CN101896718A - 用于电能和氢气的生产系统 - Google Patents
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Abstract
基于对例如一个或者多个风力发电机的风能的可再生能量的利用、并且结合氢气的生产装置的电能和氢气的生产系统。该系统结合由至少两种不同的电解技术的组合形成的混合电解器设备和基于不同技术在电解器之间分配氢气生产的至少一个控制器，从而存在具有快速动态特性的至少第一类型的电解器和具有大大缓慢的动态特性的至少第二类型的电解器技术。
Description
技术领域
根据本说明书的题目，以下发明指的是一种用于基于由一个或者多个风轮机产生的风能的、可盈利的使用而生产电能和氢气的系统。还在其中以如下方式包括氢气生产装置(电解器)，该方式即通过包括电解技术的混合设备，以下目的得以实现：改进能量管理、增强动态操作、增加电解器的工作寿命和增加系统的赢利性，以及改进注入电力网络的能量质量。
用于电能和氢气的这个生产系统能够适于任何类型的可再生能量或其组合。
本说明书描述了一种用于以如下方式生产在所有类型的风轮机和风电场中有用的电能和氢气的系统，该方式即利用电解技术的混合化而生产氢气。
同样地，用于生产电能和氢气的系统能够与任何类型的可再生能量或其组合配合使用。
背景技术
如已知那样，由于技术或者法律限制，被连接到电力网络的风轮机有时不能将已生产的全部电能注入所述电力网络。因此，为了可盈利地使用正在产生的能量，其使用之一是利用电解器生产氢气，从而随后以不同方式使用已经生产和存储的氢气。
使用之一能够是将氢气配送到氢气配送站，以将其用作车辆中的燃料或者售卖氢气自身。
同样地，另一可能的使用是利用所述氢气生产电力并且将其再次注入电力网络中。
存在阐述了集成可再生能量和氢气生产的系统的多件公开。
关于利用来自风能的氢气生产电力，存在专利申请例如：WO2006097494和EP1596052，所述专利申请提出通过电解产生氢气，氢气将在以后被用于由传统气体或者蒸汽厂生产能量。
进而，DE10055973描述一种系统，用于利用风能生产和存储氢气，目的在于使用它生产电力并且将其注入风轮机功率出口中，从而调节风电场的功率输出。
最终，存在描述通过增加或者降低电解器的功耗而调整风电场的功率的公开例如US7199482。
现今，就电解器而言，主要的和发展最为成熟的技术是质子交换膜(PEM)技术和碱技术。
PEM技术包括固体电解质并且具有快速的操作动态特性(dynamics)，但是当前并不存在具有大量功率的设备。通常，它们趋向于是大约数十千瓦的。
碱技术包括通常为稀释KOH的电解质，稀释KOH具有比PEM技术更加缓慢的动态特性，但是利用这种技术存在更加强大的电解器。它们甚至能够产生高达兆瓦。
已经在不同的工程中测试了这些技术，例如由NREL主持的工程“Renewable Electrolysis Integrated System Development andTesting”和由IEA主持的工程“Solar-Wasserstoff-Bayern HydrogenDemonstration Project”。
尽管这样，这些技术中没有任何一项在本质上是充分的，从而与风能设施相组合。这个问题的原因在于，风具有非常快速的动态特性并且因此所产生的风力也具有所述快速动态特性。
另外，考虑到风电场的能量通常为几十兆瓦，就所需功率和动态特性而言，提供具有单一技术的电解器将不能满足系统要求。
在另一方面，近来与能量生产有关的问题受到越来越多的关注，例如对于化石燃料的能量依赖性、来自温室效应的气体排放、环境污染、对于气候变化的影响，以及，简言之，现有能量系统的可持续性。
在这方面，可再生能量已经成为关键因素，因为它们为社会提供能量以满足它的在使用可再生、可持续和非污染源作为主要能量时的需要。
相对于传统的技术，从可再生源产生电力的这些技术的缺点在于可再生能量资源即风能或者太阳能的可用性的可变性。因此，所述能量的管理能力受到限制。
当前，由于这些限制，电力网络操作员对于新的可再生能量生产厂例如风电场或者光伏发电厂的引入施加限制。
