

3、在一个实施方式中，每个单元中的一个或多个pv电池提供≤100vdc的最大输出。

4、在一个实施方式中，该设施包括电耦合以接收电力并布置成向电解系统提供≤100vdc的受控输出的超低压dc(ulvdc)功率控制系统。

5、在一个实施方式中，气体总管(a)进一步布置成在公共管道中将氧气与氢气引导至第一远程设备作为气体混合物；或者(b)包括用于将氢气从多个单元中的每一个引导至第一远程设备的氢气管道和用于将氧气从多个单元中的每一个引导至第一远程设备或不同的第二远程设备的单独的氧气管道。

6、在一个实施方式中，气体总管还被布置成将氧气引导至第二远程设备。

7、在一个实施方式中，进料总管和气体总管都与公共罐流体连通，所述罐：保持由进料总管供给到多个单元的水和电解质的供应；以及，接收来自单元的流体返回流，其中返回流至少包括气态氢。

8、在一个实施方式中，返回流还包括气态氧。

9、在一个实施方式中，返回流还包括电解质。

10、在一个实施方式中，返回流还包括水。

11、在一个实施方式中，该设施包括用于将气态氢与气态氧分离的分离系统。

12、在一个实施方式中，分离系统包括以下至少之一：聚合物膜；变压吸附工艺；以及电化学过滤器。

13、在一个实施方式中，电解单元使用碱性电解质。

14、在一个实施方式中，单元的一个或多个pv电池在单元内串联连接在一起。

15、在一个实施方式中，单元的一个或多个pv电池在单元内并联连接在一起。

16、在一个实施方式中，每个电解单元是能够在≥10mpa的压力和70℃下产生气态氢的高压电解单元。

17、在一个实施方式中，电解单元是能够在≥20mpa的压力和70℃下产生气态氢的高压电解单元。

18、在一个实施方式中，进料总管包括在倾斜平面中延伸的管道。

19、在一个实施方式中，电解槽位于进料总管内。

20、在第二方面，公开了一种分布式制氢围栏，包括：多个电解单元，每个单元具有一个或多个pv电池、由一个或多个pv电池产生的电力提供动力的相关联的电解系统和用于将水和电解质供给到电解系统的进料总管，其中电解系统设置在进料总管中并可操作以产生氢气和氧气；气体总管，其用于至少将氢气从多个单元中的每一个引导至第一远程设备；以及多个栅栏柱，其中各个单元位于相邻的栅栏柱之间并由它们支撑，对应单元的进料总管以倾斜的方式在相邻的栅栏柱之间延伸。

21、在一个实施方式中，气体总管由一个或多个栅栏柱支撑。

22、在一个实施方式中，pv电池被支撑在气体总管上。

23、在一个实施方式中，pv电池由栅栏柱支撑。

24、在一个实施方式中，每个单元中的一个或多个pv电池提供≤100vdc的最大输出。

25、在一个实施方式中，栅栏包括电耦合以接收电力并布置成向电解系统提供≤100vdc的受控输出的超低压直流(ulvdc)功率控制系统。

26、在一个实施方式中，至少一些单元包括用于存储由pv电池产生的电力的电池，并且其中存储的电力被提供给电解系统。

27、在一个实施方式中，一个单元的所有电气设备由直接来自pv电池或由pv电池充电的电池的dc电压和电流供电。

28、在一个实施方式中，气体总管(a)进一步布置成将氧气与氢气在公共管道中引导至第一远程设备作为气体混合物；或(b)包括用于将氢气从多个单元中的每一个引导至第一远程设备的氢气管道和用于将氧气从多个单元中的每一个引导至第一远程设备的单独的氧气管道。

29、在一个实施方式中，每个单元都设有通风孔以促进氧气排到大气中。

30、在一个实施方式中，栅栏包括一个或多个开口，以允许动物、人或车辆通过。

31、在一个实施方式中，各个开口由横跨孔而放置的门或格栅控制，所述孔在跨越开口的地面中。

32、在一个实施方式中，栅栏包括在位于柱的一侧或两侧并连接到柱的平面内的材料的绞线或网状物，其中绞线或网状物被布置成保护每个单元的至少部分免受动物或人类动物的破坏作用。

33、在一个实施方式中，绞线或网状物利用pv电池产生的电力来充电。

技术特征：

1.一种分布式制氢设施，包括：

2.根据权利要求1所述的设施，其中每个单元中的一个或多个pv电池提供≤100v dc的最大输出。

3.根据权利要求2所述的设施，包括超低压直流(ulvdc)功率控制系统，其电耦合以接收电力并且布置成向电解系统提供≤100v dc的受控输出。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设施，其中所述气体总管(a)进一步布置成在公共管道中将氧气与氢气引导到所述第一远程设备作为气体混合物；或(b)包括用于将氢气从多个单元中的每一个引导至第一远程设备的氢气管道和用于将氧气从多个单元中的每一个引导至第一远程设备或不同的第二远程设备的单独的氧气管道。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的设施，其中所述气体总管进一步布置成将氧气引导至第二远程设备。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的设施，其中所述进料总管和所述气体总管均与公共罐流体连通，所述罐：保持由进料总管供给到多个单元的水和电解质的供应；以及接收来自单元的流体的返回流，其中返回流至少包括气态氢。

