本發(fā)明涉及一種能源利用系統(tǒng)，尤其涉及的是一種制氫系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著能源需求的迅速增長(zhǎng)，尋找替代化石燃料的可再生能源、提高能量利用效率、減少環(huán)境污染已成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。太陽(yáng)能作為一種應(yīng)用廣泛且環(huán)保的可再生能源，在可持續(xù)發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。氫能是一種能量密度高、清潔無(wú)污染、易于存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)目稍偕茉?，是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉摧d體。太陽(yáng)能水電解制氫利用太陽(yáng)能發(fā)電，通過(guò)電解水產(chǎn)生氫氣，是一種零碳排放的制氫方式。然而，受到環(huán)境和氣候的影響，太陽(yáng)能具有間歇性和不穩(wěn)定性。當(dāng)太陽(yáng)能通過(guò)超級(jí)電容和蓄電池進(jìn)行電能存儲(chǔ)時(shí)，其能量密度低，成本高，而且所產(chǎn)生的電能不能完全利用，導(dǎo)致太陽(yáng)能電解制氫的成本的升高以及電解效率的降低。甲醇生產(chǎn)過(guò)程的工業(yè)余熱有著巨大的潛力。工業(yè)余熱可以通過(guò)有機(jī)朗肯技術(shù)以及空氣壓縮技術(shù)轉(zhuǎn)化為有用的電能用來(lái)電解制氫或者甲醇生產(chǎn)，不僅顯著減少二氧化碳等溫室氣體的排放，而且降低了制氫成本并實(shí)現(xiàn)了資源的最大化利用。

2、將甲醇工業(yè)余熱和太陽(yáng)能制氫系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，可以形成一個(gè)高效的綜合能源系統(tǒng)。該綜合能源系統(tǒng)有助于提高系統(tǒng)效率、降低碳排放以及降提高經(jīng)濟(jì)效益等，但這種復(fù)雜的系統(tǒng)也面臨著一系列挑戰(zhàn)和問(wèn)題。

3、cn111089001a描述了一種基于太陽(yáng)能的熱電氫多聯(lián)供系統(tǒng)，利用碟式太陽(yáng)能聚光器、固體氧化物電解槽、質(zhì)子交換膜燃料電池、雙級(jí)朗肯循環(huán)等組件，通過(guò)朗肯循環(huán)、水電解和燃料電池技術(shù)提供不間斷電力和熱水，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的清潔高效利用。但只考慮了太陽(yáng)能系統(tǒng)的優(yōu)化，未能聯(lián)合其他的能源系統(tǒng)如工業(yè)余熱利用進(jìn)行優(yōu)化。

4、cn111089001a描述了一種壓縮空氣儲(chǔ)能耦合太陽(yáng)能和地?zé)崮苤茪涞南到y(tǒng)及方法。系統(tǒng)包括多級(jí)壓縮機(jī)組、儲(chǔ)氣罐、多級(jí)膨脹機(jī)組、太陽(yáng)能系統(tǒng)、電解水系統(tǒng)等，通過(guò)多種部件的耦合和作用，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用和提高系統(tǒng)效率的目標(biāo)。雖然考慮了其他能源制氫，但地?zé)崮芤泊嬖谫Y源分布不均以及初始成本過(guò)高的局限性。

5、cn218146429u是關(guān)于一種能量梯級(jí)利用的綠色甲醇制備系統(tǒng)，包括能量收集單元和甲醇制備單元。能量收集單元通過(guò)太陽(yáng)能集熱器和熔鹽儲(chǔ)能裝置收集熱能，并將其傳遞給甲醇制備單元，用于制備甲醇。其中熔鹽儲(chǔ)能裝置在大規(guī)模熱能儲(chǔ)存中具有重要應(yīng)用前景，但也面臨高初始投資、腐蝕性、凝固問(wèn)題、熱損失、系統(tǒng)復(fù)雜性和環(huán)境安全等挑戰(zhàn)。因此，現(xiàn)有技術(shù)中能源利用系統(tǒng)多存在能源不穩(wěn)定、能源利用率低的問(wèn)題。