为了避免这些限制并且使得可再生电力生产厂渗透到电网系统中，有必要提供使得能够使得这些能量源更加具有可管理性的方案。
作为对于上述这些问题的解决方案提出用于产生电力和氢气的一种新颖的系统。
本发明包括一种利用具有不同动态特性响应的不同电解技术的混合设备，所述动态特性响应允许吸收由于风源可变性而引起的、所产生的电力波动。注入电力网络的电力波动得以降低和/或消除。
本发明的另一优点在于，通过利用不同技术的电解器，就所需功率和动态特性而言，系统需要得以满足。
另外，总体过程得以改进，因为存在提供能够根据需要而被使用的不同特性的几种电解器技术。使用具有不同动态特性的混合电解器设备的另外的优点在于，电解器能够用作在每一个瞬间具有不同功率范围并且具有不同动态特性的负载。因此，它们能够被特别地用于调节风电场或者风轮机的输出功率。
另一优点在于，使用具有不同响应动态特性和功率容量的两种电解器技术允许控制电气系统的频率。快速动态特性技术(rapid dynamictechnology)用作受控一级功率储备(primary power reserve)(在秒的范围中)并且缓慢动态特性技术(slow dynamic technology)用作受控二级功率储备(secondary power reserve)(在分钟的范围中)。
由于使用具有不同响应动态特性和功率容量的两种不同的电解技术，使得注入电力网络的电力适于由电气系统操作员指示的工厂管理要求，例如有功功率(active power)储备、无功功率(reactivepower)调节、电压降控制以及一级和二级调整电力控制是可能的。
因此，公开了一项发明，该发明使得能够解决由于风源可变性而引起的问题。它以如下方式显著增加了风电场的管理能力，即它允许它以类似于传统发电站的方式操作，从而满足电力网络操作员的全部要求。另外，以此方式实现了对于增加可再生能量在电力网络中的渗透的贡献。
发明内容
根据改进的技术状态，本说明书描述了一种用于基于来自一个或者多个风轮机的风能的可盈利的使用而生产电能和氢气的系统。该系统以如下方式包括氢气生产装置(电解器)，该方式即该系统包括混合电解器设备和至少一个控制设备，该电解器设备由至少两种不同的电解技术的组合构成，所述控制设备在具有不同技术类型的电解器之间管理氢气生产和/或电解器消耗从而满足由电力网络建立的要求。以此方式，电解器具有带有快速的响应动态特性的第一技术类型和具有大大缓慢的响应动态特性的第二技术类型。由混合电解器设备消耗的电能被调节为吸收所产生的电能的波动，因此降低和/或消除注入电力网络的功率波动。
因此，该混合电解器设备是由具有每一种电解技术类型的至少一个电解器的组合构成的。
同样地，该系统能够包括在具有不同技术类型的电解器之间分配氢气生产的一个或者多个控制设备(一个或者多个)。所述控制设备(一个或者多个)能够被集成于混合电解器设备中或者被独立于它地安置。
使用具有不同响应动态特性和功率容量的混合电解器设备允许将电解器作为在每一个瞬间具有不同功率范围并且具有不同动态特性的受控负载。它们能够被用于调节或者来自整个风电场或者来自各个风轮机或者多个风电场的功率输出。
因此，利用具有不同技术类型的电解器，关于混合电解器设备，系统的功率得以管理并且系统的输出功率独立于风轮机(一个或者多个)的输出功率。
同样地，生产的分配和快速动态特性电解器和缓慢动态特性电解器的操作要求的适当变化使得该组件参与电气系统的频率控制成为可能。快速动态特性技术用作一级功率储备(在秒的范围中)并且缓慢动态特性技术用作二级功率储备(在分钟的范围中)。
换言之，该混合电解器设备使得以下成为可能，即，使得第一有功功率储备基于具有快速动态特性技术的电解器(一个或者多个)的功耗，并且第二有功功率储备基于具有大大缓慢的动态特性技术的电解器(一个或者多个)的功耗。
假设快速动态特性技术允许它的负载的更加快速变化但是具有较低的功率容量，则所述第一有功功率储备将被用于功率输出储备的一级调整。快速动态特性电解器将用作快速的受控负载，从而根据网络操作员的频率控制要求或者增加或者降低负载。
在另一方面，具有较高功率容量但是具有较低负载变化的、大大缓慢的技术电解器(一个或者多个)特征，将被用作第二功率储备。所述第二有功功率储备将根据网络操作员的频率控制要求执行功率输出的二级调整。
