產(chǎn)生用于工廠(chǎng)設(shè)備的氧氣和氫氣的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光電解系統(tǒng)，所述光電解系統(tǒng)具有太陽(yáng)能收集器，所述太陽(yáng)能收集器配置用于收集并聚集太陽(yáng)輻射以加熱水、發(fā)電或者執(zhí)行這兩者。所述系統(tǒng)還包括電解單元，所述電解單元配置用于至少使用所產(chǎn)生的電力來(lái)電解受熱水，以產(chǎn)生第一氣體混合物和第二氣體混合物。所述第一氣體混合物包括氧氣和蒸汽并且所述第二氣體混合物包括氫氣和蒸汽。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：第一裝置，所述第一裝置配置用于接收并使用所述第一氣體混合物；以及氫膜，所述氫膜配置用于接收所述氫氣和蒸汽混合物并將其分離成氫氣組分和蒸汽組分。
【專(zhuān)利說(shuō)明】產(chǎn)生用于工廠(chǎng)設(shè)備的氧氣和氫氣的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)廠(chǎng)房，例如動(dòng)力發(fā)電廠(chǎng)。本發(fā)明涉及產(chǎn)生氧氣和氫氣以便在動(dòng)力 發(fā)電廠(chǎng)，例如整體氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC)發(fā)電廠(chǎng)中消耗。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常，整體氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC)發(fā)電廠(chǎng)通過(guò)使用氣化器將燃料源轉(zhuǎn)換成合成氣 (例如，一氧化碳和氫氣的混合物）。隨后可以將此合成氣產(chǎn)物提供到燃燒器，所述燃燒器 可以燃燒合成氣以驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)。典型的IGCC氣化器可以將燃料源（例如，煤 漿）與蒸汽和氧氣化合，以產(chǎn)生合成氣?？諝夥蛛x單元是IGCC發(fā)電廠(chǎng)的主要氧氣源。通常， IGCC發(fā)電廠(chǎng)可以操作一個(gè)或多個(gè)空氣分離單元，所述空氣分離單元可以在冷凍溫度下冷凝 壓縮空氣，以便分離空氣中的氮?dú)?、氧氣和其他組分氣體。因此，這些空氣分離單元通常消 耗大量能量。此外，這些空氣分離單元可能在每日和每年中的較溫暖時(shí)期消耗更多能量來(lái) 冷凝和分離壓縮空氣。
[0003] 電解是使用施加電壓來(lái)斷裂一個(gè)或多個(gè)分子鍵的過(guò)程。例如，可以使用傳統(tǒng)電解 來(lái)通過(guò)施加直流電流分裂水分子，以便在陰極收集氫氣并且在陽(yáng)極收集氧氣。但是，傳統(tǒng)的 液態(tài)水電解實(shí)質(zhì)上低效（例如，由于競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)部反應(yīng)）、消耗的能量（例如，直流電流）遠(yuǎn)大 于理論上斷裂水分子中的氫鍵和氧鍵所需的能量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 以下概述了與本發(fā)明原始主張的權(quán)利要求范圍一致的一些實(shí)施例。這些實(shí)施例并 不意圖限制本發(fā)明的范圍，相反，這些實(shí)施例僅用于提供本發(fā)明的可能形式的簡(jiǎn)要概述。實(shí) 際上，本發(fā)明可以包括可能與下述實(shí)施例類(lèi)似或不同的各種形式。
[0005] 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光電解系統(tǒng)，所述光電解系 統(tǒng)具有太陽(yáng)能收集器，所述太陽(yáng)能收集器配置用于收集并聚集太陽(yáng)輻射以加熱水、發(fā)電或 者執(zhí)行這兩者。所述系統(tǒng)還包括電解單元，所述電解單元配置用于使用至少所產(chǎn)生的電力 來(lái)電解受熱水，以產(chǎn)生第一氣體混合物和第二氣體混合物。所述第一氣體混合物包括氧氣 和蒸汽并且第二氣體混合物包括氫氣和蒸汽。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：第一裝置，所述第一裝 置配置用于接收并使用第一氣體混合物；以及氫膜，所述氫膜配置用于接收氫氣和蒸汽混 合物并將其分離成氫氣組分和蒸汽組分。
[0006] 在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種方法，所述方法包括通過(guò)太陽(yáng)能收集器收集 太陽(yáng)輻射以及將所述太陽(yáng)輻射分離成長(zhǎng)波長(zhǎng)組分和短波長(zhǎng)組分。所述方法還包括：使用長(zhǎng) 波長(zhǎng)組分加熱水以提供受熱水；以及使用短波長(zhǎng)組分產(chǎn)生電流。所述方法還包括向受熱水 施加至少所產(chǎn)生的電流以產(chǎn)生氧氣和蒸汽混合物以及氫氣和蒸汽混合物。所述方法進(jìn)一步 包括將氧氣和蒸汽混合物輸送到氧燃燒反應(yīng)器。
[0007] 在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光電解系統(tǒng)，所述光電解 系統(tǒng)配置用于處理太陽(yáng)輻射和水以提供氧氣和蒸汽流以及氫氣和蒸汽流。所述系統(tǒng)還包括 裝置，所述裝置配置用于將氫氣組分從氫氣和蒸汽流中分離并且將氫氣組分的至少一部分 轉(zhuǎn)換成用于光電解系統(tǒng)的電力。所述系統(tǒng)還包括控制器，所述控制器包括存儲(chǔ)器和處理器 并且配置用于控制所述光電解系統(tǒng)、所述裝置或者這兩者的運(yùn)行。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 在參考附圖閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明后，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面 和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，類(lèi)似的符號(hào)代表所有附圖中類(lèi)似的部分，其中：
