CN109295472A - 采用独立的波动性能源进行制氢的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制氢技术领域，尤其是一种采用独立的波动性能源进行制氢的方法，包括如下步骤，采用独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定的电能直接对电解槽内的电解液进行电解制氢，通过采用独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定的电能直接对电解槽内的电解液进行电解制氢，从而将无电网区域中利用风力和光能发的电转化为氢能源供人们利用，且氢气方便运输，进而有效的解决了无电网区域无法利用光能和风力的问题。

Description

采用独立的波动性能源进行制氢的方法和系统
技术领域
本发明涉及制氢技术领域，尤其是一种采用独立的波动性能源进行制氢的方法和系统。
背景技术
风力（光伏）发电是成熟的技术，但是它们都是波动性的不稳定电源，并网后当风电占比在电网容量合理范围之内，其不稳定性并不影响用电侧的正常消纳。如果风力发电站建在无电网地区，只能独立供电，电能的不稳定性显露，导致用户无法正常使用。若配上储能装备，虽能正常使用，但需大大增加投资。从而导致在无电网区域无法利用风力和光能，并将其转化为电能进行利用，进而造成风力和光的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了实现充分利用无电网区域风力和光能，本发明提供了一种采用独立的波动性能源进行制氢的方法，通过采用独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定的电能直接对电解槽内的电解液进行电解制氢，从而将无电网区域中利用风力和光能发的电转化为氢能源供人们利用，且氢气方便运输，进而有效的解决了无电网区域无法利用光能和风力的问题。
发明
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采用独立的波动性能源进行制氢的方法，包括如下步骤，
采用独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定的电能直接对电解槽内的电解液进行电解制氢。
为了保证好的制氢效果，采用加热装置对电解槽内的电解液进行加热，使得电解液的温度在70℃-85℃。
为了保证电解槽内电解液的温度，所述加热装置包括交流电主加热装置和直流电辅助加热装置，交流电主加热装置通过独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定交流电直接对其进行供电；直流电辅助加热装置先通过独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定交流电对储能装置进行充电，然后通过储能装置对其进行供电。
为了保证最好的制氢效果，所述电解液的温度为80℃。
为了更好的利用风力和光能，采用独立的风力发电装置和光伏发电装置互补使用制氢。
一种采用独立的波动性能源进行制氢的系统，包括供能装置、电解槽、对电解槽内的电解液进行加热的加热装置、稳压装置、交流接触器、控制器和用于检测电解槽内电解液的温度的测温装置，
所述供能装置包括互相补充对电解槽进行供电的风力发电装置和光伏发电装置；
所述加热装置包括交流电主加热装置；
所述风力发电装置和光伏发电装置生产的不稳定交流电直接对电解槽供电，所述风力发电装置和光伏发电装置生产的不稳定交流电与稳压装置电连接，所述稳压装置与控制器电连接，所述控制器控制交流接触器的通断，所述风力发电装置和光伏发电装置生产的不稳定交流电通过交流接触器的主触头与交流电主加热装置电连接，所述控制器与测温装置电连接。
还包括充电装置、储能装置和真空直流接触器，所述加热装置还包括直流电辅助加热装置，所述控制器控制真空直流接触器的通断，所述风力发电装置和光伏发电装置生产的不稳定交流电与充电装置电连接，所述充电装置与储能装置电连接，所述储能装置通过真空直流接触器的主触头与直流电辅助加热装置电连接。
为了保证好的制氢效果，所述加热装置对电解槽内的电解液的温度加热至70℃-85℃。
为了保证最好的制氢效果，所述电解液的温度为80℃
