回收低温余热的热电耦合电解制氢系统及性能评估

作     者：赵永明 周泽 付宏浩 谢小芳 张连娣 宋佳妮 ZHAO Yongming;ZHOU Ze;FU Honghao;XIE Xiaofang;ZHANG Liandi;SONG Jiani

作者机构：中国石油勘探开发研究院智能控制与装备研究所 

基　　金：中国石油天然气股份有限公司科技管理部前瞻性基础性课题“固体氧化物燃料电池技术开发”(编号:2021DJ5004) 中国石油天然气股份有限公司直属院所基础研究和战略储备技术研究基金项目“高温固体氧化物电解水制氢实验技术研究”(编号:2020D-5008-14) 

出 版 物：《天然气工业》 (Natural Gas Industry)

年 卷 期：2024年第44卷第5期

页      码：167-176页

摘      要：固体氧化物电解制氢时,水以气态进行电解,但仅依靠电解产物冷却所释放的热能不足以将液态给水蒸发气化,电解制氢系统存在供热缺口。为解决该问题,基于高温热泵技术,提出了通过热泵吸收外界低温余热(100℃),以满足给水蒸发气化用热的系统工艺方法,设计了系统流程,研究了热泵系统关键参数对系统性能的影响,并通过建模仿真的手段评估了该系统的制氢性能。研究结果表明:①利用热泵吸收环境中的低温余热,制取较高温热能使电解给水蒸发,具有技术可行性,该方法同样适用于系统内部电解产物所携带余热的回收再利用;②外界余热温度越高,越有利于降低系统的制氢能耗,直流电解功率为1 MW的电解制氢系统,对余热源的热需求约为138 kW;当余热源为水且温降在5℃时,水的需求量约为20 t/h;③假设外界余热不计入制氢能耗,利用热泵集成外界余热时,系统理论单位制氢能耗约3.5 kW·h/m^(3),全部为电能消耗。结论认为,通过热泵吸收低温余热向高温电解制氢系统供热的系统工艺,开辟了一种低品位余热向高品位氢能转化的新思路、新途径和新方法,具有广阔的应用前景。

主 题 词：高温电解 固体氧化物电解 制氢 低品位余热 余热回收 热集成 热泵 模拟仿真 

学科分类：080703[080703] 08[工学] 0807[工学-电子信息类] 

核心收录：

D　O　I：10.3787/j.issn.1000-0976.2024.05.015

馆 藏 号：203128203...