[0009] 圖1是示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明多個(gè)方面的光電解系統(tǒng)的實(shí)施例，所述光電解 系統(tǒng)提供氧氣/蒸汽流以及氫氣/蒸汽流，所述氧氣/蒸汽流以及氫氣/蒸汽流被輸送到 整體氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC)發(fā)電廠(chǎng)、化學(xué)制造廠(chǎng)和/或煉油廠(chǎng)；
[0010] 圖2是示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明多個(gè)方面的整體氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC)發(fā)電廠(chǎng)的 實(shí)施例，所述IGCC發(fā)電廠(chǎng)從光電解系統(tǒng)接收氧氣/蒸汽流以及氫氣/蒸汽流；
[0011] 圖3是根據(jù)本發(fā)明多個(gè)方面的流程圖，示出了光電解系統(tǒng)借以使用充足日照提供 氧氣/蒸汽流以及氫氣/蒸汽流的過(guò)程；以及
[0012] 圖4是根據(jù)本發(fā)明多個(gè)方面的流程圖，示出了光電解系統(tǒng)借以使用不充足日照提 供氧氣/蒸汽流以及氫氣/蒸汽流的過(guò)程。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下文將描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例。為了準(zhǔn)確描述這些實(shí)施例，說(shuō)明書(shū) 中可以不描述實(shí)際實(shí)施方案的所有特征。應(yīng)了解，在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中開(kāi)發(fā)任何此類(lèi) 實(shí)際實(shí)施方案時(shí)，均應(yīng)當(dāng)做出與實(shí)施方案特定相關(guān)的各種決定，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)人員的特定目 標(biāo)，例如，是否要遵守與系統(tǒng)相關(guān)以及與業(yè)務(wù)相關(guān)的約束，這些限制可能會(huì)因?qū)嵤┓桨傅牟?同而有所不同。另外，應(yīng)當(dāng)了解，此類(lèi)開(kāi)發(fā)工作可能復(fù)雜而且耗時(shí)，但對(duì)所屬領(lǐng)域中受益于 本發(fā)明的普通技術(shù)人員而言，這將仍是設(shè)計(jì)、制造以及生產(chǎn)中的常規(guī)任務(wù)。
[0014] 介紹本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案的元件時(shí)，冠詞"一個(gè)"、"一種"、"該"和"所述"意圖 表示存在一個(gè)或多個(gè)所述元件。術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含"和"具有"旨在表示包括性含義，并且 表示除了所列元件外，可能還有其他元件。
[0015] 如上所述，電解通常包括向水施加直流電流（例如，在室溫下）以分別在電解系統(tǒng) 的陽(yáng)極和陰極產(chǎn)生氧氣和氫氣。或者，特定水電解方法包括將水加熱到特定溫度，然后再施 加電解電流以便減少消耗的電流（即，提高電解過(guò)程的效率）。也就是說(shuō)，例如，使用過(guò)熱蒸 汽（例如，約700°C以上溫度的H20)能夠減少在斷裂水分子中的氫氧鍵時(shí)消耗的能量（即， 直流電流）。此外，由于轉(zhuǎn)換效率通常小于100%，因此分別在陰極和陽(yáng)極收集的氫氣和氧 氣可能與蒸汽混合。
[0016] 對(duì)于所公開(kāi)的光電解系統(tǒng)，日照可能用作經(jīng)濟(jì)有效型能源，為電解過(guò)程提供熱量 和/或電力。作為具體實(shí)例，光電解系統(tǒng)可以將日光分成長(zhǎng)波長(zhǎng)輻射（例如，紅外（IR)輻 射）和短波長(zhǎng)輻射（例如，可見(jiàn)光輻射/紫外線(xiàn)輻射），然后使用長(zhǎng)波長(zhǎng)輻射來(lái)加熱水（例 如，從約700°C到1000°C )，再施加使用短波長(zhǎng)輻射（例如，通過(guò)光電池）產(chǎn)生的直流電流。
[0017] 因此，本發(fā)明的實(shí)施例涉及使用光電解系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生單獨(dú)的氫氣/蒸汽流以及氧氣 /蒸汽流，將所述氫氣/蒸汽流以及氧氣/蒸汽流輸送到一個(gè)或多個(gè)附近設(shè)施（例如，IGCC 發(fā)電廠(chǎng)、煉油產(chǎn)、化學(xué)制造廠(chǎng)或類(lèi)似設(shè)施）的各個(gè)部分中。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可以使 用太陽(yáng)能光電解系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生氧氣/蒸汽流，所述氧氣/蒸汽流可以輸送到IGCC發(fā)電廠(chǎng)的 氣化器中。通過(guò)使用太陽(yáng)輻射作為動(dòng)力源來(lái)產(chǎn)生氧氣/蒸汽流，本發(fā)明的實(shí)施例能夠省去 傳統(tǒng)上在消耗大量能量成本的情況下向氣化器供應(yīng)氧氣的空氣分離單元，從而提高了 IGCC 發(fā)電廠(chǎng)的整體效率。此外，如下詳述，就更好的溫度控制和/或反應(yīng)物混合而言，太陽(yáng)光電 解系統(tǒng)產(chǎn)生的氧氣/蒸汽流提供了良好的氧氣源，用于引入不同類(lèi)型的反應(yīng)器（例如，氣化 器、燃燒器、燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或其他氧燃燒反應(yīng)器）中。此外，此氧氣/蒸汽流可以與附近設(shè)施 的其他部件（例如，氣體處理單元、硫回收單元或類(lèi)似部件）連通和/或集成，以進(jìn)一步提 高效率。此外，所產(chǎn)生的氫氣/蒸汽流還可以輸送到各個(gè)化學(xué)反應(yīng)器，或者可以分離，以便 可以存儲(chǔ)氫氣以供未來(lái)使用（例如，能量生產(chǎn)、煉油反應(yīng)器、化學(xué)制造或類(lèi)似應(yīng)用）。
