一种电解镁生产与清洁能源发电储能结合的系统

摘要

本发明涉及清洁能源整合电解镁技术领域，尤其涉及一种电解镁生产与清洁能源发电储能结合的系统。本发明提供的电解镁生产与清洁能源发电储能结合的系统，包括光伏发电模块、燃料电池储能模块、电网供电模块、太阳能集热模块和电解镁电解槽；所述光伏发电模块、所述燃料电池储能模块和所述电网供电模块分别与所述电解镁电解槽进行电连接；所述光伏发电模块与所述燃料电池储能模块进行电连接；所述光伏发电模块与所述电网供电模块进行电连接；所述太阳能集热模块与所述电解镁电解槽进行热通路连接。所述系统能够有效合理的利用太阳能资源实现降低能耗的目的，同时还能够对光伏发电模块的剩余电能进行储存，实现能量的高效利用。

说明书

技术领域

本发明涉及清洁能源整合电解镁技术领域，尤其涉及一种电解镁生产与清洁能源发电储能结合的系统。

背景技术

目前自然界中的镁主要以菱镁矿和白云石的形式存在，其在工业生产中并不能够直接进行应用，需要通过处理将菱镁矿和白云石转化为镁并进行再应用。而电解镁技术是目前较为常见的一种处理方法。电解镁的基本工作原理是向熔融状态下的氯化镁通直流电，使铝离子向电流的阳极移动，镁离子向阴极流动，最终产生镁和氯气的过程；而在工业电解镁的生产过程中，需要较大的热能为氯化镁提供能够熔融的条件，同时在电解过程中也需要消耗大量的电能。

同时，风能和太阳能发电属于清洁能源发电，也是目前最便宜的发电形式，但是上述清洁能源发电存在着不易储存与上网的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种电解镁生产与清洁能源发电储能结合的系统，所述系统能够有效合理的利用太阳能资源实现降低能耗的目的，同时还能够对光伏发电模块的剩余电能进行储存，实现能量的高效利用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种电解镁生产与清洁能源发电储能结合的系统，包括光伏发电模块1、燃料电池储能模块2、电网供电模块3、太阳能集热模块4和电解镁电解槽5；

所述光伏发电模块1、所述燃料电池储能模块2和所述电网供电模块4分别与所述电解镁电解槽5进行电连接；

所述光伏发电模块1与所述燃料电池储能模块2进行电连接；

所述光伏发电模块1与所述电网供电模块4进行电连接；

所述太阳能集热模块4与所述电解镁电解槽5进行热通路连接。

优选的，所述燃料电池储能模块2包括燃料电池单元；

所述燃料电池单元包括依次连接的燃料重整制氢模块2-1-1、合成气处理模块2-1-2和燃料电池模块2-1-3；

所述燃料重整制氢模块2-1-1包括依次连接的燃料预热器2-1-1-1和燃料重整器2-1-1-2，还包括太阳能集热器2-1-1-3；所述太阳能集热器2-1-1-3与所述燃料重整器2-1-1-2进行热通路连接；

所述燃料电池模块2-1-3包括依次连接的空气预热器2-1-3-1、燃料电池2-1-3-2、后燃室2-1-3-3和供热装置2-1-3-4。

优选的，所述燃料电池2-1-3-2包括阴极2-1-3-2-1、电解质2-1-3-2-2和阳极2-1-3-2-3；

所述阴极2-1-3-2-1和阳极2-1-3-2-3分别与所述后燃室2-1-3-3通过气体通路连接。

优选的，所述空气预热器2-1-3-1包括空气进口2-1-3-1-1、空气出口2-1-3-1-2、燃气进口2-1-3-1-3和燃气出口2-1-3-1-4；

所述空气进口2-1-3-1-1、空气出口2-1-3-1-2和阴极2-1-3-2-1通过气体通路连接；

所述燃气进口2-1-3-1-3、燃气出口2-1-3-1-4和阳极2-1-3-2-3通过气体通路连接。

优选的，所述燃料电池2-1-3-2的个数≥1；

当所述燃料电池2-1-3-2的个数大于1时，多个燃料电池之间并联或串联。

优选的，所述燃料电池2-1-3-2为磷酸型燃料电池、碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池中的一种或几种。