7.根据权利要求6所述的设施，其中所述返回流还包括气态氧。

8.根据权利要求6或7所述的设施，其中所述返回流还包含电解质。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的设施，其中所述返回流还包括水。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的设施，还包括用于将气态氢气与气态氧气分离的分离系统。

11.根据权利要求10所述的设施，其中所述分离系统包括以下中的至少一个：聚合物膜；变压吸附工艺；和电化学过滤器。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的设施，其中电解单元使用碱性电解质。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的设施，其中一个单元的一个或多个pv电池在所述单元内串联连接在一起。

14.根据权利要求1-12中任一项所述的设施，其中一个单元的一个或多个pv电池在所述单元内并联连接在一起。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的设施，其中每个电解单元是能够在≥10mpa的压力和70℃下产生气态氢的高压电解单元。

16.根据权利要求1-14中任一项所述的设施，其中电解单元是能够在≥20mpa的压力和70℃下产生气态氢的高压电解单元。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的设施，其中进料总管包括在倾斜平面中延伸的管道。

18.根据权利要求17所述的设施，其中电解槽位于进料总管内。

19.一种分布式制氢栅栏，包括：

20.根据权利要求19所述的分布式制氢栅栏，其中所述气体总管由一个或多个栅栏柱支撑。

21.根据权利要求20所述的分布式制氢栅栏，其中所述pv电池支撑在气体总管上。

22.根据权利要求20所述的分布式制氢栅栏，其中所述pv电池由栅栏柱支撑。

23.根据权利要求19-22中任一项所述的分布式制氢栅栏，其中每个单元中的一个或多个pv电池提供≤100vdc的最大输出。

24.根据权利要求23所述的分布式制氢栅栏，包括超低压直流(ulvdc)功率控制系统，其电耦合以接收电力并布置成向电解系统提供≤100vdc的受控输出。

25.根据权利要求19-23中任一项所述的分布式制氢栅栏，其中至少一些单元包括用于存储由pv电池产生的电力的电池，并且其中存储的电力被提供给电解系统。

26.根据权利要求25所述的分布式制氢栅栏，其中一个单元的所有电气设备由直接来自光伏电池或由光伏电池充电的电池的直流电压和电流提供动力。

27.根据权利要求19至26中任一项所述的分布式制氢栅栏，其中气体总管(a)进一步布置成将氧气与氢气在公共管道中引导至第一远程设备作为气体混合物；或(b)包括用于将氢气从多个单元中的每一个引导至第一远程设备的氢气管道和用于将氧气从多个单元中的每一个引导至第一远程设备的单独的氧气管道。

28.根据权利要求19至26中任一项所述的分布式制氢栅栏，其中每个单元都设置有通风口，以利于将氧气排放到大气中。

29.根据权利要求19至28中任一项所述的分布式制氢栅栏，其中所述栅栏包括一个或多个开口，以允许动物、人或车辆通过。

30.根据权利要求29所述的分布式制氢栅栏，其中各个开口由横跨孔而放置的门或格栅控制，所述孔在跨越开口的地面中。

31.根据权利要求19至30中任一项所述的分布式制氢栅栏，其包括位于柱的一侧或两侧并与其连接的的平面中的材料的绞线或网状物，其中所述绞线或网状物布置成保护每个单元的至少部分免受动物或人类动物的损害作用。

32.根据权利要求31所述的分布式制氢栅栏，其中所述绞线或网状物利用所述pv电池产生的电力来通电。

技术总结
分布式制氢栅栏(40)由多个电解单元(12)和栅栏柱(44)组成。每个单元(12)具有一个或多个PV电池(14)、由一个或多个PV电池产生的电力提供动力的相关电解系统(16)以及用于将水和电解质进料到电解系统(16)的进料总管(18)。电解系统(16)在进料总管(18)内。电解系统可操作以产生氢气和氧气。单元(12)位于相邻的栅栏柱(44)之间并由它们支撑。进料总管(18)在相邻的栅栏柱(44)之间以倾斜的方式延伸。气体总管(20)至少将氢气从多个单元中的每一个引导到第一远程设备。栅栏设有开口以允许动物、人或车辆通过。开口可以通过横跨孔而放置的门或格栅控制，所述孔在跨越开口的地面中。

技术研发人员：香农·奥鲁克
受保护的技术使用者：伍德赛德能源技术私人有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12