【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及海洋能源綜合利用，尤其涉及一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統。
技術介紹
1、近年來，海洋能源綜合利用成為國家海洋戰略的重要方向，也是重要能源布局。以海上風電、海上光伏等能源制取和利用的場景逐漸增多。但由于海上新能源波動性、隨機性和間歇性的特點，海上風電輸電配套及供需消納成為需要解決的問題。海上風電、光伏等能源耦合電解水制氫制取高純度氫氣，并轉化為氨、醇、油等燃料進行跨區域和時段儲運，是符合國家戰略需求的一項可持續的解決方案。
2、中國專利cn117869186a公開了一種壓縮二氧化碳儲能與合成二甲醚的海上綜合能源系統。中國專利cn117926277a公開了一種利用海岸垃圾生產電解水電極并副產甲醇的系統及方法。此兩項專利均為海洋能源利用的典型方式，但并未涉及能源的合理配置及能量的梯級利用。如何在實現海上能源制氫和儲運以及提高風、光、海洋能量的利用率，實現能量的梯級利用，是解決海上能源浪費及儲運、成本難題的重要手段。因此，需提供一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統以解決上述問題。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術設計了一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，利用海上風電、光伏、溫差能發電，采用生物質制備海水淡化木材并產生二氧化碳，使海水電解為氫氣并與二氧化碳合成轉化為綠色液體燃料，氧氣用于水下系統供氧。
2、本專利技術采用如下技術方案：
3、一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，包括海上鋼架平臺
4、海上鋼架平臺下的海底中設置有液態二氧化碳儲罐，與壓縮二氧化碳儲能及換熱系統連接。
5、作為優選，所述海上鋼架平臺下的海水中種植有海洋樹木，用于熱解裝置熱解。熱解裝置采用自主研發熱解氣化器（cn117106489a），熱解溫度為800~850℃。
6、作為優選，所述海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統還包括風電機與光伏板、溫差能發電裝置、直流變流器、受端轉換器及電網，風電機與光伏板、溫差能發電裝置分別連接至直流變流器，直流變流器通過受端轉換器連接至電網，全平臺供電與直流變流器相連接。
7、作為優選，所述海上鋼架平臺下的海水中還設置有氧儲罐、氧流量控制器和水下監測及參觀平臺，氧儲罐通過管道與堿性水電解槽連接，氧流量控制器連接氧儲罐，控制氧氣供給水下監測及參觀平臺和海洋樹木。水下監測及參觀平臺為整個系統的中樞，按照運行需求調整整個系統的運行策略，包括各模塊的運行參數及各裝置的物料進出量。海洋樹木主要為種植的近海樹木，包括紅樹、白燭果及海欖雌。
8、作為優選，所述壓縮二氧化碳儲能及換熱系統包括膨脹機、換熱器、熱鹽罐一、冷鹽罐一、熱鹽罐二、冷鹽罐二、熱水罐、冷水罐、冷凝器、蒸發器及壓縮機。
9、作為優選，所述海水凈化裝置包括凈化臺底座、凈化臺固定器及凈化臺支撐板，凈化臺支撐板上倒掛有楔形流道，楔形流道底端連通凈化水出口通道，凈化臺底座上設置有蒸發儲罐，蒸發儲罐通過海水一次過濾器連接海水進口通道，蒸發儲罐上方設置有海水淡化木材，海水淡化木材上方對應楔形流道。
10、作為優選，所述氫氣凈化除雜裝置和氣體凈化除雜裝置分別包括分子篩物理吸附和膜分離后續工藝。
11、作為優選，所述堿性電解槽工作溫度為55~95℃，電流密度0.2~0.5?a/cm2，電堆能耗3.8~4.0?kwh/m3。
12、作為優選，所述壓縮二氧化碳儲能及換熱系統中，熱鹽罐一、冷鹽罐一中和熱鹽罐二、冷鹽罐二中的兩種熔鹽分別采用nacl-na2so4-naf及kno3-nano2-nano3。
13、作為優選，所述海上鋼架平臺下方設置海平面穩定裝置和固定樁。