该混合电解器设备能够包括或者单独地利用氢气或者通过利用燃烧、机械和/或液压转换或者利用其它能量转换系统而包括氢气的流体/气体组合以使用所产生的氢气产生电力的其它能量转换装置。由能量转换装置产生的电力然后被注入风力系统出口和/或电力网络。
在另一方面，该能量转换装置能够是使用氢气产生电力的燃料电池、内燃机和/或燃气轮机。
混合电解器设备的电解器中的至少一个能够是可逆的，即具有用作发电机以生产能量的能力。
另外，从氢气到电力的转换过程还产生热流。因此，在能量转换装置中的电力生产过程期间，能够采用所生产的热量用于水加热，以利用热交换器生产热能和/或利用吸收机器生产冷却能量。
因此，由于更高的燃料电池性能并且通过包括废热发电气系统，能够增加系统的效率。
同样地，该系统能够包括脱盐厂，其中利用所生产的水的一个部分冲注混合电解器设备。以如下方式，对于靠近海岸的以及远离海岸的离岸应用而言，这是特别地适当的，该方式即使得在靠近海岸的区域中，水能够被用于消耗。
如果风力系统产生功率高于电力网络的进给功率容量，则过量能量被用于生产氢气。
通过综合(synthesize)基准电压和到启动元件的专用能量供给，与混合电解器设备和能量转换装置相关联的电力控制和功率电子装置(power electronics)，为风电场或者风轮机(一个或者多个)提供在不存在来自电力网络的电压时启动的能力。
在电力网络中不存在电压时的启动可能性还被称为“黑启动能力”并且是由风电场操作的能量要求确定的。这调节了它的对于已经失去电压的电力网络通电的容量。
这个可能性证明是非常令人感兴趣的，例如，有助于可能已经经历导致其中的能量总体损失的意外事故的系统从中恢复功率。
风能在快速地改变它的生产方面的灵活性使得它非常适合于这个目的，因为在电力网络被再次通电的第一时间期间在此时连接的工厂内的快速功率变化发生并且应该被调制。
混合电解器设备的控制设备(一个或者多个)允许影响构成它的每一个电解器的性能的变量，例如电解模块的温度、室温和/或电解质浓度或者影响电解器的性能和寿命周期的所有的那些变量。这是优化混合电解器设备的性能的手段。
利用与混合电解器设备相关联的功率电子装置产生或者消耗无功功率。以此方式，供给或者吸收的电流波形相对于电压波形具有适当的相差，因此作为控制目标的函数应对到/从电力网络的、无功功率的供给或者吸收。
通过产生或者消耗无功功率而在连接点利用与混合电解器设备相关联的功率电子装置执行动态电压控制。
在电力网络中电压跌落的情形中，通过快速地注入无功功率，与混合电解器设备相关联的功率电子装置有助于快速的电压恢复。以此方式，电压的逐渐变化得以保证并且具有各种目标的部件的使用得以共享，因此降低了它的折旧成本。
在电力网络中发生意外事故的情形中，在混合电解器设备内的某些电解器的氢气生产中断，并且利用它的功率电子装置的全容量在恢复电力网络时进行合作。
相反，今天大多数风电场依靠来自电力网络的电源来保持允许与电力网络的连接和所生产能量的输出的、所有的辅助和控制系统是活动的。因此，它们不能够在不带电压源的网络中操作。
因此，通过利用混合电解器设备的功率电子装置和/或其它工厂转换装置，通过根据是需要供给还是吸收而供给或者吸收无功功率向辅助系统提供足够能量以开始操作以及综合在用于正确的系统恢复的每一时间需要的电压信号是可能的。
同样地，混合电解技术增加了整个系统的提供恢复稳定性的灵活性。
能够在风轮机的功率电子装置中集成与混合电解器设备相关联的功率电子装置。
与快速响应动态特性技术的混合电解器设备有关的电解器(一个或者多个)能够具有质子交换膜(PEM)技术。
与大大缓慢的响应动态特性技术的混合电解器设备有关的电解器(一个或者多个)能够具有碱技术。
混合电解器设备能够包括串联和/或并联连接的不同技术的电解器的任何组合。
上述的全部内容能够以如下方式在自给电力系统即与电力网络隔离的系统中使用，该方式即使得混合电解器技术便于管理已被隔离的系统以及使得系统更加有效率。
以与此相同的方式，在本发明中描述的全部内容对于任何类型的可再生能源或者其组合都是有效的，例如中温或者高温热电太阳能(例如在抛物槽中集中太阳能的系统、反射镜和例如碟子和日光反射装置的焦点系统)、光伏太阳能、液压能量、潮能、波能、海流能量、地热能量和在岸以及离岸风能。
