本發(fā)明屬于新能源領(lǐng)域，涉及堿性電解水制氫相關(guān)技術(shù)，具體的說(shuō)，涉及一種電解槽快速節(jié)能啟動(dòng)裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著全球變暖和能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，發(fā)展綠色可再生清潔能源是世界各國(guó)的共同選擇。在眾多清潔新能源中，氫能因其來(lái)源廣泛、零排放、可持續(xù)性好、用途廣泛等優(yōu)勢(shì)成為新一輪能源變革的首選。特別地，綠氫即利用光伏發(fā)電、風(fēng)電等可再生能源電解水制備的氫能，在從源頭上解決碳排放問題、有效消納可再生能源分配不均，提高能源利用效率等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2、可再生資源耦合堿性電解水制氫技術(shù)是目前應(yīng)用非常廣泛的商業(yè)化大規(guī)模電解水制氫技術(shù)，具有工藝流程簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好、容量大等優(yōu)勢(shì)。但制氫工藝在能量利用效率，制氫工藝穩(wěn)定性以及動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性等方面還有優(yōu)化的空間。

3、受限于單個(gè)電解槽的容量，規(guī)?；目稍偕茉瘩詈蠅A性電解水制氫技術(shù)常采用多套電解槽并聯(lián)技術(shù)方案。但再生能源(風(fēng)、光等)自身的波動(dòng)性和隨機(jī)性需要堿性電解槽頻繁的啟停，以滿足快速響應(yīng)。這就需要在一天中充分利用風(fēng)光等出力制氫，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷高時(shí)，電解槽大量制氫，在風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷低且電網(wǎng)補(bǔ)電成本高時(shí)，降低電解槽的運(yùn)行負(fù)荷。但堿性電解槽有特定的啟停特性，通常情況下，正常操作時(shí)電解槽的工作溫度在70～90℃，當(dāng)電力供應(yīng)消失，堿性電解槽停止運(yùn)行后，電解液會(huì)慢慢散熱，當(dāng)堿性電解槽從完全靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到正常工作狀態(tài)需2-3小時(shí)，且溫度較低時(shí)電解液電阻大，會(huì)增加電解制氫的能耗。而當(dāng)堿液溫度維持在70～80℃，啟動(dòng)電解槽實(shí)際可縮短至數(shù)分鐘，稱為電解槽的熱啟動(dòng)。因此，在電解槽低負(fù)荷運(yùn)行或停機(jī)時(shí)保持堿液溫度，縮短堿性電解槽重新啟動(dòng)的時(shí)間，降低運(yùn)行能耗并時(shí)間節(jié)約成本具有重要的研究?jī)r(jià)值。

4、專利cn114959740公開了一種規(guī)模化堿性電解水制氫的停機(jī)電解槽保溫系統(tǒng)，其公開了一種堿性電解槽快速啟停的保溫措施。通過(guò)熱堿液和停冷堿液的內(nèi)外循環(huán)換熱達(dá)到對(duì)停機(jī)電解槽的保溫，但運(yùn)行電解槽熱堿液的余熱品位不高，對(duì)于停機(jī)電解槽的的保溫效果欠佳。與此同時(shí)，此保溫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性和適應(yīng)性也較差，能量利用效率較低。

5、專利cn213013112u公開了一種大型堿性電解水制氫裝置的綜合熱管理系統(tǒng)，其目的在于回收電解水過(guò)程中產(chǎn)生的余熱，提高了電解槽的波動(dòng)適應(yīng)性。但其回收的能量低于余熱的溫位，能量利用效率不高。

6、專利cn215062987和cn113137783公開了一種利用熱泵回收電解水制氫熱量的系統(tǒng)，但該系統(tǒng)的全局調(diào)節(jié)能力差，對(duì)電解槽變載適應(yīng)性差。通過(guò)檢索發(fā)現(xiàn)，對(duì)于電解水過(guò)程余熱綜合利用的研究較多，但普遍回收的余熱品位不高，對(duì)整個(gè)電解槽系統(tǒng)的變載適應(yīng)性較差，而部分帶外部熱源輔熱功能的方法又不符合節(jié)能降耗的原則。

7、專利cn216141634提出了一種適用于堿性電解水制氫的電解液溫度控制系統(tǒng)，通過(guò)熱源控制系統(tǒng)和冷源控制系統(tǒng)進(jìn)出口的管線相連接，可以在制氫設(shè)備備用時(shí)給制氫設(shè)備加熱，縮短堿水電解槽的啟動(dòng)時(shí)間。然而該專利會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水中的氯離子等會(huì)污染熱水或蒸汽系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種電解槽快速節(jié)能啟動(dòng)裝置，本發(fā)明考慮到可再生風(fēng)光發(fā)電的不穩(wěn)定性及波動(dòng)性，滿足電解槽運(yùn)行過(guò)程中的堿液冷卻和電解槽停用一段時(shí)間需要再啟動(dòng)前的加熱和維溫，保證電解槽啟動(dòng)時(shí)達(dá)到熱啟動(dòng)的溫度，縮短電解槽的啟動(dòng)時(shí)間，優(yōu)化了電解槽啟停技術(shù)方案，提高能源的利用效率。