6、因此，開(kāi)發(fā)一種能夠綜合利用太陽(yáng)能和甲醇生產(chǎn)余熱的制氫系統(tǒng)，可以充分利用太陽(yáng)能和甲醇生產(chǎn)過(guò)程中的余熱，提高能源的利用效率和制氫效率，推動(dòng)清潔能源的發(fā)展和氫能產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

7、公開(kāi)于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息已構(gòu)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于：如何解決目前清潔能源的利用率低，制氫效率低的問(wèn)題。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問(wèn)題的：

3、甲醇生產(chǎn)余熱利用和太陽(yáng)能聯(lián)合制氫的系統(tǒng)，其特征在于，包括太陽(yáng)能制氫單元、電解槽、氫氣收集單元、甲醇生產(chǎn)余熱回收單元、有機(jī)朗肯循環(huán)單元、空氣壓縮單元；

4、所述太陽(yáng)能制氫單元依次連接所述電解槽、所述氫氣收集單元；所述甲醇生產(chǎn)余熱回收單元依次連接所述有機(jī)朗肯循環(huán)單元、所述空氣壓縮單元；所述空氣壓縮單元連接電解槽；

5、所述太陽(yáng)能制氫單元產(chǎn)生電能后輸入電解槽，電解槽將水分解成氫氣和氧氣，氫氣通過(guò)氫氣收集單元進(jìn)行收集、分離、壓縮、儲(chǔ)存；

6、甲醇生產(chǎn)余熱回收單元產(chǎn)生的余熱由有機(jī)朗肯循環(huán)單元進(jìn)行收集并膨脹做功、發(fā)電，用于空氣壓縮單元壓縮空氣；所述空氣壓縮單元將環(huán)境空氣壓縮、存儲(chǔ)、膨脹做功、發(fā)電供給電解槽；

7、在太陽(yáng)能充足時(shí)，直接通過(guò)太陽(yáng)能光電解水制氫；而在太陽(yáng)能不足時(shí)，通過(guò)空氣壓縮單元產(chǎn)生的電能進(jìn)行電解水制氫。

8、本發(fā)明中綜合制氫系統(tǒng)利用甲醇生產(chǎn)過(guò)程中的余熱、有機(jī)朗肯循環(huán)和空氣壓縮技術(shù)以及太陽(yáng)能技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)的工作流程是一個(gè)綜合能量轉(zhuǎn)換和利用的過(guò)程，從甲醇生產(chǎn)的余熱回收開(kāi)始，通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)轉(zhuǎn)換為電能，再利用空氣壓縮技術(shù)進(jìn)行電能儲(chǔ)存。在太陽(yáng)能充足時(shí)，直接通過(guò)太陽(yáng)能光電解水制氫，而在太陽(yáng)能不足時(shí)，利用儲(chǔ)存的電能進(jìn)行電解水制氫。這一過(guò)程不僅提高了能源的利用效率，水電解制氫的高效化，還實(shí)現(xiàn)了清潔能源的高效轉(zhuǎn)換和利用以及推動(dòng)了氫能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

9、優(yōu)選的，所述太陽(yáng)能制氫單元包括太陽(yáng)能光伏板、光伏匯流器、dcdc轉(zhuǎn)換器、并網(wǎng)逆變器；所述太陽(yáng)能光伏板依次與光伏匯流器、dcdc轉(zhuǎn)換器、并網(wǎng)逆變器連接，所述并網(wǎng)逆變器與所述電解槽連接。

10、優(yōu)選的，所述氫氣收集單元包括依次連接的氣體收集器、氣體分離器、氫氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐。

11、優(yōu)選的，所述電解槽內(nèi)陰極產(chǎn)生的氫氣以及陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣通過(guò)管道運(yùn)輸?shù)剿鰵怏w收集器中，所述氣體收集器收集的氫氣和氧氣混合物通過(guò)管道再運(yùn)輸?shù)剿鰵怏w分離器，氣體分離器對(duì)氫氣和氧氣混合物進(jìn)行分離，并對(duì)氫氣進(jìn)行過(guò)濾、吸附干燥和凈化，將氫氣通過(guò)管道運(yùn)輸?shù)剿鰵錃鈮嚎s機(jī)，壓縮后的氫氣被送入儲(chǔ)氫罐中儲(chǔ)存。