为了完成将在下文中给出的说明并且为了提供对于本发明特征的更好理解，一组附图被附于本说明书。所述的图以示意性的和非限制性的方式代表本发明的最具特性的细节。
附图简要说明
图1示出本发明的系统对象的总体图表，其中示意出多个风轮机、混合电解器设备以及相关联的功率电子装置和控制设备。
图2示出设有进给具有不同动态特性的不同电解器的几个电解器和功率转换器的本发明的系统对象的图表。
图3示出设有几个电解器并且在该实例中基于双进给发生器的本发明的系统对象的图表，该双进给发生器带有用于电解器的、在连续功率输出上的功率电子转换器。
图4示出设有带几个电解器的本发明的系统对象的图表，其中至少一个可逆电解器因此能够将能量注入电力网络。
图5示出设有几个电解器和基于氢气供给元件的能量转换装置的本发明的系统对象的图表。它们产生热和功率并且功率能够被注入电力网络。
图6示出在当电解器作为用于在过量功率期间调节功率输出的负载操作时的情形中最终系统的操作图表。相应地，当能量不足时，能量转换装置供给能量。
图7示出STATCOM(静止同步补偿器)的直流源和功率电子转换器的图表。
图8示出总体系统控制图表。
图9示出二级调整功率控制。
图10示出一级调整功率控制。
图11示出总体调整功率控制。
图12示出电解器的组合电力控制调整对风电场的电力生产的关系。
具体实施方式
鉴于以前的图并且根据所使用的编号，能够总体上看到如在图表的图1中代表地用于生产电能和氢气的系统如何能够由利用功率电子装置装置(2)连接到混合电解器设备(3)的至少一个风轮机(1)构成。这个设备由至少一个快速动态特性技术电解器和大大缓慢的动态特性技术电解器构成。它是由控制设备(4)控制的。
因此，该系统包括混合电解器设备(3)和控制设备(4)，混合电解器设备(3)是由两个不同电解技术的至少一个电解器(5)和(6)组合构成的，控制设备(4)在不同技术类型的电解器(5)和(6)之间分配氢气生产。这是以如此方式实现的，即，使得电解器(5)具有带有快速动态特性的第一技术类型并且电解器(6)具有带有大大缓慢的动态特性的第二技术类型。由混合电解器设备(3)消耗的电能适于吸收所产生的电功率的波动，因此降低或者消除注入电力网络的电功率的波动。
用于在不同的电解器技术之间分配氢气生产的方法是基于给付的(consign)、对于快速动态特性技术的突然功率变化和对于大大缓慢的动态特性技术的逐渐功率变化。
如能够在图8中看到地，控制设备(4)对于电解器的状态变量(9)加以考虑。当在快速动态特性电解器(一个或者多个)(5)和大大缓慢的动态特性电解器(一个或者多个)(6)之间分配氢气生产时，该变量影响电解器的性能和寿命周期从而保持其寿命周期并且增强其性能。进而，控制设备(4)保证了对电力网络释放的最大功率输出的极限(10)和由每一个电解器的最大功率(11)确定的最大氢气生产不被超过。依次地，控制设备(4)接收由内部准则(消除在风电场连接点处的波动)或者由电力网络的操作要求(一级/二级功率储备)确定的生产目标(12)(电力和/或氢气)。控制设备(4)还能够对于其它需求(16)加以考虑。利用这种输入，控制设备(4)在作为电矢量注入的能量(13)和用于氢气生产的能量(8)之间分配能量，随后作为在风电场中交换的功率的函数在快速动态特性电解器(一个或者多个)(5)和大大缓慢的动态特性电解器(一个或者多个)(6)之间分配用于氢气生产的能量(8)。进而，控制设备(4)作为反馈环对于作为电矢量注入的能量(13)和在每一个电解器中产生的氢气加以考虑。
如在图9中看到地，通过建立低于大大缓慢的动态特性电解器的最大功率(11)的平均生产要求(15)而利用大大缓慢的动态特性电解器的生产(14)形成“功率储备”。这个功率储备提供允许电解设备以如下方式调节它的生产的调节范围，该方式即使得它有助于电力网络的二级频率控制(secondary frequency control)。
如在图10中看到地，通过建立低于快速动态特性电解器的最大功率(11)的平均生产要求(15)而利用快速动态特性电解器的生产(17)产生形成“功率储备”。这个功率储备提供允许电解设备以如下方式调节它的生产的调节范围，该方式即使得它有助于电力网络的一级频率控制(primary frequency control)。