本发明的有益效果是， 通过采用独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定的电能直接对电解槽内的电解液进行电解制氢，从而将无电网区域中利用风力和光能发的电转化为氢能源供人们利用，且氢气方便运输，进而有效的解决了无电网区域无法利用光能和风力的问题；
将没有储能装备的、又无法并网的独立风力发电或光伏发电用来制氢，一是可以将单位能量密度低的能源转化为单位能量密度高的能源，二是可以解决它的波动性不稳定性的问题。有风或光则发电制氢，无风或光则停，风或光多多制，风或光少少制，则可充分利用独立风力发电或独立光电发电发出的波动性不稳定的电力。
这样的电站可以建在风力或太阳能资源丰富的无电网地区，制备的氢气可以用做汽车的燃料等。制备好的氢气注入专用储气罐，用车辆运送到加气站，将波动性电力变为可运输的氢气。而氢气是可以高效稳定利用的燃料。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为为电解水制氢中电压与电流的关系曲线图。
图2为电解水制氢中功率与氢气、氧气体积流量曲线图；
图3为电解水制氢中电流密度与产氢效率关系曲线图；
图4为本发明一种采用独立的波动性能源进行制氢的系统的系统图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
实施例1
本发明提供了一种采用独立的波动性能源进行制氢的方法，包括如下步骤，采用独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定的电能直接对电解槽内的电解液进行电解制氢，采用加热装置对电解槽内的电解液进行加热，使得电解液的温度在70℃-85℃。
在一种具体实施例中，所述加热装置包括交流电主加热装置和直流电辅助加热装置，交流电主加热装置通过独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定交流电直接对其进行供电；直流电辅助加热装置先通过独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定交流电对储能装置进行充电，然后通过储能装置对其进行供电。
作为优选，所述电解液的温度为80℃。
为了充分的利用光能和风力，采用独立的风力发电装置和光伏发电装置互补使用制氢。
具体分析采用独立的风力发电装置和光伏发电装置互补制氢的好处如下：
采用电解水制氢的方法，如图1所示，制氢设备只有在一定的电压值之上才能工作，低于该值不产气。因此为了保证设备正常工作首先要保证风力发电机有一个最小输出电压——产气阀值电压。在产气阈值电压之上，电流值随电压增大而增大，因此可以通过调节电压值来调节流值，从而调节产氢量和负载功率。
其中输出功率对氢气（H2）、氧气（O2）的流量的影响从图2可知，电解水装置的产气量随着风机输出功率的增加而增加，基本上成曲线关系（该曲线斜率的数即表示产生单位体积的氢气的耗电量）其工作区域很宽，几乎可以涵盖风机功率由零到额定功率所有值，只要保证其工作电压在产气阀值电压之上，就能完全适应风机功率输出不稳定的特性。
电流密度和产氢效率关系，如图3所示，电流密度在大范围内变化对电流效应影响不大，并且电流密度的变化只影响产品的产量，而不影响产品的质量，这就使得这些电解工艺与风电之间的特性相吻合，电流密度的变化对电解水设备的正常运行无影响。
所以利用网电、风电互补供电的特性，保证一个稳定的输出功率，即可确保碱液的温度能够在正常工作温度，不会因为风电暂歇而温度下降，影响设备的正常工作。如果碱液的温度因为风机出功不够而温度降低到某一温度之下将减少产氢量，甚至不能产氢。因此碱液温度要保持在正常值之上。
风电独立供电的电解水制氢，必须具备的几个条件： （1）制氢系统对风机的不稳定功率输出具有较强的适应性；（2）风电输出的最小电压必须大于能够产气的阈值电压；（3）电解槽内碱液的温度必须维持在正常产气温度之上，保证产气量。在风机无风或风速不够时，电解槽仍有网电供电，确保碱液温度不下降可继续产气；（4）从经济学角度看，必须提供廉价的电力，适应耗电量大( 4-5.5kwh/Nm3H2)降低产品成本的要求。电解水制氢是成熟的制氢工艺，但由于耗电量大，导致制氢成本居高不下，制约了氢能源的发展。非并网风电制氢大幅降低了制氢成本，但因仍需网电做辅助的后备电源，又增加了成本。独立的波动性能源高效稳定利用技术，不需要用网电做辅助电源，这块成本可以从总成本中划去。独立的波动性能源高效稳定利用技术，电源采用风光互补发电系统，导致成本增加，但这仅仅是初投成本增加，整个生命周期内的分摊成本微乎其微，可以忽略不计。又由于互补后发电时间增加，制氢量增加，制氢成本大大降低。