14、作為優選，所述液態燃料合成采用熱化學方法，并進行除雜。氫氣與二氧化碳的摩爾比為3:1。在水下監測及參觀平臺的控制下按照用途及需求合理分配兩種產物的合成比例。運輸船舶在運送燃料的同時，也將其作為動力來源。
15、本專利技術的有益效果是：本專利技術調節負荷的流程相比現有風光儲氫系統更加平穩；當電力負荷需求量高于發電負荷時，通過水下監測及參觀平臺給出指令，堿性水電解槽及液態燃料合成凈化裝置低載運行，壓縮二氧化碳儲能及換熱系統啟動放能階段以補充不足的負荷；而當電力負荷需求量低于發電負荷時，壓縮二氧化碳儲能及換熱系統啟動儲能階段以儲存多余的電力，合成液體燃料并儲存運輸。
16、本專利技術采用光伏板發電和光海水凈化的方式，將光伏和光熱兩種光利用方式耦合應用，提高了系統密集程度，提升了光能利用率。
17、本專利技術制氫過程采用自主設計泡沫鎳/co3o4@nifepc催化劑，降低反應過電位，提升了堿性電解槽性能。采用新型催化劑合成甲醇及二甲醚，提升了法拉第效率并加強了穩定性。在水下監測及參觀平臺的控制下按照用途及需求合理分配兩種液體燃料的合成比例，分別在兩不同的合成裝置中進行燃料合成，保證系統正常運行的同時并對外輸出液體燃料，使合成更為精準。
18、本專利技術海水淡化過程采用了海水淡化木材的淡化方法，相較于單一膜法淡化的方法明顯降低了海水的停留時間，不需膜的深度凈化，而海水淡化木材的光熱方法無需額外輸入量，且提升了進入堿性電解槽的水質，在節省凈化膜成本的同時，提升了系統壽命。
19、本專利技術實現了木材生物質的綜合利用。熱解后的二氧化碳用于后續儲能及合成，而木材生物質的焦炭用作海水淡化木材，實現了生物質的綜合利用。
20、本專利技術實現了二氧化碳和氧氣的綜合利用。熱解產生一部分二氧化碳送入壓縮二氧化碳儲能及換熱系統參與壓縮二氧化碳儲能換熱。另外一部分二氧化碳參與液態燃料合成。合成的二氧化碳來源于生物質，符合綠色甲醇及綠色二甲醚的認證標準。另外，電解水產生的氧氣也實現了有效利用。在氧流量控制器的控制下給予水下監測及參觀平臺供氧，而多余的氧可用于種植的海洋樹木系統供氧。
21、本專利技術較之于現有的風光儲能系統增加了溫差能發電裝置，實現了能量的梯級利用，降低了系統各部分的溫差，降低了熱應力導致降低裝置壽命的風險。而熱源部分來源于熔鹽，實現了低品位能量的有效利用。同時，熱化學合成的熱量也部分來源于熔鹽，提升了熱利用效果。
22、本專利技術實現了產品的多層次利用。二甲醚是一種便于運輸的液體燃料。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，包括海上鋼架平臺，其特征是，所述海上鋼架平臺上設置有海水泵、海水凈化裝置、凈化水儲罐、水泵、堿性水電解槽、氫氣凈化除雜裝置、氫儲罐和氫流量控制器、熱解裝置、氣體凈化除雜裝置、氣態二氧化碳儲罐、二氧化碳流量控制器、壓縮二氧化碳儲能及換熱系統、合成凈化裝置、燃料儲罐；海水泵、海水凈化裝置、凈化水儲罐、水泵、堿性水電解槽、氫氣凈化除雜裝置、氫儲罐和氫流量控制器依次連接；熱解裝置、氣體凈化除雜裝置、氣態二氧化碳儲罐、二氧化碳流量控制器及壓縮二氧化碳儲能及換熱系統依次連接；氫流量控制器和二氧化碳流量控制器連接合成凈化裝置，合成凈化裝置連接燃料儲罐，燃料儲罐中的燃料通過運輸船舶運輸以及用于運輸船舶的燃料供給；
2.根據權利要求1所述的一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，其特征是，所述海上鋼架平臺下的海水中種植有海洋樹木，用于熱解裝置熱解。
3.根據權利要求1所述的一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，其特征是，還包括風電機與光伏板、溫差能發電裝置、直流變流器、受端轉換器及電網，風電機與光伏板、溫差能發電裝置
4.根據權利要求2所述的一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，其特征是，所述海上鋼架平臺下的海水中還設置有氧儲罐、氧流量控制器和水下監測及參觀平臺，氧儲罐通過管道與堿性水電解槽連接，氧流量控制器連接氧儲罐，控制氧氣供給水下監測及參觀平臺和海洋樹木。