在图11中示意快速动态特性电解器的和大大缓慢的动态特性电解器的组合生产的结果。
图12示出由快速动态特性电解器和由大大缓慢的动态特性电解器执行的组合调整如何地允许系统提供具有更高可变性的往复组合响应(17)。与风轮机场的电力生产(18)一起并且与系统的需要一起产生的是适于要求的总体能量生产的输出(13)。
快速动态特性电解器和缓慢动态特性电解器的操作目标的这些变化允许系统参与电力网络系统的频率控制。快速动态特性技术用作一级功率储备(在秒的范围中)并且大大缓慢的动态特性技术用作二级功率储备(在分钟的范围中)。
在一个优选实施例中，快速动态特性电解器具有PEM(质子交换膜)技术并且大大缓慢的动态特性电解器利用碱技术。
换言之，具有不同技术类型的混合电解器设备使得能够具有基于PEM和碱技术电解器的电消耗的有功功率储备。PEM有功功率储备将执行一级调整(primary regulation)而碱有功功率储备将执行二级调整(secondary regulation)。
控制设备(4)将根据电力网络操作员的要求或者风电场的内部要求而管理氢气生产，以如下方式或者增加或者降低混合电解器设备的电解器的氢气生产，该方式即使得在一方面注入电力网络的功率波动得以消除并且在另一方面有功功率储备得以保持。总是利用这个储备来响应电力网络操作员的一级和二级调整要求。
为了实施这种操作模式，风电场的有功功率输出将低于风电场的输出功率容量。以此方式，有功功率储备得以保证。这个储备将由控制设备(4)以如下方式管理，即使得将有功功率储备和高于风电场的输出容量的可变功率相加得到的功率将根据上述准则在混合设备内的、不同技术的电解器之间分配。
关于混合电解器设备(3)，利用不同技术类型的电解器(5)和(6)管理系统的功率输出。系统的输出功率独立于风轮机(一个或者多个)的输出功率。
混合电解器设备(3)能够包括利用所产生的氢气(8)产生电力并且将其注入风力系统和/或电力网络的功率出口的能量转换装置(7)。
能量转换装置(7)能够是利用所产生的氢气生产电力并且将其注入风力系统和/或电力网络的功率出口的燃料电池、内燃机和/或燃气轮机。
在一个优选实施例中，如在图2中看到地，利用全部电解器共有的功率电子转换器装置(2)进给具有不同技术类型和动态特性的电解器(5)和(6)。整个系统由控制设备(4)控制，所述控制设备(4)根据由风电场或者风轮机(1)产生的功率、风力测量、在连接点处的电压(电压控制和电压跌落穿越(voltage dipride-through))、系统频率(频率控制)和电解器的操作特性(电解模块的温度、室温、电解质的压力和/或浓度)计算将被转换成氢气的有功功率和将要产生的无功功率。
根据每一个电解器的特性并且还根据电气系统的电力网络的要求在具有不同技术类型的电解器(5)和(6)之间分配所述有功功率。
无功功率的产生也在能量转换装置(7)之间分配。在正常操作条件下，优选地利用所述能量转换装置(7)的容量生产有功功率、降低和/或消除了注入电力网络的功率的波动。能够利用剩余容量产生无功功率。
然而，在电力网络的异常操作条件的情形中，例如电压或者频率在正常操作范围以外和电压跌落，则将优选地利用功率转换器的容量来支持电力网络恢复至正常状态。
在一个优选实施例中，由混合电解器设备(3)的电解器(5)和(6)共享的功率电子装置(2)利用双进给感应发生器(1)的DC功率输出，如在图3中所示。
双进给风轮机被示为一种具体情形；然而尽管这样，仍然能够利用任何类型的风轮机实现这个实施例。
同样地，在混合电解器设备(3)内的电解器(5)和(6)中的任何一个都是可逆的，并且因此在特定情形中，它将能量注入系统的功率出口以将氢气再次转换成电能。
类似地，该系统包括将氢气转换成电能的元件(7)，为此目的，这些元件能够将产生的能量注入系统的功率出口。
在另一方面，控制设备(4)能够以如下方式控制能量，该方式即使得如在图6的图表中观察到地，当产生过量能量时，利用所述能量生产氢气(8)。相反，当能量不足时，能量转换装置(7)将氢气再次转换成电能。因此，注入电力网络的能量完全地受到系统控制。这使得混合电解器设备是可管理的。