实施例2
如图4所示，一种采用独立的波动性能源进行制氢的系统，包括供能装置、电解槽、对电解槽内的电解液进行加热的加热装置、稳压装置、交流接触器、控制器和用于检测电解槽内电解液的温度的测温装置，
供能装置包括互相补充对电解槽进行供电的风力发电装置和光伏发电装置（简称风光互补装置）；
加热装置包括交流电主加热装置；
风力发电装置和光伏发电装置生产的不稳定交流电直接对电解槽供电，风力发电装置和光伏发电装置生产的不稳定交流电与稳压装置电连接，稳压装置与控制器电连接，控制器控制交流接触器的通断，风力发电装置和光伏发电装置生产的不稳定交流电通过交流接触器的主触头与交流电主加热装置电连接，控制器与测温装置电连接。
在一种具体实施例中，还包括充电装置、储能装置和真空直流接触器，加热装置还包括直流电辅助加热装置，控制器控制真空直流接触器的通断，风力发电装置和光伏发电装置生产的不稳定交流电与充电装置电连接，充电装置与储能装置电连接，储能装置通过真空直流接触器的主触头与直流电辅助加热装置电连接。
其中加热装置对电解槽内的电解液的温度加热至70℃-85℃。
最优电解液的温度为80℃。
其中控制器使用PLC控制，本系统的交流电时大时小，时有时无，电解槽的液温随之变化，但由于液体量大，液温度变化不会很快，所以对PLC的要求不是很高，但正因为如此，PLC的变化必须适应，方可配合得很好，否则滞后变化，会影响效果，所以提出如下要求：
1、电解槽内的液体温度必须保持在70℃-85℃；
2、液温若低于70℃，PLC将蓄电池与电解槽内的辅助发热元件连接起来，蓄电池为辅助发热元件提供电能，发热元件升温，液温随之升高；
3、当液温>85℃时，PLC将蓄电池与辅助发热元件断开，蓄电池停止为辅助发热元件供电，液温回到85℃之内；
4、辅助发热元件由大功率真空直流接触器接通蓄电池；
5、PLC应在80℃附近不断动作，确保液温无大的变化或突然变化。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种采用独立的波动性能源进行制氢的方法，其特征在于：包括如下步骤，
采用独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定的电能直接对电解槽内的电解液进行电解制氢。
2.如权利要求1所述的，其特征在于：采用加热装置对电解槽内的电解液进行加热，使得电解液的温度在70℃-85℃。
3.如权利要求2所述的，其特征在于：所述加热装置包括交流电主加热装置和直流电辅助加热装置，交流电主加热装置通过独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定交流电直接对其进行供电；直流电辅助加热装置先通过独立的风力发电装置或者光伏发电装置生产的不稳定交流电对储能装置进行充电，然后通过储能装置对其进行供电。
4.如权利要求2所述的，其特征在于：所述电解液的温度为80℃。
5.如权利要求1所述的，其特征在于：采用独立的风力发电装置和光伏发电装置互补使用制氢。
6.一种采用独立的波动性能源进行制氢的系统，其特征在于：包括供能装置、电解槽、对电解槽内的电解液进行加热的加热装置、稳压装置、交流接触器、控制器和用于检测电解槽内电解液的温度的测温装置，
所述供能装置包括互相补充对电解槽进行供电的风力发电装置和光伏发电装置；
所述加热装置包括交流电主加热装置；
所述风力发电装置和光伏发电装置生产的不稳定交流电直接对电解槽供电，所述风力发电装置和光伏发电装置生产的不稳定交流电与稳压装置电连接，所述稳压装置与控制器电连接，所述控制器控制交流接触器的通断，所述风力发电装置和光伏发电装置生产的不稳定交流电通过交流接触器的主触头与交流电主加热装置电连接，所述控制器与测温装置电连接。
7.如权利要求6所述的，其特征在于：还包括充电装置、储能装置和真空直流接触器，所述加热装置还包括直流电辅助加热装置，所述控制器控制真空直流接触器的通断，所述风力发电装置和光伏发电装置生产的不稳定交流电与充电装置电连接，所述充电装置与储能装置电连接，所述储能装置通过真空直流接触器的主触头与直流电辅助加热装置电连接。
8.如权利要求6所述的，其特征在于：所述加热装置对电解槽内的电解液的温度加热至70℃-85℃。
9.如权利要求9所述的，其特征在于：所述电解液的温度为80℃。
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