[0018] 鑒于上述內(nèi)容，圖1示出了系統(tǒng)10的實(shí)施例，其中光電解系統(tǒng)12向多個(gè)附近設(shè)施 (例如，IGCC發(fā)電廠(chǎng)、煉油廠(chǎng)、化學(xué)制造廠(chǎng)或類(lèi)似設(shè)施）的各個(gè)部分提供氧氣/蒸汽流以及 氫氣/蒸汽流。在圖示的系統(tǒng)10中，光電解系統(tǒng)12可以通常接收并使用太陽(yáng)輻射14以將 水16轉(zhuǎn)換成氧氣/蒸汽流18以及氫氣/蒸汽流20。具體來(lái)說(shuō)，光電解系統(tǒng)12可以包括太 陽(yáng)能收集器22,所述太陽(yáng)能收集器通常配置用于接收太陽(yáng)輻射14并將其分成長(zhǎng)波長(zhǎng)（例 如，大于約750nm的波長(zhǎng)）組分以及短波長(zhǎng)組分（例如，小于約750nm的波長(zhǎng)）。例如，太陽(yáng) 能收集器22可以包括一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能集中器（例如，拋物面反射鏡或其他適當(dāng)?shù)姆瓷浔?面），其將接收到的太陽(yáng)輻射的長(zhǎng)波長(zhǎng)組分和短波長(zhǎng)組分分別導(dǎo)向到太陽(yáng)能集中器24和光 伏太陽(yáng)能電池18。此外，在特定實(shí)施例中，太陽(yáng)能收集器22可以額外地使用一個(gè)或多個(gè)適 當(dāng)安置的鏡子，所述鏡子對(duì)于特定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍具有選擇反射能力（例如，選擇性地反 射較長(zhǎng)或短波長(zhǎng)），以便適當(dāng)?shù)貙⒔邮盏降妮椛涞牟煌M分導(dǎo)向到太陽(yáng)能集中器24和光伏 太陽(yáng)能電池18。
[0019] 因此，太陽(yáng)能收集器22可以分離太陽(yáng)輻射14的長(zhǎng)波長(zhǎng)（例如，IR)組分并且將此 組分導(dǎo)向到太陽(yáng)能集中器24,所述太陽(yáng)能集中器通?？梢跃奂邮盏降拈L(zhǎng)波長(zhǎng)輻射以過(guò)加 熱水流（例如，在約l〇〇〇°C下），從而形成電解蒸汽。也就是說(shuō)，太陽(yáng)能集中器24大體上可 以包括熱交換部件，所述熱交換部件從供水系統(tǒng)16接收水并且使用從太陽(yáng)能收集器22接 收的太陽(yáng)輻射14的集中長(zhǎng)波長(zhǎng)組分來(lái)加熱（例如，過(guò)加熱）所述水。此外，應(yīng)了解，例如， 可以使用來(lái)自附近工廠(chǎng)或設(shè)施（例如，IGCC發(fā)電廠(chǎng)或煉油廠(chǎng)）的一些部分（例如，熱回收 單元或熱交換器）的熱量來(lái)加熱輸送到太陽(yáng)能集中器24的水。例如，在特定實(shí)施例中，太 陽(yáng)能集中器24可以在供水系統(tǒng)16提供的水達(dá)到電解單元26之前，將其加熱到介于700°C 到1000°C之間。請(qǐng)注意，在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)"水"和"蒸汽"通?？梢曰Q使用，以表示可 以處于液態(tài)或蒸汽形式的水或水流，具體取決于直接環(huán)境條件（例如，溫度和壓力）。
[0020] 此外，太陽(yáng)能收集器22可以將短波長(zhǎng)輻射（例如，可見(jiàn)光和/或紫外線(xiàn)輻射）導(dǎo) 向到一個(gè)或多個(gè)光電池 （photovoltaic cells) 28,光電池28可以將接收到的福射轉(zhuǎn)換成 直流電流?？梢詫⒋酥绷麟娏魈峁┑诫娏ο到y(tǒng)31，電力系統(tǒng)31可以向電解單元26供應(yīng)直 流電流，以便電解單元26的陰極和陽(yáng)極可以分別產(chǎn)生氧氣/蒸汽流18和氫氣/蒸汽流20。 電力系統(tǒng)31可以大體上包括用于在光電解系統(tǒng)12各處接收、產(chǎn)生和輸送電力的多個(gè)部件。 例如，除了從光電池28接收的直流電流之外，在特定實(shí)施例中，電力系統(tǒng)31可以包括一個(gè) 或多個(gè)蒸汽渦輪機(jī)，所述蒸汽渦輪機(jī)可以接收蒸汽（例如，從太陽(yáng)能集中器24或者從工廠(chǎng) 的其他部分），以便產(chǎn)生用于光電解系統(tǒng)12的電力。例如，在特定實(shí)施例中，附加地或替代 地，電力系統(tǒng)31可以連接到燃料源（例如，下述氫氣/蒸汽流的已分離氫氣部分），所述燃 料源可以用于（例如，使用燃燒器/燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)或燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)）產(chǎn)生電力。此外，在特 定實(shí)施例中，電力系統(tǒng)31可以連接到電力網(wǎng)33 (例如，工廠(chǎng)的電力網(wǎng)或者較大型區(qū)域電力 網(wǎng)），以便從電力網(wǎng)33接收電力或者向所述電力網(wǎng)提供電力。也就是說(shuō)，在特定情況下，電 力系統(tǒng)31可以產(chǎn)生超出消耗量的額外電力，因此可以將此電力提供給電力網(wǎng)33以驅(qū)動(dòng)電 力網(wǎng)33上的其他系統(tǒng)。在其他實(shí)施例中，電力系統(tǒng)31可以包括電池或類(lèi)似的蓄電機(jī)構(gòu)，所 述蓄電機(jī)構(gòu)可以用于儲(chǔ)存電力系統(tǒng)31中的額外電力，直到其被電解單元26消耗。