2、本發(fā)明提供了一種電解槽快速節(jié)能啟動(dòng)裝置，該裝置包括電解水制氫子系統(tǒng)和循環(huán)熱水站熱泵子系統(tǒng)，所述電解水制氫子系統(tǒng)包括電解槽、氧氣氣液分離器、氫氣氣液分離器、氧氣多通道堿液換熱器、氫氣多通道堿液換熱器、氧氣堿液循環(huán)泵和氫氣堿液循環(huán)泵，所述氧氣氣液分離器、氫氣氣液分離器的入口分別與電解槽的陽(yáng)極和陰極出口相接；所述氧氣多通道堿液換熱器入、出口分別與氧氣氣液分離器的出口及氧氣堿液循環(huán)泵的入口相連接，所述氫氣多通道堿液換熱器入、出口分別與氫氣氣液分離器的出口及氫氣堿液循環(huán)泵的入口相連接；所述循環(huán)熱水站熱泵子系統(tǒng)包括循環(huán)熱水站、氧氣壓縮機(jī)、氫氣壓縮機(jī)、氧氣冷卻器、氫氣冷卻器，所述氧氣多通道堿液換熱器的入口、出口分別與循環(huán)熱水站及氧氣冷卻器相連接，所述氫氣多通道堿液換熱器的入口和出口分別與循環(huán)熱水站及氫氣冷卻器相連接，所述氧氣冷卻器、氫氣冷卻器的出口回水至循環(huán)熱水站，實(shí)現(xiàn)了裝置內(nèi)水的循環(huán)利用，節(jié)約了用水；所述氧氣多通道堿液換熱器、氫氣多通道堿液換熱器設(shè)有循環(huán)水通道、熱水通道和堿液通道，集冷卻和加熱功能于一體，在電解槽運(yùn)行時(shí)，采用循環(huán)水冷卻熱堿液，在電解槽處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，利用電解槽系統(tǒng)的余熱對(duì)冷堿液進(jìn)行維溫以保證電解槽的快速啟動(dòng)。

3、所述氧氣壓縮機(jī)的入口與氧氣氣液分離器出口、氧氣壓縮機(jī)的出口與氧氣冷卻器入口相接，所述氫氣壓縮機(jī)的入口與氫氣氣液分離器出口、氫氣壓縮機(jī)的出口與氫氣冷卻器入口相接。

4、所述電解槽正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)在堿液出口設(shè)置溫度計(jì)調(diào)節(jié)循環(huán)水的流量，控制氧氣、氫氣多通道堿液換熱器循環(huán)堿液出口的溫度；當(dāng)電解槽停用一段時(shí)間，準(zhǔn)備再啟動(dòng)前1～2個(gè)小時(shí)通過(guò)熱水對(duì)堿液進(jìn)行加熱到電解槽熱啟動(dòng)溫度并進(jìn)行維溫，堿液溫度通過(guò)氧氣、氫氣多通道堿液換熱器循環(huán)堿液出口的溫度控制熱水流量。

5、所述循環(huán)熱水站的熱水由兩部分組成，一部分由循環(huán)熱水站熱水回水加熱，另一部分由循環(huán)冷卻水兩級(jí)加熱，即用于冷卻熱堿液的普通循環(huán)冷卻水在氧氣多通道堿液換熱器、氫氣多通道堿液換熱器被加熱后由管路送到氫氣冷卻器和氧氣冷卻器，經(jīng)再次加熱后送往循環(huán)熱水站。

6、所述電解槽快速節(jié)能啟動(dòng)裝置中氫氣氣液分離器、氧氣氣液分離器由2-16臺(tái)電解槽共用。

7、所述氧氣多通道堿液換熱器和氫氣多通道堿液換熱器的堿液出口均設(shè)置溫度顯示和控制，用于檢測(cè)并控制堿液溫度。

8、本發(fā)明一種電解槽快速節(jié)能啟動(dòng)裝置基本原理為：在風(fēng)、光制氫階段，由于電解槽的高負(fù)荷運(yùn)行，通過(guò)冷卻電解液獲得的循環(huán)熱水回水回收到循環(huán)熱水站保存待用；待風(fēng)、光發(fā)電出現(xiàn)波動(dòng)性需要降低電解槽的負(fù)荷或者停止其運(yùn)行時(shí)，通過(guò)裝置中設(shè)置的多通道堿液換熱器將原保存在循環(huán)熱水站的熱水回水送至低負(fù)荷運(yùn)行或停機(jī)的電解槽，對(duì)電解槽中的電解液進(jìn)行加熱和維溫，以便在需要提高電解槽運(yùn)行負(fù)荷或啟動(dòng)電解槽時(shí)可以縮短啟動(dòng)時(shí)間，及時(shí)響應(yīng)。

9、本發(fā)明具有如下有益效果：

10、1)本發(fā)明中制氫裝置的循環(huán)熱水站對(duì)于整個(gè)電解槽系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性更強(qiáng)，可維持電解槽在多種工況下堿液溫度的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了因可再生資源波動(dòng)性、隨機(jī)性和間歇性引起電解槽變載的快速響應(yīng)，保證了電解水制氫裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。

11、2)本發(fā)明中的多通道堿液換熱器集冷卻和加熱功能于一體，總體上減少了設(shè)備投資，降低了制氫成本，使電解水制氫工藝流程更簡(jiǎn)化；多通道堿液換熱器循環(huán)水管路和熱水管路完全區(qū)分開，可實(shí)現(xiàn)給堿液冷卻和加熱功能的同時(shí)，避免循環(huán)水污染熱水系統(tǒng)，操作上更容易控制。

12、3)本發(fā)明提高了電解水制氫工藝余熱的品位，從而將停機(jī)電解槽的堿液溫度維持在可快速啟動(dòng)的水平，提高了能量利用效率，堿液的保溫有效避免了電解槽在啟停過(guò)程中由于溫差過(guò)大引起電解槽泄露的安全隱患。

13、4)本發(fā)明在一定程度上降低了電解槽啟動(dòng)過(guò)程中的電耗，降低了運(yùn)行費(fèi)用，提高了堿性電解槽啟動(dòng)時(shí)間。