CN102433864A - 制氢水电站 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制氢水电站系统。它包括水轮机、同步发电机、直流励磁机、多脉波整流器、直流母排、电解水制氢装置，水轮机与同步发电机相连，同步发电机电枢绕组采用多重化移相方式，同步发电机电枢绕组的输出端直接与多脉波整流器相连，多脉波整流器的输出直流母排，电解水制氢装置与直流母排相接。本发明除了能利用水能就地进行制氢外，其同步发电机电枢绕组采用多重移相方式，省去了传统电解装置必须配置的整流变压器和相应的滤波及无功补偿装置，可大大降低一次性投入成本，大大降低了系统的成本；整个制氢过程，系统与外界电力系统无电气联接，不会给电力系统带来谐波污染和无功消耗。

Description

制氢水电站
技术领域
本发明涉及一种发电站，特别涉及一种具备对水进行电解制氢的制氢水电站。 
背景技术
面对化石能源危机和环境的巨大压力，如何降低全球经济对石油和煤炭的依赖性，以及如何可再生能源，是各国政府关注的焦点。氢能作为一种极为优越的新能源，其主要具备燃烧值高、资源丰富、清洁环保等优点，极有可能成为21世纪全球能源舞台上举足轻重的石油替代品。 
水电解制氢是目前应用较为广泛且技术成熟的方法之一，但电解制氢过程需要消耗大量的电能，每立方氢气平均电耗在4.5-5.5kWh左右；如果制氢所需的电能来自于火力发电，那么这种制氢方式仍旧间接对环境产生污染。目前，在全球范围内，水能、核能、风能、太阳能资源丰富，能长期利用。利用这些能源进行电解制氢具有一定的优越性。我国水能资源丰富，不论是水能源的蕴藏量，还是可开发的水能资源，在世界各国中均居第一位；但是目前我们水能的利用率仅为13%，开发应用前景广阔。其中，我国的小水电资源分布很广，在全国2000多个县(市)中，有1500多个县有可开发的小水电资源。随着我国国民经济的发展，小水电站开发利用过程中，不可避免面临着与大电网连接会带来一系列经济和利益上的问题，很大程度上制约小水电的开发利用。 
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种直接利用水进行电解制氢的制氢水电站。
本发明的技术方案是：包括水轮机、同步发电机、直流励磁机、多脉波整流器、直流母排、电解水制氢装置，水轮机与同步发电机相连，同步发电机电枢绕组采用多重化移相方式，同步发电机电枢绕组的输出端直接与多脉波整流器相连，多脉波整流器的输出直流母排，电解水制氢装置与直流母排相接。 
上述的制氢水电站中，所述多脉波整流器为12脉波时，同步发电机电枢有两组3相输出端，相互之间对应的相电压相差30度电度；所述多脉波整流器为18脉波时，同步发电机电枢有三组3相输出端，相互之间对应的相电压相差20度电度。 
上述的制氢水电站中，所述电解水制氢装置分别与氢气罐、氧气罐相连。 
  
本发明的技术效果在于：针对上述两个方面的问题，本发明人提出了一种将小水电站与电解水制氢相结合的发电、供电、用电的独立系统的总体设计方案。该方案就地利用电能进行电解水制氢，一次性建设成本低，可用效规避建设、经营存在的风险，对新能源的开发利用和氢能应用推广具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的结构框图。 
图2为本发明中同步发电机采用多重化移相电枢绕组的示意图。 
图3本发明中同步发电机电枢绕组相电压矢量图。移相角为20度，即对应18脉波整流系统。 
附图中，7为多重化移相电枢绕组，8为主磁极，9为励磁绕组。 
图4本发明中电解制氢装置的结构示意图 
附图中，10为电解槽，11为氢气罐，12为氧气罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。 
参见图1、2、3、4，本发明包括水轮机1、同步发电机2、直流励磁机3、整流器4、直流排5、电解水制氢装置6。水轮机１、同步发电机２和直流励磁机3同轴相连，水轮机１拖动同步发电机２和直流励磁机3同步旋转；直流励磁机3产生的直流电供给同步发电机的主磁极8的励磁绕组9。 
同步发电机的多重化移相电枢绕组7输出端与整流器4直接相连，整流器4的直流侧输出端与直流母排5相连，以给电解水制氢装置6供给直流电。 
直流母排5与电解水制氢装置6中的电解槽10两端的极板相连，直流母排５中负极与电解槽10的阴极相连，直流母排５中正极与电解槽10中的阳极相连；电解槽10中的氢气出口与氢气罐11相连，电解槽10中的氧气出口与氧气罐12相连。 
本发明中同步发电机的电枢绕组采用多重化移相方式，最典型的有两种，一种是两组３相输出，对应的相电压之间相位相差30度电角度，以便与整流器共同构成12脉波整流系统；另一种为三组３相输出，对应的相电压之间相位相差20度电角度, 以便与整流器共同构成18脉波整流系统；若电枢绕组的输出组数更多，对应的相电压之间相位相差的电角度需要与多重化整流系统需要的移相角一致； 
同步发电机的多组3相输出端直接与整流器相连，不需通过整流变压器，直流实施交直流电能变换，将交流电转换成直流电，供给整流器直流侧的电解水制氢装置；整流器在运行过程中产生的次数小于 
Figure 849209DEST_PATH_IMAGE001
(K为正整数)的谐波电流成本可通过发电机的多重化电枢绕组进行汇流滤除，整流系统的脉波数越高，该独立系统中电流中的谐波含量越低；整流器运行过程中消耗的大量无功功率，可以通过调节同步发电机的励磁，以提高发电机的无功功率输出，以满足系统的无功功率平衡关系。
  

Claims (3)

1.一种制氢水电站，其特征在于：包括水轮机、同步发电机、直流励磁机、多脉波整流器、直流母排、电解水制氢装置，水轮机与同步发电机相连，同步发电机电枢绕组采用多重化移相方式，同步发电机电枢绕组的输出端直接与多脉波整流器相连，多脉波整流器的输出直流母排，电解水制氢装置与直流母排相接。
2.根据权利要求1所述的制氢水电站，其特征在于：所述多脉波整流器为12脉波时，同步发电机电枢有两组3相输出端，相互之间对应的相电压相差30度电度；所述多脉波整流器为18脉波时，同步发电机电枢有三组3相输出端，相互之间对应的相电压相差20度电度。
3.根据权利要求1所述的制氢水电站，其特征在于：所述电解水制氢装置分别与氢气罐、氧气罐相连。
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