[0021] 此外，圖示的系統(tǒng)10包括控制器25,所述控制器可以總體上控制光電解系統(tǒng)12的 運(yùn)行。也就是說(shuō)，圖示的控制器25包括處理器27,處理器27可以執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器29中 的一個(gè)或多個(gè)指令，以便控制光電解系統(tǒng)12的多個(gè)運(yùn)行參數(shù)。例如，在特定實(shí)施例中，控制 器25通常可以從與光電解系統(tǒng)12相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)傳感器接收有關(guān)光電解系統(tǒng)12的部 件的狀態(tài)的信息。作為具體實(shí)例，控制器25可以就光的長(zhǎng)波長(zhǎng)和短波長(zhǎng)接收有關(guān)太陽(yáng)能收 集器22的當(dāng)前太陽(yáng)能攝入的信息。作為進(jìn)一步實(shí)例，控制器25可以針對(duì)接收、產(chǎn)生和/或 向電解單元26和/或電力網(wǎng)33供電的時(shí)間控制電力系統(tǒng)31的運(yùn)行（例如，基于電力系統(tǒng) 31的輸出和電力網(wǎng)33上的當(dāng)前電價(jià)）。
[0022] 因此，控制器25可以基于用戶(hù)的指令或者基于從光電解系統(tǒng)12的部件和/或傳 感器接收的信息來(lái)調(diào)整光電解系統(tǒng)12的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)。例如，基于太陽(yáng)能收集器22 的當(dāng)前太陽(yáng)能攝入，控制器25可以調(diào)整從水源16流入太陽(yáng)能集中器24中的水流速率。此 夕卜，在特定實(shí)施例中，控制器25可以直接控制（或者與其控制的另一個(gè)控制器交互）從光 電解系統(tǒng)12接收氧氣/蒸汽流18以及/或者氫氣/蒸汽流20的設(shè)施的各個(gè)部分。例如， 在特定實(shí)施例中，控制器25可以直接控制光電解系統(tǒng)12和氣化器30,以便可以控制氧氣/ 蒸汽流18的生產(chǎn)速率，從而與氣化器30對(duì)氧氣/蒸汽流18的消耗速率相匹配。
[0023] 因此，圖示的光電解系統(tǒng)12可以提供氧氣/蒸汽流18以及氫氣/蒸汽流20,所述 氧氣/蒸汽流以及氫氣/蒸汽流隨后被輸送到一個(gè)或多個(gè)附近設(shè)施（例如，IGCC發(fā)電廠(chǎng)、 煉油廠(chǎng)、化學(xué)制造產(chǎn)或類(lèi)似設(shè)施）的各個(gè)部分中。例如，如下文參照?qǐng)D2詳述，光電解系統(tǒng) 12可以向IGCC發(fā)電廠(chǎng)的氣化器30和/或氣體處理單元32 (例如，硫回收單元和/或碳捕 獲單元）提供氧氣/蒸汽流。但是，應(yīng)了解到，可以將氧氣/蒸汽流18輸送到任何反應(yīng)器 34 (例如，氧燃燒反應(yīng)室），所述反應(yīng)器可以消耗氧氣/蒸汽流18,以提供一種或多種產(chǎn)物 (例如，氧化物質(zhì)和/或所產(chǎn)生的能量）。氧氣/蒸汽流18以及/或者氫氣蒸汽流20可以 擁有介于1 %與30 %之間的蒸汽。例如，在特定實(shí)施例中，氧氣/蒸汽流18以及/或者氫氣 蒸汽流20可以擁有介于約2%與20%之間、介于約3%與15%之間或者介于約5%與10% 之間的蒸汽。
[0024] 此外，應(yīng)了解，光電解系統(tǒng)12通?？梢蕴峁┦褂盟魵庀♂尩?按需供應(yīng)式"氧氣 源，所述氧氣源可以提供合規(guī)性以及相對(duì)于其他氧氣制造系統(tǒng)的后勤優(yōu)點(diǎn)，其中可以在現(xiàn) 場(chǎng)產(chǎn)生或隔離氧氣并且在使用之前以液體形式儲(chǔ)存所述氧氣。此外，就更好的溫度控制和 /或反應(yīng)物混合而言，氧氣/蒸汽混合物可以提供相對(duì)于氧燃燒過(guò)程的額外優(yōu)點(diǎn)。也就是 說(shuō)，特定的傳統(tǒng)氧燃燒反應(yīng)室包括單獨(dú)的入口，用于獨(dú)立地向氧燃燒反應(yīng)提供氧氣和蒸汽， 其中蒸汽可以使過(guò)量熱能下沉，以使反應(yīng)器的溫度分布更加均勻。因此，此蒸汽通常也可以 使反應(yīng)器的性能更均勻（例如，在能量和/或產(chǎn)物輸出方面）。因此，通過(guò)將氧氣/蒸汽混 合物輸送到氧燃燒反應(yīng)器，本發(fā)明的實(shí)施例提供了類(lèi)似的溫度控制，同時(shí)還改進(jìn)了反應(yīng)物 混合，因?yàn)檠鯕夂退谂c燃料接觸之前已預(yù)混合。
[0025] 此外，氫氣/蒸汽流20可以輸送到氫膜36,所述氫膜通常能夠?qū)錃?蒸汽流20 中的氫氣組分與蒸汽組分分離。盡管回收的蒸汽可以返回到水源16中并再循環(huán)，但是氫氣 /蒸汽流20的已分離氫氣組分可以以多種方式用在多種設(shè)施（例如，IGCC工廠(chǎng)、煉油廠(chǎng)、 化學(xué)制造廠(chǎng)或類(lèi)似的設(shè)施）的各處。例如，如下文參見(jiàn)圖4詳述，有些情況下，光電解系統(tǒng) 12的電力系統(tǒng)31可以使用其他電源（例如，蒸汽、燃料和/或電力網(wǎng)33提供的能量）來(lái)向 電解單元26提供電力（例如，直流電流），作為對(duì)光伏太陽(yáng)能電池28提供的電力的附加或 替代。此外，在特定實(shí)施例中，電力系統(tǒng)31可以包括一個(gè)或多個(gè)氫燃料電池、燃燒器/渦輪 機(jī)、燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，其可以接收氫氣/蒸汽流20中的氫氣組分的至少一部分，以便將其轉(zhuǎn)換成 用于電解單元26和/或設(shè)施的其他部分中的電力。例如，在特定情況下，當(dāng)光伏太陽(yáng)能電 池28產(chǎn)生的電力不足時(shí)（例如，在太陽(yáng)輻射較少期間或光電解系統(tǒng)12的啟動(dòng)期間），可以 使用包括消耗光電解系統(tǒng)12產(chǎn)生的氫氣的至少一部分的氫燃料電池的電力系統(tǒng)31來(lái)向電 解單元26提供額外的電力，作為對(duì)光伏太陽(yáng)能電池28提供的電力的附加或替代。作為進(jìn) 一步實(shí)例，電力系統(tǒng)31可以包括燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)（例如，燃?xì)鉁u輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電 機(jī)），其消耗光電解系統(tǒng)12產(chǎn)生的氫氣的至少一部分（以及可能地氧氣/蒸汽流18的一部 分），以向電解單元26提供額外的電力（例如，在光電解系統(tǒng)12的啟動(dòng)期間）。