在于转换装置中从存储的氢气(8)产生电力的过程中，利用热交换器，能够采用所产生的热量用于水加热，从而生产热能和/或制冷的吸收设备。
通过使用部分脱盐水进给混合电解器设备(3)，该系统能够包括脱盐站。
如果风力系统产生的功率高于电力网络的输出功率容量，则利用过量功率生产氢气，这意味着系统赢利性得以改进并且风力资源得到更为盈利性的使用。
通过综合基准电压和供给到启动元件的能量，与混合电解器设备(3)和能量转换装置(7)相关联的控制系统和功率电子装置，为风力系统提供了在电力网络中不存在电压时启动操作的能力。
同样地，在混合电解器设备(3)的控制设备中包括影响每一个电解器的性能的系统变量，例如电解模块的温度、室温、电解质的压力和/或浓度。
以如下方式利用与混合电解器设备(3)相关联的功率电子装置(2)产生或者消耗无功功率，该方式即使得电流波形相对于电压波形具有正确的相差以实现适当的功率转移。因此，如由控制基准确定地，向/从电力网络注入或者吸收无功功率。
类似地，通过在电力网络中注入或者消耗无功功率，与混合电解器设备(3)相关联的功率电子装置(2)被用于在连接点中执行动态电压控制。
在电力网络中发生意外事故的情形中，与混合电解器设备(3)相关联的功率电子装置(2)合作以通过快速地产生无功功率而快速地恢复电压。在混合电解器设备内的某些电解器的氢气生产被中断，并且利用功率电子转换器的全容量恢复电力网络。
因此，如在前示意地，还被称为“黑启动能力(blackstartcapability)”的、在电力网络中不存在电压时启动的可能性是由风电场操作的能量要求确定的。其对于已经损失电压的电力网络进行通电的容量得以调节。
这个可能性证明是非常令人感兴趣的，例如，有助于可能已经经历导致其中的能量总体损失的意外事故的系统从中恢复功率。风能在快速地改变它的生产方面的灵活性使得它非常适合于这个目的，因为在电力网络被再次通电的第一时间期间在此时连接的工厂内的快速功率变化发生并且应该被调制。
混合电解器设备(3)的功率电子装置(2)可以包括类似于在功率电子装置设施上封装以实现电压控制的STATCOM“静止同步补偿器”的能力，根据图7所示图表，STATCOM通常包括直流电(DC)源和功率转换器。
这个名称源于它的功能性，所述功能性类似于同步冷凝器(一种旋转设备)但是相对于同步冷凝器具有它的静态特征这一优点。换言之，它并不包括任何旋转元件而是仅仅包括功率电子装置部件，并且不具有任何惯性，它能够比同步冷凝器更加快速地响应从而提供：
●动态电压控制：通过根据设备的控制命令注入无功功率，电力网络的电压被动态地调整为(所期数值并且不像在冷凝器/电感器电池的情形中那样是离散的)目标水平。
●功率振荡衰减：设备的快速响应及其在DC电路中存储有功能量(active energy)的容量允许在系统故障期间操作，衰减了变化并且有助于系统恢复。
●改进动态电压容限：根据动态电压安全性的观点，对于电压的更高控制允许扩大可接受的容限，因为它降低了必要的安全性容限。
●无功和有功功率控制：通过将交流电(AC)转换成直流电(DC)和反之控制无功功率的产生以调节在连接点处的电压并且在设备的DC侧中存储有功能量是可能的。
在这种设施的标准设计中，冷凝器被用作通过功率电子转换器而被充电至目标水平的电流源。
能量存储受到在这个设备中的冷凝器的容量限制；因此仅仅能够利用它作为少量能量的缓冲器。另外，相关联功率电子装置的高成本约束了在商业上可以获得的解决方案及其实现的赢利性。
然而，通过在不同的设施中分配它，在提出的解决方案中利用与混合电解器设备和能量转换装置相关联的功率电子装置将使得增加作为氢气的有功功率存储的体积和降低功率转换器的特定成本是可能的。
能够以如下方式在从电力网络隔离的功率系统中应用上述全部内容，该方式使得将电解器技术混合便于管理被隔离系统以及使得该系统更加有效率。
最终，能够示意参考风能系统的任何内容均能够被应用于任何其它类型的可再生能量系统。
以此方式，在能够适于生产电力和氢气的不同类型的可再生能量系统中，除了在岸和离岸风能，包括以下：
●中温或者高温太阳能系统，例如在抛物槽中集中太阳能的系统、反射镜和例如碟子和日光反射装置的焦点系统；
●光伏太阳能；
●液压能量；