12、優(yōu)選的，所述甲醇生產(chǎn)余熱回收單元包括依次連接的合成氣罐、甲醇合成塔、余熱源收集器。

13、甲醇生產(chǎn)過(guò)程中高溫余熱的回收利用，將其與有機(jī)朗肯循環(huán)相結(jié)合，通過(guò)余熱驅(qū)動(dòng)的方式提高能源利用效率，這一點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)能源循環(huán)的基礎(chǔ)。

14、優(yōu)選的，所述有機(jī)朗肯循環(huán)單元包括蒸發(fā)器、工質(zhì)泵、冷凝器、第一膨脹機(jī)組、第一發(fā)電機(jī)；所述余熱源收集器與所述蒸發(fā)器連接，所述蒸發(fā)器與所述第一膨脹機(jī)組連接，所述第一膨脹機(jī)組與所述第一發(fā)電機(jī)連接，所述第一膨脹機(jī)組還與所述冷凝器連接，所述冷凝器與所述工質(zhì)泵連接，所述工質(zhì)泵連接所述蒸發(fā)器。

15、優(yōu)選的，來(lái)自甲醇生產(chǎn)余熱回收單元的余熱源的熱量進(jìn)入到所述蒸發(fā)器，液態(tài)工質(zhì)加熱并蒸發(fā)成高壓蒸汽，高壓蒸汽隨后進(jìn)入到所述第一膨脹機(jī)組膨脹做功，驅(qū)動(dòng)所述第一發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能；膨脹后的蒸汽工質(zhì)變?yōu)榈蛪赫羝M(jìn)入到所述冷凝器冷凝為液態(tài)工質(zhì)，冷凝后的液態(tài)工質(zhì)被工質(zhì)泵，抽出、加壓、排出、輸送到所述蒸發(fā)器，以此形成循環(huán)。

16、有機(jī)朗肯循環(huán)的創(chuàng)新應(yīng)用，利用甲醇生產(chǎn)余熱加熱的工作介質(zhì)在有機(jī)朗肯循環(huán)中的應(yīng)用，不僅提升了余熱的利用效率，還通過(guò)渦輪發(fā)電為后續(xù)的氫氣生產(chǎn)提供了必要的電力，這種創(chuàng)新的能量轉(zhuǎn)換方式是本發(fā)明的技術(shù)亮點(diǎn)之一。

17、優(yōu)選的，所述空氣壓縮單元包括依次連接的電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)組、第一換熱器、儲(chǔ)氣罐、第二換熱器、第二膨脹機(jī)組、第二發(fā)電機(jī)，第二發(fā)電機(jī)與所述電解槽連接。

18、空氣壓縮與太陽(yáng)能的聯(lián)合應(yīng)用：將空氣壓縮單元與太陽(yáng)能集熱單元相結(jié)合，通過(guò)太陽(yáng)能預(yù)熱壓縮空氣進(jìn)一步提高水電解制氫的效率，這種結(jié)合既利用了太陽(yáng)能這一清潔能源，又優(yōu)化了氫氣的生產(chǎn)過(guò)程。

19、優(yōu)選的，所述電動(dòng)機(jī)通過(guò)所述有機(jī)朗肯循環(huán)單元產(chǎn)生電能驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)組，所述壓縮機(jī)組將環(huán)境空氣吸入并壓縮，壓縮后的空氣被輸送到所述儲(chǔ)氣罐進(jìn)行存儲(chǔ)；

20、當(dāng)需要釋放能量時(shí)，所述儲(chǔ)氣罐中的壓縮空氣通過(guò)管道輸送到所述第二膨脹機(jī)組釋放，第二膨脹機(jī)組驅(qū)動(dòng)第二發(fā)電機(jī)發(fā)電，所述第二發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能用于電解槽進(jìn)行電解產(chǎn)生氫氣。