[0026] 此外，在IGCC系統(tǒng)的環(huán)境中，如圖2中詳述，氫氣/蒸汽流20的氫氣組分可以提 供到與燃料源40化合以及/或者提供到燃燒器42 (例如，合成氣混合物的一部分）。此外， 在特定實(shí)施例中，氫氣/蒸汽流20的氫氣組分的至少一部分可以輸送到儲(chǔ)氫單元44中，以 使所儲(chǔ)存的氫氣可以用在設(shè)施內(nèi)，或者甚至輸送到其他設(shè)施以供稍后使用。例如，在特定實(shí) 施例中，儲(chǔ)氫單元44可以包括用于儲(chǔ)存氫氣的一個(gè)或多個(gè)機(jī)構(gòu)（例如，在氣瓶?jī)?nèi)的壓力下， 可逆吸附或物理吸附到多孔表面或凝膠之上或內(nèi)部，或者其他合適的機(jī)構(gòu)）。此外，對(duì)于特 定煉油廠(chǎng)和化學(xué)制造設(shè)施，氫氣/蒸汽流20的氫氣組分可以輸送到一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器46， 所述反應(yīng)器可以消耗氫氣以產(chǎn)生一種或多種化學(xué)產(chǎn)物。例如，煉油廠(chǎng)可以將氫氣/蒸汽流 22的氫氣組分輸送到還原室中，以在制造特定烴類(lèi)產(chǎn)物期間還原不飽和碳鍵。此外，在特定 實(shí)施例中，氫氣組分可以提供到氧反應(yīng)器（例如，燃燒器、熱氧化器或火炬），以便在燃燒過(guò) 程中還原從所存在的氮?dú)庑纬傻腘Ox量。
[0027] -般來(lái)說(shuō)，IGCC系統(tǒng)可以在氣化器內(nèi)將燃料（例如，煤漿、天然氣、沼氣或其他合 適的燃料）與氧氣和蒸汽化合以產(chǎn)生合成氣（即，氫氣和一氧化碳的混合物），所述合成氣 隨后可以被燃燒器消耗以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。對(duì)于傳統(tǒng)IGCC氣化器，可以通過(guò)空氣分離單元提供 氧氣，所述空氣分離單元通常使用冷凍劑來(lái)冷凝壓縮空氣。一旦壓縮空氣冷凝，空氣分離單 元即將氧氣與氮?dú)夂推渌髿鈿怏w分離。因此，傳統(tǒng)IGCC系統(tǒng)使用的空氣分離單元可能 在冷卻壓縮空氣以向氣化器提供氧氣時(shí)消耗大量能量，尤其是在每日的較溫暖期間（即， 日間）以及每年的較溫暖期間（即，春天和夏天）。此外，傳統(tǒng)IGCC氣化器和其他氧燃燒 反應(yīng)器還可以包括單獨(dú)的接口（例如，氧氣和蒸汽入口），用于將氧氣和蒸汽引入到反應(yīng)器 中。也就是說(shuō)，由于空氣分離單元只能提供干燥氧氣流，因此這些傳統(tǒng)氣化器可能配備單獨(dú) 的接口（例如，入口），用于從IGCC發(fā)電廠(chǎng)的一些部分（例如，熱回收蒸汽發(fā)生單元）接收 蒸汽。
[0028] 相反地，圖2是示出了 IGCC系統(tǒng)60的實(shí)施例的示意圖，其中所述IGCC系統(tǒng)可以 在運(yùn)行期間使用光電解系統(tǒng)12提供的氧氣/蒸汽流18以及/或者氫氣/蒸汽流20。圖 示的IGCC系統(tǒng)60通常在氣化器30內(nèi)將來(lái)自原料40的燃料（例如，液體烴類(lèi)燃料、生物燃 料、煤漿或其他適當(dāng)?shù)娜剂显矗┡c氧氣和蒸汽化合以產(chǎn)生原始合成氣。氣化器30產(chǎn)生的原 始合成氣隨后輸送到一個(gè)或多個(gè)氣體處理單元（例如，酸性氣體脫除單元61)，例如，所述 氣體處理單元可以將硫化氫氣體與原始合成氣分離。分離之外，清潔的合成氣輸送到燃燒 器42(例如，火炬或熱氧化器）以燃燒（例如，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)）。酸性氣體脫除單元61可以進(jìn) 一步將分離的硫化氫氣流輸送到另一個(gè)氣體處理單元（例如，硫回收單元62)，所述氣體處 理單元可以使用氧氣流來(lái)大體回收從酸性氣體脫除單元61接收的硫化氫氣體中的硫。
[0029] 因此，作為對(duì)使用空氣分離單元的附加或替代，圖示的IGCC系統(tǒng)60在氣化器30、 燃燒器42和硫回收單元62內(nèi)使用光電解系統(tǒng)12提供的氧氣/蒸汽混合物18。此外，對(duì)于 圖不的IGCC系統(tǒng)60,可以將同樣由光電解系統(tǒng)12產(chǎn)生的氫氣64(例如，氫氣/蒸汽流20 的氫氣組分64)與原料40混合并且/或者輸送到燃燒器42以提高IGCC系統(tǒng)60的效率。 此外，在特定實(shí)施例中，可以在氣化器30的啟動(dòng)或熱維護(hù)期間將氫氣組分64的至少一部分 提供到氣化器30。此外，在特定實(shí)施例中，如果燃燒過(guò)程中存在氮?dú)猓ɡ纾瑏?lái)自原料40 和/或至少部分由空氣分離單元提供的氧氣中的氮污染的氮?dú)猓?，可以將氫氣組分64的至 少一部分提供到燃燒器42,以便還原燃燒器42 (例如，火炬或熱氧化器）中可能產(chǎn)生的NOx 類(lèi)。但是，應(yīng)了解，對(duì)于僅通過(guò)光電解單元12將氧氣提供到燃燒器42的實(shí)施例（所述光電 解單元大體上提供無(wú)氮氧氣源）而言，燃燒器42中存在的氮?dú)饬窟€可以大幅減少或完全去 除，以便于阻止NOx的形成。
[0030] 將光電解系統(tǒng)12用于IGCC系統(tǒng)60中有多個(gè)有點(diǎn)。也就是說(shuō)，除了上述按需為多 個(gè)氧燃燒過(guò)程生產(chǎn)氧氣的后勤優(yōu)點(diǎn)之外，并且除了氧氣/蒸汽混合物向多個(gè)氧燃燒過(guò)程提 供的反應(yīng)物混合得到改進(jìn)并且溫度控制得到改進(jìn)之外，使用光電解系統(tǒng)12還提供了多個(gè) 額外的優(yōu)點(diǎn)，例如反應(yīng)器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單以及能量成本和效率。例如，圖示的氣化器30可以相對(duì) 于傳統(tǒng)氣化器進(jìn)行簡(jiǎn)化。也就是說(shuō)，氣化器30可以只包括單個(gè)接口（例如，單個(gè)噴射器或 單個(gè)噴射接口），用于提供混合的氧氣/蒸汽流18 (由光電解系統(tǒng)12供應(yīng)），以便將來(lái)自原 料40的燃料轉(zhuǎn)換成合成氣以用于燃燒。此外，不同于空氣分離單元，IGCC系統(tǒng)60的光電解 系統(tǒng)12通?？梢栽谌臻g（即，每日的較溫暖期間）在較高效率下運(yùn)行。也就是說(shuō)，由于光 電解系統(tǒng)12依賴(lài)于作為其主要能量輸入的太陽(yáng)能，因此光電解系統(tǒng)12可以在每日的最溫 暖期間內(nèi)效率最高（例如，當(dāng)空氣分離單元的效率最低時(shí)）。因此，可以想象，在特定實(shí)施例 中，光電解系統(tǒng)12可以用于在每日的最溫暖期間內(nèi)補(bǔ)充或替代分離分離單元供應(yīng)的氧氣， 從而降低運(yùn)行成本。