5.根據權利要求1所述的一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，其特征是，所述壓縮二氧化碳儲能及換熱系統包括膨脹機、換熱器、熱鹽罐一、冷鹽罐一、熱鹽罐二、冷鹽罐二、熱水罐、冷水罐、冷凝器、蒸發器及壓縮機。
6.根據權利要求1所述的一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，其特征是，所述海水凈化裝置包括凈化臺底座、凈化臺固定器及凈化臺支撐板，凈化臺支撐板上倒掛有楔形流道，楔形流道底端連通凈化水出口通道，凈化臺底座上設置有蒸發儲罐，蒸發儲罐通過海水一次過濾器連接海水進口通道，蒸發儲罐上方設置有海水淡化木材，海水淡化木材上方對應楔形流道。
7.根據權利要求1所述的一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，其特征是，所述氫氣凈化除雜裝置和氣體凈化除雜裝置分別包括分子篩物理吸附和膜分離后續工藝。
8.?根據權利要求1所述的一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，其特征是，所述堿性電解槽工作溫度為55~95℃，電流密度0.2~0.5?A/cm2，電堆能耗3.8~4.0?kWh/m3。
9.根據權利要求1所述的一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，其特征是，所述壓縮二氧化碳儲能及換熱系統中，熱鹽罐一、冷鹽罐一中和熱鹽罐二、冷鹽罐二中的兩種熔鹽分別采用NaCl-Na2SO4-NaF及KNO3-NaNO2-NaNO3。
10.根據權利要求2所述的一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，其特征是，所述海上鋼架平臺下方設置海平面穩定裝置和固定樁。
...【技術特征摘要】
1.一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，包括海上鋼架平臺，其特征是，所述海上鋼架平臺上設置有海水泵、海水凈化裝置、凈化水儲罐、水泵、堿性水電解槽、氫氣凈化除雜裝置、氫儲罐和氫流量控制器、熱解裝置、氣體凈化除雜裝置、氣態二氧化碳儲罐、二氧化碳流量控制器、壓縮二氧化碳儲能及換熱系統、合成凈化裝置、燃料儲罐；海水泵、海水凈化裝置、凈化水儲罐、水泵、堿性水電解槽、氫氣凈化除雜裝置、氫儲罐和氫流量控制器依次連接；熱解裝置、氣體凈化除雜裝置、氣態二氧化碳儲罐、二氧化碳流量控制器及壓縮二氧化碳儲能及換熱系統依次連接；氫流量控制器和二氧化碳流量控制器連接合成凈化裝置，合成凈化裝置連接燃料儲罐，燃料儲罐中的燃料通過運輸船舶運輸以及用于運輸船舶的燃料供給；
2.根據權利要求1所述的一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，其特征是，所述海上鋼架平臺下的海水中種植有海洋樹木，用于熱解裝置熱解。
3.根據權利要求1所述的一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，其特征是，還包括風電機與光伏板、溫差能發電裝置、直流變流器、受端轉換器及電網，風電機與光伏板、溫差能發電裝置分別連接至直流變流器，直流變流器通過受端轉換器連接至電網，全平臺供電與直流變流器相連接。
4.根據權利要求2所述的一種海水電解水制氫及能量梯級存儲及利用系統，其特征是，所述海上鋼架平臺下的海水中還設置有氧儲罐、氧流量控制器和水下監測及參觀平臺，氧儲罐通過管道與堿性水電解槽連接，氧流量控制器連接氧儲罐，控制氧氣供給水下監測及參觀平臺和海洋樹...
【專利技術屬性】
技術研發人員：岳良辰，李晴，劉珍，俞苗，劉可亮，
申請(專利權)人：西子清潔能源裝備制造股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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