●潮能；
●波能；
●地热能量，和；
●海流能量。
Claims (32)
1.用于基于例如来自风轮机的风能的可再生能源并且结合用于生产氢气的装置的生产电能和氢气的系统，其特征在于所述系统包括混合电解器设备和至少一个控制设备，所述混合电解器设备包括至少两种不同电解技术的组合，所述控制设备在不同电解技术的两个电解器之间管理生产的氢气；至少一个电解器具有快速动态特性电解技术类型并且至少第二个电解器具有大大缓慢的动态特性电解技术类型。
2.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，由于由混合电解器使用的能量，降低和/或消除了注入电力网络的电力的波动。
3.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，利用不同电解技术的电解器管理系统的功率；系统的输出功率不同于电解器的输出功率。
4.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，不同类型电解技术的混合电解器设备包括用于将产生的氢气转换成电力的转换装置和用于将所述电力注入风力系统出口或者电力网络的装置。
5.根据权利要求2的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述转换装置是选自以下组中的一个选项，所述的组包括使用所产生的氢气生产电能并且用于将所述生产的电能注入系统输出和/或电力网络的内燃机和燃气轮机。
6.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述混合电解器设备的电解器中的至少一个是可逆的，具有生产电力(作为转换装置)的能力并且从而用作发电机。
7.根据权利要求4、5或者6的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，在转换元件中的电生产过程从存储的氢气开始，通过水的加热，由用于热能生产的热量交换和/或用于制冷的吸收机器而使用所产生的热量。
8.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述系统包括用于将脱盐水部分地进给到所述混合电解器设备的脱盐站。
9.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，如果风力系统的产生的功率高于注入电力网络的电功率，则过量能量被用于产生氢气。
10.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述混合电解器设备包括赋予风电场利用综合基准电压和到启动元件的能量供给在不存在来自电力网络的电压时启动的能力的相关联功率电子装置和控制电子装置。
11.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述混合电解器设备的控制设备对于影响每一个电解器的效率和/或寿命周期的系统变量加以考虑。
12.根据权利要求7的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述变量能够是电解质模块温度、室温、压力和/或电解质浓度，或者能够影响所述电解器的效率和寿命周期的任何其它变量。
13.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述混合电解器设备包括用于生产或者吸收无功功率的功率电子装置。
14.根据权利要求13的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述混合电解器设备具有用于在连接点处执行电压动态控制的相关联功率电子装置。
15.根据权利要求13的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述混合电解器设备具有相关联功率电子装置从而在电压间隙的情形中与电压的快速重建合作，以产生无功功率。