本发明提供了本发明提供了一种电解镁生产与清洁能源发电储能结合的系统，其特征在于，包括光伏发电模块1、燃料电池储能模块2、电网供电模块3、太阳能集热模块4和电解镁电解槽5；所述光伏发电模块1、所述燃料电池储能模块2和所述电网供电模块4分别与所述电解镁电解槽5进行电连接；所述光伏发电模块1与所述燃料电池储能模块2进行电连接；所述光伏发电模块与所述电网供电模块进行电连接；所述太阳能集热模块4与所述电解镁电解槽5进行热通路连接。本发明所述光伏发电模块为电解镁电解槽提供直流电能，并为燃料电池储能装置充电；燃料电池储能模块将光伏发电模块的剩余电能进行储存，采用储存的气体作为燃料得到电能并向电解镁电解槽供电；所述电网供电模块为电解镁电解槽供电；太阳能集热模块为电解镁电解槽提供热量，有效、合理的利用了太阳能资源，并具有能量利用率高和发电效率高的特点。同时，由于我国的镁资源主要集中分布在西北地区，同时西北地区的太阳能资源丰富，将太阳能的利用和电解镁结合，可以充分的降低能耗，生产成本。通常情况下电解镁工艺所需的温度大约在700℃左右，而常规的太阳能集热模块均能够保证上述问题的实现。同时，该系统的循环方式能够有效的结合清洁能源发电，并具有灵活控制，结构紧凑及可以耦合不同工业生产供能耗能的要求特点，能满足能源工业的多项要求与发展的需要；光伏供电系统为电解镁供电，缓解了电网的供电压力和调峰压力。间接节约了化石能源的消耗。太阳能集热集热器为电解镁提供热量，相比于采用电解加热维持电解镁工作温度，缓解了电网的供电压力和调峰压力，同时富余的热量可以用于其他工业与民用生产，间接节约了化石能源的消耗。

附图说明

图1为本发明所述解镁生产与清洁能源发电储能结合的系统的结构示意图；

图2为所述燃料电池储能模块的结构示意图；

其中，1光伏发电模板，2燃料电池储能模块，3电网供电模块，4太阳能集热模块，5电解镁电解槽，6用户；

2-1-1燃料重整制氢模块，2-1-2合成气处理模块，2-1-3燃料电池模块；

2-1-1-1燃料预热器，2-1-1-2燃料重整器，2-1-1-3太阳能集热器；

2-1-3-1空气预热器，2-1-3-2燃料电池，2-1-3-3后燃室，2-1-3-4供热装置；

2-1-3-1-1空气进口，2-1-3-1-2空气出口，2-1-3-1-3燃气进口，2-1-3-1-4燃气出口；

2-1-3-2-1阴极，2-1-3-2-2电解质，2-1-3-2-3阳极。

具体实施方式

本发明提供了一种电解镁生产与清洁能源发电储能结合的系统，包括光伏发电模块1、燃料电池储能模块2、电网供电模块3、太阳能集热模块4和电解镁电解槽5；

所述光伏发电模块1、所述燃料电池储能模块2和所述电网供电模块4分别与所述电解镁电解槽5进行电连接；

所述光伏发电模块1与所述燃料电池储能模块2进行电连接；

所述光伏发电模块1与所述电网供电模块4进行电连接；

所述太阳能集热模块4与所述电解镁电解槽5进行热通路连接。

在本发明中，当所述光伏发电模块1的最大输出功率大于所述电解镁电解槽5的所需功率时，所述光伏发电模块4与所述燃料电池储能模块2进行电连接可以实现将所述光伏发电模块4的剩余电能通过电转气的方式在所述燃料电池储能模块2中进行储存的目的。同时，所述光伏发电模块1的剩余电能还可以通过电热转化为所述电解镁电解槽5提供热量；将所述燃料电池储能模块2与所述电解镁电解槽5进行电连接可以保证当所述光伏发电模块4在特殊条件下不能够为所述电解镁电解槽5提供电能时进行供电；将所述电网供电模块4与所述电解镁电解槽5进行电连接可以保证当所述光伏发电模块1和燃料电池储能模块2均为不能进行供电时为所述电解镁电解槽5进行供电。

在本发明中，所述电网供电模块3可以在所述太阳能集热模块4的不能为所述电解镁电解槽5供热的情况下提供电能并采用电加热的方式为所述电解镁电解槽5进行供热。

在本发明中，当所述光伏发电模块1、燃料电池储能模块2和电网供电模块3的供电均过剩时，所述光伏发电模块1、燃料电池储能模块2和电网供电模块3的剩余电量用于用户6供电。

作为本发明的一个具体实施例，所述太阳能集热模块4包括太阳能集热单元、供热单元和储热单元。本发明对所述太阳能集热单元、供热单元和储热单元的连接关系没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的连接关系即可。

作为本发明的一个具体实施例，所述太阳能集热单元的集热方式为线聚焦式太阳能集热和/或点聚焦式太阳能集热；

所述线聚焦式太阳能集热为槽式太阳能集热；所述点聚焦式太阳能集热为塔式太阳能集热和/或碟式太阳能集热。

在本发明中，当采用槽式太阳能集热时，由于槽式太阳能集热仅能够提供400℃左右的温度，因此需要与点聚焦式太阳能集热为塔式太阳能集热和/或碟式太阳能集热联合使用。当所述塔式太阳能集热和/或碟式太阳能集热时，由于所述塔式太阳能集热和/或碟式太阳能集热能够保证提供700℃左右的温度，因此，可以单独进行使用。所述系统有效的利用了中低温太阳能，实现了利益最大化。