[0031] 圖3是示出了過(guò)程70的實(shí)施例的流程圖，其中可以在充足日照期間使用光電解系 統(tǒng)12生產(chǎn)并向附近設(shè)施（例如，IGCC發(fā)電廠(chǎng)、煉油廠(chǎng)、化學(xué)制造廠(chǎng)或類(lèi)似設(shè)施）的各個(gè)部 分提供氧氣/蒸汽流18以及/或者氫氣/蒸汽流20。圖示的過(guò)程70始于光電解系統(tǒng)12 的太陽(yáng)能收集器22收集太陽(yáng)輻射并且將其分成（塊72)長(zhǎng)波長(zhǎng)輻射組分和短波長(zhǎng)輻射組 分。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能收集器22可以利用一個(gè)或多個(gè)具有選擇反射能力的計(jì) 量表來(lái)將波長(zhǎng)在IR區(qū)域內(nèi)的光（例如，大于約750nm的波長(zhǎng)）導(dǎo)向到太陽(yáng)能集中器24,以 便太陽(yáng)能集中器24可以過(guò)加熱（塊74)水流。例如，在特定實(shí)施例中，太陽(yáng)能收集器22可 以將波長(zhǎng)大于約800nm、850nm或900nm的光導(dǎo)向到太陽(yáng)能集中器24以加熱水流。在特定實(shí) 施例中，太陽(yáng)能集中器24可以將水流過(guò)加熱到介于約700°C與1000°C之間的溫度。應(yīng)認(rèn)識(shí) 至IJ，盡管本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)"過(guò)加熱"來(lái)描述太陽(yáng)能集中器24加熱水流的方式，但是在特 定情況下，太陽(yáng)能集中器24可以將水加熱到遠(yuǎn)小于700°C，例如大于約100°C的任意溫度。
[0032] 在圖示的過(guò)程70中，由于太陽(yáng)能集中器24使用長(zhǎng)波長(zhǎng)輻射來(lái)過(guò)加熱水流，因此光 電解系統(tǒng)12可以將短波長(zhǎng)輻射（例如，小于約750nm的波長(zhǎng)）導(dǎo)向到一個(gè)或多個(gè)光伏太 陽(yáng)能電池28以發(fā)電（塊76)。例如，在特定實(shí)施例中，太陽(yáng)能收集器22可以將波長(zhǎng)小于約 700nm、650nm或600nm的光導(dǎo)向到一個(gè)或多個(gè)光伏太陽(yáng)能電池28以發(fā)電。隨后，電解單兀 26可以使用（塊78)所產(chǎn)生的電力來(lái)電解過(guò)熱的水流并且產(chǎn)生氫氣/蒸汽流20以及氧氣 /蒸汽流18。應(yīng)了解，盡管處于較低效率下（S卩，電解單元26消耗的電力大于其在約700°C 以上的溫度下消耗的電力），電解單元26將繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)以生產(chǎn)氧氣/蒸汽流18以及氫氣/蒸 汽流20,即使太陽(yáng)能集中器24無(wú)法將水加熱到約700°C (例如，由于暫時(shí)云層覆蓋）。
[0033] 在圖示的過(guò)程70中，一旦電解單元26已生產(chǎn)出氧氣/蒸汽流18和氫氣/蒸汽流 20,流18和20可以輸送到一個(gè)或多個(gè)設(shè)施的多個(gè)部分以供使用。在圖示的過(guò)程70中，將 所產(chǎn)生的氧氣/蒸汽流18供應(yīng)（塊80)到反應(yīng)器（例如，氣化器30、燃燒器42或類(lèi)似的 氧燃燒反應(yīng)器）中。此外，可以使用氫膜36分離（塊82)氫氣/蒸汽流20的氫氣組分和 蒸汽組分。在其他實(shí)施例中，作為對(duì)氫膜36的附加或替代，可以使用氣體吸附分離系統(tǒng)、氣 體吸附分離系統(tǒng)或氣體干燥系統(tǒng)來(lái)分離氫氣/蒸汽流20的氫氣組分和蒸汽組分。分離后， 可以從氫氣/蒸汽流20的蒸汽組分再循環(huán)（塊84)水。此外，可以將氫氣/蒸汽流20的 氫氣組分供應(yīng)（塊86)到儲(chǔ)氫單元或反應(yīng)器（例如，燃燒器42、還原室、氫燃料電池系統(tǒng)） 中，以產(chǎn)生能量和/或一種或多種化學(xué)產(chǎn)物。
[0034] 相反，圖4是示出了過(guò)程90的實(shí)施例的流程圖，其中可以在不充足日照期間（例 如，傍晚或夜間）使用光電解系統(tǒng)12生產(chǎn)并向附近設(shè)施（例如，IGCC發(fā)電廠(chǎng)、煉油廠(chǎng)、化學(xué) 制造廠(chǎng)或類(lèi)似設(shè)施）的各個(gè)部分提供氧氣/蒸汽流18以及/或者氫氣/蒸汽流20。圖示 的過(guò)程90始于太陽(yáng)能集中器24使用（塊92)殘余的太陽(yáng)熱來(lái)加熱來(lái)自水源16的水流。也 就是說(shuō)，即使在太陽(yáng)能收集器22不再接收太陽(yáng)輻射之后，太陽(yáng)能集中器24可以維持足夠溫 暖，以將來(lái)自水源16的水流加熱到一定程度。如上所述，電解單元26可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)以生產(chǎn) 氧氣/蒸汽流18和氫氣/蒸汽流20,即使是在到達(dá)電解單元26的水溫遠(yuǎn)低于700°C時(shí)（例 如，高于約l〇〇°C的溫度下）。例如，太陽(yáng)能集中器24可以?xún)H儲(chǔ)存充分的殘余熱以向電解單 元26提供介于約400°C到600°C之間的水流。在這些情況下，電解單元26用于電解水以生 產(chǎn)氧氣/蒸汽流18和氫氣/蒸汽流20所消耗的電力通?？赡艽笥诋?dāng)將水加熱到700°C之 上時(shí)消耗的電力。