16.根据权利要求13或者15的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，在网络事件的情形中，参考混合电解器设备，至少一个电解器的氢气生产被中断，从而使用它的功率电子装置的整个容量用于在网络重建中进行合作。
17.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，与混合电解器设备相关联的功率电子装置被集成于机器(电解器)的功率电子装置中。
18.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，在所述混合电解器设备内的快速动态特性技术类型的电解器具有PEM技术(质子交换膜)。
19.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，在所述混合电解器设备内的大大缓慢的动态特性技术类型的所述至少一个电解器具有碱技术。
20.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，在所述混合电解器设备内的电解器以并联连接和/或串联连接方式相互连接。
21.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于所述控制设备被包括在所述混合电解器设备中。
22.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述系统包括基于快速动态特性电解器的功耗，和/或基于大大缓慢的动态特性电解器的功耗，并且替代地基于快速动态特性电解器和更加缓慢的动态特性电解器的功耗的有功功率储备。
23.根据权利要求22的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，利用快速动态特性电解器的有功功率储备执行一级调整功率控制。
24.根据权利要求22的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，利用大大缓慢的动态特性电解器的有功功率储备执行二级调整功率控制。
25.根据权利要求22的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述混合电解器设备的控制设备增加或者降低所述有功功率储备。
26.根据权利要求25的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，根据内部风电场要求和替代地电力网络的操作员的要求调节所述有功功率储备。
27.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述控制设备改变提供给快速动态特性电解器的操作要求从而在秒的范围内从所述一级功率储备向电力网络提供功率，因此对于系统频率控制作出贡献。
28.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述控制设备改变提供给大大缓慢的动态特性电解器的操作要求从而在分钟的范围内从二级功率储备向电力网络提供功率，因此对于系统频率控制作出贡献。
29.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述控制设备以如下方式为不同技术电解器建立氢气生产的设定点，该方式即使得风电场的功率输出低于总输出容量。
30.根据权利要求29的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，利用在风电场输出和风电场功率输出极限之间的差异向所述系统提供调节容限，从而参与由所述电力网络要求的一级和二级功率储备服务。
31.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述控制设备建立低于氢气生产的最大极限的、不同技术电解器的氢气生产需求，从而为系统提供调节容限，以参与由所述电力网络要求的一级和二级功率储备服务。
32.根据权利要求1的用于生产电能和氢气的系统，其特征在于，所述混合电解器设备布置在功率系统中，与所述电力网络隔离。
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