21、優(yōu)選的，所述空氣壓縮單元還包括低溫介質(zhì)儲(chǔ)罐、高溫介質(zhì)儲(chǔ)罐、熱用戶換熱器、冷用戶換熱器；

22、所述第一換熱器與所述低溫介質(zhì)儲(chǔ)罐、所述高溫介質(zhì)儲(chǔ)罐均連接，所述第二換熱器與所述低溫介質(zhì)儲(chǔ)罐、所述高溫介質(zhì)儲(chǔ)罐均連接，所述低溫介質(zhì)儲(chǔ)罐、所述高溫介質(zhì)儲(chǔ)罐均連接所述熱用戶換熱器連接；

23、所述第二膨脹機(jī)組還與所述冷用戶換熱器連接。

24、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

25、本發(fā)明中綜合制氫系統(tǒng)利用甲醇生產(chǎn)過(guò)程中的余熱、有機(jī)朗肯循環(huán)和空氣壓縮技術(shù)以及太陽(yáng)能技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)的工作流程是一個(gè)綜合能量轉(zhuǎn)換和利用的過(guò)程，從甲醇生產(chǎn)的余熱回收開(kāi)始，通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)轉(zhuǎn)換為電能，再利用空氣壓縮技術(shù)進(jìn)行電能儲(chǔ)存。在太陽(yáng)能充足時(shí)，直接通過(guò)太陽(yáng)能光電解水制氫，而在太陽(yáng)能不足時(shí)，利用儲(chǔ)存的電能進(jìn)行電解水制氫。這一過(guò)程不僅提高了能源的利用效率，水電解制氫的高效化，還實(shí)現(xiàn)了清潔能源的高效轉(zhuǎn)換和利用以及推動(dòng)了氫能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

26、甲醇生產(chǎn)過(guò)程中高溫余熱的回收利用，將其與有機(jī)朗肯循環(huán)相結(jié)合，通過(guò)余熱驅(qū)動(dòng)的方式提高能源利用效率，這一點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)能源循環(huán)的基礎(chǔ)。

27、有機(jī)朗肯循環(huán)的創(chuàng)新應(yīng)用，利用甲醇生產(chǎn)余熱加熱的工作介質(zhì)在有機(jī)朗肯循環(huán)中的應(yīng)用，不僅提升了余熱的利用效率，還通過(guò)渦輪發(fā)電為后續(xù)的氫氣生產(chǎn)提供了必要的電力，這種創(chuàng)新的能量轉(zhuǎn)換方式是本發(fā)明的技術(shù)亮點(diǎn)之一。

28、空氣壓縮與太陽(yáng)能的聯(lián)合應(yīng)用：將空氣壓縮單元與太陽(yáng)能集熱單元相結(jié)合，通過(guò)太陽(yáng)能預(yù)熱壓縮空氣進(jìn)一步提高水電解制氫的效率，這種結(jié)合既利用了太陽(yáng)能這一清潔能源，又優(yōu)化了氫氣的生產(chǎn)過(guò)程。

29、該系統(tǒng)不僅提高了氫氣的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，還減少了對(duì)化石燃料的依賴和環(huán)境污染，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保意義。

30、還可以根據(jù)需求，通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)、優(yōu)化能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)、優(yōu)化能量管理系統(tǒng)，以動(dòng)態(tài)調(diào)整能源分配和利用，以應(yīng)對(duì)能量供需的不平衡。提高熱能和電能的有效利用，增加系統(tǒng)的靈活性，通過(guò)多種能源技術(shù)的結(jié)合，系統(tǒng)可以更靈活地響應(yīng)能源供需變化，提高整體能源安全和可靠性；減少環(huán)境的影響，通過(guò)有效利用可再生能源和余熱，減少對(duì)化石燃料的依賴，從而減少溫室氣體排放。

31、本發(fā)明的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)方案可擴(kuò)展至其他工業(yè)過(guò)程(如合成氨產(chǎn)業(yè))中余熱的回收利用，以及其他類型的可再生能源(如風(fēng)能、地?zé)崮?與傳統(tǒng)能源(如石油和煤炭)的綜合利用，適應(yīng)性強(qiáng)。