一种高压储氢驱动及发电系统
技术领域
本实用新型涉及发电技术领域，具体涉及一种高压储氢膨胀驱动及发电系统。
背景技术
目前我中国氢气年产量已逾千万吨规模，位居世界第一。工业规模的制氢方法主要包括甲烷蒸汽重整和电解水制氢，其中电解水制氢的产量约占世界氢气总产量4％。尽管甲烷蒸汽重整是目前最经济的制氢方法，但其在生产过程中不仅消耗大量化石燃料，而且产生大量二氧化碳。电解水制氢工艺过程简单，产品纯度高，通过采用可再生能源作为能量来源，可现氢气的高效、清洁、大规模制备，该技术也可以用于CO2的减排和转化，具有较为广阔的发展前景。特别是氢能应用的燃料电池汽车是唯一能够全面达到汽车性能指标的环保车型，最大社会意义是克服石油和常规锂电池汽车的电池处理和污染问题。氢燃料电池汽车的优点确实很多，由于真正做到了有害气体零排放，远比油电混合动力、天然气、乙醇、生物柴油等环保效果好，而且由于燃料电池汽车以电解水代替石油，成本低、资源广、有助于克服石油危机。从科学技术上讲，发现和利用质子膜使氢气中的电子分离，是无公害发电的重大成就。
目前的电解水制氢方法主要有三种：碱性电解水制氢、固体聚合物电解水制氢，及高温固体氧化物电解水制氢。碱性电解水制氢是目前非常成熟的制氢方法，目前为止，工业上大规模的电解水制氢基本上都是采用碱性电解制氢技术，该方法工艺过程简单，易于操作。
氢气的运输、存储存在不便和成本高的问题。典型的存储方法有低温液态储氢法、高压气态储氢法等。其中低温液态储氢法虽然具有较高的体积能量密度，但由于氢气的临界温度较低，氢气液化要消耗很大的冷却能量，储存中还不可避免地存在蒸发损失，储存成本较高。高压气态储氢法使用方便，但能量密度较低，且存在安全隐患。另外，氢气生产主要集中在特定的地方，在实际应用中，运输不便，运输过程中能源消耗严重。目前无论是液氢低温运输还是高压罐体运输，这种超低温和高压过程都会造成具体的能源消耗。而应用端的大型燃料电池发电技术和氢气燃机发电技术也受到氢气运输和廉价稳定的氢气源过少的影响，发展缓慢。所以，将氢气应用于发电站用于调峰调频，氢气的存储和运输是关键。
目前，世界首台量产的氢燃料电池汽车为丰田汽车的Mriai采用的是高压罐储氢，全球兴建的汽车用氢的加氢站，多少也采用的是高压储氢技术，最高压力高达70MPa以上。如此高的压力下，蕴含着巨大的压力能，如果能够加以利用，节能潜力巨大。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种高压储氢驱动及发电系统，可以有效利用高压储氢中蕴含的压力能。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种高压储氢驱动及发电系统，包括高压储氢设备、阀门、联络管、氢膨胀机和发电机；所述高压储氢设备的氢气出口与氢膨胀机的氢气入口通过联络管连接，所述联络管上设置有阀门；所述氢膨胀机传动连接于发电机并带动其进行发电。
进一步地，所述高压储氢设备包括车载高压储氢罐。
进一步地，所述高压储氢设备包括加氢站内高压储氢罐。
进一步地，所述高压储氢设备包括大型球形储氢罐。
进一步地，所述氢膨胀机采用活塞式膨胀机或透平式膨胀机中的任意一种或组合。
进一步地，所述氢膨胀机内设置保温循环工质管道，保温循环工质管道的保温循环工质进口和低温循环工质出口均与外部相通。
进一步地，所述氢膨胀机还可用于驱动风机、水泵、飞轮储能、压缩机、压气机等转动机械设备中的任意一种。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型系统利用高压储氢设备的压力能进行发电或驱动，利用原先节流泄压损失的压力能，可以使得整体氢能系统能源利用效率提升。
附图说明
图1为本实用新型的系统结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
本实施例旨在提供一种高压储氢驱动及发电系统，如图1所示，包括高压储氢设备1、阀门2、联络管3、氢膨胀机4和发电机5；所述高压储氢设备1的氢气出口与氢膨胀机4的氢气入口通过联络管3连接，所述联络管3上设置有阀门2；所述氢膨胀机4传动连接于发电机5并带动其进行发电。
进一步地，所述高压储氢设备1包括车载高压储氢罐、加氢站内高压储氢罐、大型球形储氢罐中的一种或几种。
进一步地，所述氢膨胀机采用活塞式膨胀机或透平式膨胀机中的任意一种或组合。
进一步地，所述氢膨胀机内设置保温循环工质管道，保温循环工质管道的保温循环工质进口和低温循环工质出口均与外部相通。通过保温循环工质管道，保温循环工质从保温循环工质进口进入保温循环工质管道中，在氢膨胀过程中被吸热，吸热后的低温循环工质从低温循环工质出口输出可以对外供冷。对外供冷后重新转化为保温循环工质再次输送至保温循环工质管道内。
进一步地，所述氢膨胀机还可用于驱动风机、水泵、飞轮储能、压缩机、压气机等转动机械设备中的任意一种。
实施例2
本实施例提供一种利用实施例1所述系统的方法，具体应用在燃料电池汽车的充电上。具体地，利用高压储氢设备与燃料电池供氢管二者的压力差，高压储氢设备向汽车内小型的氢膨胀机供给压缩的氢气，氢膨胀机利用氢气降压膨胀的过程对发电机输出机械能，驱动发电机发电。发电机输出的电能对燃料电池汽车的蓄电池进行充电或直接驱动汽车电机，阀门用于控制氢气输送的连通或断开。
当利用发电机输出的电能对蓄电池进行充电时，还可以同时利用高压储氢设备对外供氢，两者互不干扰。
这样能够实现氢气压力能的回收，减少氢气的消耗量，使得每公里耗氢量降低，降低燃料电池汽车的行驶成本。
实施例3
本实施例提供一种利用实施例1所述系统的方法，具体应用在加氢站，所述加氢站未来替代加油站或汽车充电站，为未来的氢燃料电池汽车进行加氢，由于氢的体积密度较低，一般加氢站采用低温液化储氢或高压气态储氢两种储氢方式，对于高压气态储氢，如果氢燃料电池的储氢罐压力与加氢站内的储氢罐有压力差，就可以利用二者的压力差来驱动氢膨胀机产生电力，供应加氢站的设施用电或上传至电网。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。