[0035] -旦使用太陽(yáng)能集中器24中的殘余熱加熱水后，光電解系統(tǒng)12可以從存儲(chǔ)的氫 氣來(lái)產(chǎn)生（塊94)電力或使用電力網(wǎng)提供的電力，從而電解受熱的水。例如，光電解系統(tǒng) 12可以在日間使用作為能量輸入的太陽(yáng)輻射排他地運(yùn)行一段時(shí)間，此外，可以蓄積并儲(chǔ)存 所生產(chǎn)的氫氣/蒸汽流20的氫氣組分的至少一部分。之后，在不充足日照期間，電力系統(tǒng) 31并不排他地依賴(lài)光伏太陽(yáng)能電池28來(lái)向電解單元26提供直流電流，而是可以部分地或 全部地使用替代能源（例如，來(lái)自太陽(yáng)能集中器24的蒸汽能、來(lái)自氫氣蒸汽流20的氫氣組 分的化學(xué)能以及/或者來(lái)自電力網(wǎng)33的電力）驅(qū)動(dòng)電解單元26。在特定實(shí)施例中，例如， 電力系統(tǒng)31可以使用燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)（例如，燃?xì)鉁u輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)）或氫燃 料電池來(lái)消耗氫氣儲(chǔ)存器44中儲(chǔ)存的氫氣，以產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)電解單元26的直流電流。此 夕卜，在特定實(shí)施例中，例如，如果提供給電力系統(tǒng)31的氫氣不足以向電解單元26供應(yīng)直流 電流，電力系統(tǒng)31可以配置用于連接到電力網(wǎng)33并且使用該電力網(wǎng)提供的電力，從而驅(qū)動(dòng) 電解單元26。
[0036] 已使用太陽(yáng)能集中器24中的殘余熱加熱水流并且已產(chǎn)生和/或接收電力之后，電 解單元26可以使用（塊96)所產(chǎn)生和/或接收的電力來(lái)電解受熱水流，從而產(chǎn)生氧氣/蒸 汽流18和氫氣/蒸汽流20。接下來(lái)，在圖示的過(guò)程90中，氧氣/蒸汽流18和氫氣/蒸汽 流20可以輸送到一個(gè)或多個(gè)設(shè)施的各個(gè)部分以供使用。與圖3所示的過(guò)程70類(lèi)似，在圖4 所示的過(guò)程90中，將所產(chǎn)生的氧氣/蒸汽流18供應(yīng)（塊80)到反應(yīng)器（例如，氣化器30、 燃燒器42或類(lèi)似的氧燃燒反應(yīng)器）中。此外，可以分離（塊82)氫氣/蒸汽流20的氫氣 組分和蒸汽組分（例如，使用氫膜36)，并且可以從氫氣/蒸汽流20的蒸汽組分再循環(huán)（塊 84)水。此外，可以將氫氣/蒸汽流20的氫氣組分供應(yīng)（塊86)到儲(chǔ)氫單元或反應(yīng)器（例 如，燃燒器42、還原室、氫燃料電池系統(tǒng)）以產(chǎn)生能量和/或一種或多種化學(xué)產(chǎn)物。
[0037] 本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)效果包括提高生產(chǎn)氧氣以操作氧燃燒反應(yīng)器的設(shè)施（例如， IGCC發(fā)電廠(chǎng)、煉油廠(chǎng)、化學(xué)制造廠(chǎng)或類(lèi)似設(shè)施）的效率并降低其運(yùn)營(yíng)成本，。通過(guò)使用太陽(yáng) 輻射作為主要?jiǎng)恿υ磥?lái)生產(chǎn)氧氣/蒸汽流，本發(fā)明實(shí)施例可以減少（或者完全消除）對(duì)空 氣分離單元的使用，其中空氣分離單元在傳統(tǒng)上用于在消耗大量能量成本的情況下向這些 氧燃燒反應(yīng)器供應(yīng)氧氣。此外，就更好的溫度控制和/或反應(yīng)物混合而言，本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi) 的光電解系統(tǒng)所生產(chǎn)的氧氣/蒸汽流提供了用于引入不同類(lèi)型反應(yīng)器（例如，氣化器、燃燒 器或其他氧燃燒反應(yīng)器）中的良好氧氣源，并且支持使用簡(jiǎn)化的反應(yīng)器設(shè)計(jì)（例如，用于引 入氧氣和蒸汽的單個(gè)噴射口）。此外，此氧氣/蒸汽流可以用在附近設(shè)施的其他部件（例 如，硫回收單元或類(lèi)似部件）內(nèi)，以進(jìn)一步提高效率。此外，所生產(chǎn)的氫氣/蒸汽流可以分 離并且氫氣可用于發(fā)電、儲(chǔ)存以供后續(xù)使用、用在燃燒器中進(jìn)行NOx控制以及/或者輸送到 多個(gè)化學(xué)反應(yīng)器中（例如，煉油反應(yīng)器、化學(xué)制造反應(yīng)器或類(lèi)似反應(yīng)器）。此外，由于所公 開(kāi)的光電解系統(tǒng)依賴(lài)于作為其主要能量輸入的太陽(yáng)能，因此光電解系統(tǒng)通?？梢栽诿咳蘸?每年的最溫暖（即，陽(yáng)光充足）期間（例如，空氣分離單元的效率最低時(shí)）內(nèi)以峰值效率運(yùn) 行。
[0038] 本說(shuō)明書(shū)使用了各種實(shí)例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳模式，同時(shí)也讓所屬領(lǐng)域的任 何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)施所涵蓋的任何方 法。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書(shū)界定，并可包含所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員想出的其他實(shí)例。 