作为本发明的一个具体实施例，所述太阳能集热单元、供热单元和储热单元的个数均≥1，当所述太阳能集热单元、供热单元和储热单元的个数大于1时，每个太阳能集热单元之间并联连接、每个供热单元之间并联连接；每个储热单元之间并联连接。

在本发明中，所述太阳能集热模块4可以为所述电解镁电解槽5提供相应的热量用于维持所述电解镁电解槽5的工作温度。

在本发明中，当所述太阳能集热模块4的供热量过剩时，其剩余热量用于用户6供热或者用于热化学储能；同时还可以用于提供所述燃料电池储能模块进行反应所需温度的热量。

作为本发明的一个具体实施例，所述光伏发电模块1包括光伏发电板；所述光伏发电板的个数≥1，当所述光伏发电板的个数大于1时，每个所述光伏发电板之间并联连接。

在本发明中，所述光伏发电模块1与所述电解镁电解槽5优选通过AC/DC变换器实现直流电连接，可以实现所述光伏发电模块1为电解镁电解槽5提供直流电能的目的。

作为本发明的一个具体实施例，所述燃料电池储能模块2与电网供电模块3进行电连接；在本发明中，所述燃料电池储能模块2与电网供电模块3优选通过AC/DC变换器实现直流电连接。

在本发明中，所述燃料电池储能模块2除了为电解镁电解槽5供电以外，还可以为光伏发电模块1和电网供电模块3的储存电能需求提供条件。

作为本发明的一个具体实施例，所述燃料电池储能模块2包括燃料电池单元。

作为本发明的一个具体实施例，所述燃料电池单元包括依次连接的燃料重整制氢模块2-1-1、合成气处理模块2-1-2和燃料电池模块2-1-3；

所述燃料重整制氢模块2-1-1包括依次连接的燃料预热器2-1-1-1和燃料重整器2-1-1-2，还包括太阳能集热器2-1-1-3；所述太阳能集热器2-1-1-3与所述燃料重整器2-1-1-2进行热通路连接；在本发明中，所述燃料重整器2-1-1-2的燃料重整方式优选采用水汽重整、自热重整和部分氧化重整中的一种或几种；所述合成气处理模块2-1-2采用的处理方式优选为变压吸附、变温吸附、物理吸附和氢渗透合金膜中的一种或几种。

所述燃料电池模块2-1-3包括依次连接的空气预热器2-1-3-1、燃料电池2-1-3-2、后燃室2-1-3-3和供热装置2-1-3-4。

作为本发明的一个具体实施例，所述燃料电池2-1-3-2包括阴极2-1-3-2-1、电解质2-1-3-2-2和阳极2-1-3-2-3；

所述阴极2-1-3-2-1和阳极2-1-3-2-3分别与所述后燃室2-1-3-3通过气体通路连接。

作为本发明的一个具体实施例，所述空气预热器2-1-3-1包括空气进口2-1-3-1-1、空气出口2-1-3-1-2、燃气进口2-1-3-1-3和燃气出口2-1-3-1-4；

所述空气进口2-1-3-1-1、空气出口2-1-3-1-2和阴极2-1-3-2-1通过气体通路连接；

所述燃气进口2-1-3-1-3、燃气出口2-1-3-1-4和阳极2-1-3-2-3通过气体通路连接。

在本发明中，将燃料依次通入燃料预热器2-1-1-1燃料重整器2-1-1-2，得到合成气，然后将所述合成气在所述合成气处理模块2-1-2中进行处理，得到复合燃料电池需求的燃料气，然后将处理后的燃料气通入空气预热器2-1-3-1中与空气进行热交换对空气进行加热。然后燃料气进入阳极，空气进入阴极进行反应，并将所述阳极和阴极中反应剩余的气体通过后燃室进行燃烧，并通过供热装置2-1-3-4为电解镁电解槽5或用户6进行供热。

在本发明中，所述燃料优选为化石燃料或纯氢气；所述化石燃料优选包括一次能源和/或化工产业链的中间产物；所述一次能源优选包括煤炭、石油或天然气；所述化工产业链优选包括醇烃化工产业链或烷烃化工产业链。当所述燃料为纯氢气时，所述燃料电池储能模块2不包括燃料重整制氢模块2-1-1。

作为本发明的一个具体实施例，所述燃料电池2-1-3-2的个数≥1；

当所述燃料电池2-1-3-2的个数大于1时，每个燃料电池之间并联或串联。

作为本发明的一个具体实施例，所述燃料电池2-1-3-2为磷酸型燃料电池、碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池中的一种或几种。

作为本发明的一个具体实施例，所述电网供电模块3与所述光伏发电模块2进行电连接。

在本发明中，所述电网供电模块3与所述电解镁电解槽5之间优选通过AC/DC变换器实现直流电连接。

在本发明中，所述电网供电模块3除了用于电解镁电解槽5的供电以外，还可以根据需要用于光伏发电模块1或者用于燃料电池储能模块2的储能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。