如果其他此類(lèi)實(shí)例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書(shū)的字面意義相同，或如果此類(lèi)實(shí)例包含的等效 結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書(shū)的字面意義無(wú)實(shí)質(zhì)差別，則此類(lèi)實(shí)例也應(yīng)在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 光電解系統(tǒng)，所述光電解系統(tǒng)包括： 太陽(yáng)能收集器，所述太陽(yáng)能收集器配置用于收集并聚集太陽(yáng)輻射以加熱水、發(fā)電或執(zhí) 行這兩者；以及 電解單元，所述電解單元配置用于至少使用所產(chǎn)生的電力來(lái)電解受熱的水，從而產(chǎn)生 第一氣體混合物和第二氣體混合物，其中所述第一氣體混合物包括氧氣和蒸汽并且其中所 述第二氣體混合物包括氫氣和蒸汽； 第一裝置，所述第一裝置配置用于接收并使用所述第一氣體混合物；以及 氫膜，所述氫膜配置用于接收所述氫氣和蒸汽混合物并將所述氫氣和蒸汽混合物分離 成氫氣組分和蒸汽組分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一裝置包括氣化器或氧燃燒反應(yīng)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一裝置包括氣體處理單元，所述氣體處理 單元配置用于將一種或多種物質(zhì)從整體氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC)設(shè)施、煉油廠(chǎng)、化學(xué)制造設(shè)施 或者其任意組合的氣流中脫除。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其包括第二裝置，所述第二裝置配置用于接收從所述 氫氣和蒸汽氣體混合物分離的所述氫氣組分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第二裝置是儲(chǔ)氫罐、可逆氫吸附材料或者其 任何組合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第二裝置包括氣化器或燃燒器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第二裝置包括煉油廠(chǎng)反應(yīng)器或化學(xué)制造反應(yīng) 器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述太陽(yáng)能收集器配置用于將太陽(yáng)輻射分離為長(zhǎng) 波長(zhǎng)組分和短波長(zhǎng)組分。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述太陽(yáng)能收集器配置用于將所述太陽(yáng)輻射的所 述長(zhǎng)波長(zhǎng)組分導(dǎo)向到太陽(yáng)能集中器，其中所述太陽(yáng)能集中器配置用于使用所述太陽(yáng)輻射的 所述長(zhǎng)波長(zhǎng)組分來(lái)加熱所述水。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述太陽(yáng)能收集器配置用于將所述太陽(yáng)輻射的 所述短波長(zhǎng)組分導(dǎo)向到一個(gè)或多個(gè)光電池，并且所述一個(gè)或多個(gè)光電池配置用于使用所述 太陽(yáng)輻射的所述短波長(zhǎng)組分來(lái)產(chǎn)生所述電力。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其包括替代電源，所述替代電源配置用于向所述電解 單元提供額外的電力，從而產(chǎn)生所述第一氣體混合物和第二氣體混合物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述替代電源配置用于接收所述第二氣體混合 物的至少一部分、所述受熱的水的一部分或者其組合，以產(chǎn)生用于所述電解單元的所述額 外的電力。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一氣體混合物或第二氣體混合物包括介 于約5%與30%之間的蒸汽。
14. 一種方法，所述方法包括： 通過(guò)太陽(yáng)能收集器收集太陽(yáng)輻射； 將所述太陽(yáng)輻射分離成長(zhǎng)波長(zhǎng)組分和短波長(zhǎng)組分； 使用所述長(zhǎng)波長(zhǎng)組分加熱水以提供受熱的水； 使用所述短波長(zhǎng)組分產(chǎn)生電流； 向所述受熱的水至少施加所產(chǎn)生的電流以產(chǎn)生氧氣和蒸汽混合物以及氫氣和蒸汽混 合物；以及 將所述氧氣和蒸汽混合物輸送到氧燃燒反應(yīng)器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其包括分離所述氫氣和蒸汽流的氫氣組分并且將其 輸送到氫氣儲(chǔ)存器、燃料電池、燃燒反應(yīng)器、燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或者其任意組合。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其包括使用所述燃料電池、所述燃燒反應(yīng)器、燃燒發(fā) 動(dòng)機(jī)或者其任意組合來(lái)向受熱的水流施加額外的電流。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中加熱所述水包括在至少700°C的溫度下提供所 述受熱的水。
18. -種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 光電解系統(tǒng)，所述光電解系統(tǒng)配置用于處理太陽(yáng)輻射和水以提供氧氣和蒸汽流以及氫 氣和蒸汽流； 裝置，所述裝置配置用于將氫氣組分從所述氫氣和蒸汽流中分離并且將所述氫氣組分 的至少一部分轉(zhuǎn)換成用于所述光電解系統(tǒng)的電力； 控制器，所述控制器包括存儲(chǔ)器和處理器并且配置用于控制所述光電解系統(tǒng)、所述裝 置或者這兩者的運(yùn)行。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其包括氧燃燒反應(yīng)器，氣體處理單元或者這兩者，配 置用于從所述光電解系統(tǒng)接收所述氧氣和蒸汽流。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述控制器配置用于控制所述氧燃燒反應(yīng)器、 所述氣體處理單元或者這兩者的運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】C25B15/00GK104204303SQ201380017216
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月26日
【發(fā)明者】J.P.奧彭黑姆 申請(qǐng)人:通用電氣公司