CN110565108A - 一种风光水联合制氢系统及制氢方法 - Google Patents

一种风光水联合制氢系统及制氢方法 Download PDF

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Abstract

一种风光水联合制氢系统及制氢方法,该系统包括风力发电系统、光伏发电系统、水力发电系统、与水力发电系统通过供水系统连接的制氢系统,与风力发电系统、光伏发电系统、水力发电系统和制氢系统连接的控制系统,还包括通过变压器与控制系统连接的电网;风力发电系统通过风能发电,光伏发电系统通过太阳能发电,水力发电系统通过水位落差发电,三个发电系统产生的电能通过控制系统协调配置,电能充足时,通过变压器输送至电网,电能不足时,通过制氢系统制备并储存氢气;保证系统能够稳定、连续的运行。

Description

一种风光水联合制氢系统及制氢方法
技术领域
本发明属于制氢技术领域,具体涉及到一种风光水联合制氢系统及制氢方法。
背景技术
随着一次性能源的消耗殆尽和环保压力的逐渐增大,人们逐渐将目光转向风电、光伏等可再生能源,但是风光发电系统波动性大、不能够产生稳定的电能,一般在风光互补系统中加入储能或者水电来进行系统的调频或调峰。
除了可再生电力能源,氢能跟电力一样是将来支撑能源清洁化结构的重要能源之一,它具有清洁和低碳的作用,在使用过程中零排放,只生成水,污染物排放为零,目前主流的制氢方式有天然气制氢、煤炭制氢和工业副产氢,这些方式制氢追溯到上游一次能源仍然是煤和天然气。国内外像电解水这种制氢方式,占比非常有限的,使用可再生能源电解水制氢,既解决了能源的可再生问题,又可将多余的能源转变成氢能循环再利用。
目前在一些偏远地区,存在风电、光伏等可再生能源过剩的情况,或者是限电无法送出的情况,可以按照本发明建设一部分风光水联合制氢系统,制备的氢气再利用,避免能源的浪费。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题,本发明的目的是提供一种风光水联合制氢系统及制氢方法,本发明通过风光水系统联合提供持续的、稳定的、清洁的能源,产生的电能用来制备氢气,多余的电量可以送入电网。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种风光水联合制氢系统,包括由风力发电机组、变流器和风力发电控制器依次连接组成的风力发电系统1,由光伏发电单元、逆变器和光伏发电控制器依次连接组成的光伏发电系统2,由水利发电单元和水利发电控制器连接组成的水力发电系统3,与水力发电系统3通过供水系统6连接的制氢系统5,与风力发电系统1、光伏发电系统2、水力发电系统3和制氢系统5连接的控制系统4,还包括通过变压器与控制系统4连接的电网8;风力发电系统1通过风能发电,光伏发电系统2通过太阳能发电,水力发电系统3通过水位落差发电,三个发电系统产生的电能通过控制系统4协调配置,电能充足时,通过变压器7输送至电网8,电能不足时,通过制氢系统5制备并储存氢气。
所述制氢系统5包括电解槽54,设置在电解槽54内的电解棒52,电解槽54顶部的气体出口连通气体净化器55入口,气体净化器55出口连通气体分离器56入口,通气体分离56的氢气出口通过导管57连通储氢罐58,通气体分离56的氧气出口通过导管57连通储氧罐59;电解槽54通过进水管53与供水系统6连接以实现供水;电解棒52通过电解槽54外部的电极51连接控制系统4供电以实现电解水。
所述风力发电机系统1的装机容量在10KW及以上,风力发电机组包括水平轴风力发电机与垂直风力发电机,风力发电控制器通过变流器控制风力发电机组的启停。
所述光伏发电系统2的装机容量在10KW及以上,逆变器具备MPPT功能,光伏发电控制器通过逆变器光伏发电单元的启停。
所述水力发电系统3的装机容量在10KW及以上,水力发电控制器控制水利发电单元的启停。
所述风光水联合制氢系统的制氢方法,风力发电系统1通过风能发电,光伏发电系统2通过太阳能发电,水力发电系统3通过水位落差发电,三个发电系统产生的电能通过控制系统4协调控制,电能充足时,通过变压器7输送至电网8,电能不足时,通过制氢系统5制备并储存氢气;
制氢系统5的工作过程如下:制氢系统5由控制系统4提供电能通过电极51及电解棒52实现电解水,其中电解槽54内的水源由供水系统6通过进水管53进入电解槽54,电解产生的气体经过气体净化器55实现除湿及净化,随后进入气体分离器56进行分离,分离后的氢气通过导管57储存到储氢罐58中,产生的副产品氧气通过导管57储存到储氧罐59中。
控制系统4协调控制风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3的发电过程如下:
风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3产生的总功率为ΔP,公式如下:
ΔP=ΔPwind+ΔPsoler+ΔPwater (1)
其中,ΔPwind为风力发电系统产生的功率,ΔPsoler为光伏发电系统产生的功率,ΔPwater为水力发电系统产生的功率;
整个风光水联合制氢系统消耗的总功率为ΔPw,公式如下:
ΔPw=ΔPin+ΔPH (2)
其中ΔPin为系统运行、供水系统消耗的功率,ΔPH为制氢过程消耗的功率;
控制过程如下:
时,即风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3的产生的功率大于制氢系统运行功率时,制氢系统额定功率运行,多余的功率通过变压器7送入电网8发电;
时,即风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3的产生的功率小于等于制氢系统运行功率时,整个风光水联合制氢系统不并入电网8,风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3产生的功率全部用来制氢。
和现有技术相比较,本发明具备如下优点:
1、本发明风力发电、光伏发电、水力发电均为可再生清洁能源,对环境无污染。
2、光伏发电系统只有白天日照充足才能工作,风力发电达到一定风速才能工作,风光系统联合发电具有一定的互补性,当风能和光伏发电能力不足时,使用水力发电给系统功能,保证系统能够稳定、连续的运行。
3、制氢系统通过系统本身提供电能,不需要从电网购电,节约了费用。
4、制氢系统存储氢能可以销售,产生的副产品氧气也可以销售,增加系统收益。
附图说明
图1为本发明风光水联合制氢系统框图。
图2为制氢系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,一种风光水联合制氢系统,包括由风力发电机组、变流器和风力发电控制器依次连接组成的风力发电系统1,由光伏发电单元、逆变器和光伏发电控制器依次连接组成的光伏发电系统2,由水利发电单元和水利发电控制器连接组成的水力发电系统3,与水力发电系统3通过供水系统6连接的制氢系统5,与风力发电系统1、光伏发电系统2、水力发电系统3和制氢系统5连接的控制系统4,还包括通过变压器与控制系统4连接的电网8;风力发电系统1通过风能发电,光伏发电系统2通过太阳能发电,水力发电系统3通过水位落差发电,三个发电系统产生的电能通过控制系统4协调配置,电能充足时,通过变压器7输送至电网8,电能不足时,通过制氢系统5制备并储存氢气。
如图2所示,所述制氢系统5包括电解槽54,设置在电解槽54内的电解棒52,电解槽54顶部的气体出口连通气体净化器55入口,气体净化器55出口连通气体分离器56入口,通气体分离56的氢气出口通过导管57连通储氢罐58,通气体分离56的氧气出口通过导管57连通储氧罐59;电解槽54通过进水管53与供水系统6连接以实现供水;电解棒52通过电解槽54外部的电极51连接控制系统4供电以实现电解水。
作为本发明的优选实施方式,所述风力发电机系统1的装机容量在10KW及以上,风力发电机组包括水平轴风力发电机与垂直风力发电机,风力发电控制器通过变流器控制风力发电机组的启停。
作为本发明的优选实施方式,所述光伏发电系统2的装机容量在10KW及以上,逆变器具备MPPT功能,光伏发电控制器通过逆变器光伏发电单元的启停。
作为本发明的优选实施方式,所述水力发电系统3的装机容量在10KW及以上,水力发电控制器控制水利发电单元的启停。
如图1所示,本发明风光水联合制氢系统的制氢方法,风力发电系统1通过风能发电,光伏发电系统2通过太阳能发电,水力发电系统3通过水位落差发电,三个发电系统产生的电能通过控制系统4协调控制,电能充足时,通过变压器7输送至电网8,电能不足时,通过制氢系统5制备并储存氢气。
如图2所示,制氢系统5的工作过程如下:制氢系统5由控制系统4提供电能通过电极51及电解棒52实现电解水,其中电解槽54内的水源由供水系统6通过进水管53进入电解槽54,电解产生的气体经过气体净化器55实现除湿及净化,随后进入气体分离器56进行分离,分离后的氢气通过导管57储存到储氢罐58中,产生的副产品氧气通过导管57储存到储氧罐59中。
本发明控制系统4协调控制风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3的发电过程如下:
风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3产生的总功率为ΔP,公式如下:
ΔP=ΔPwind+ΔPsoler+ΔPwater (1)
其中,ΔPwind为风力发电系统产生的功率,ΔPsoler为光伏发电系统产生的功率,ΔPwater为水力发电系统产生的功率;
整个风光水联合制氢系统消耗的总功率为ΔPw,公式如下:
ΔPw=ΔPin+ΔPH (2)
其中ΔPin为系统运行、供水系统消耗的功率,ΔPH为制氢过程消耗的功率;
控制过程如下:
时,即风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3的产生的功率大于制氢系统运行功率时,制氢系统额定功率运行,多余的功率通过变压器7送入电网8发电;
时,即风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3的产生的功率小于等于制氢系统运行功率时,整个风光水联合制氢系统不并入电网8,风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3产生的功率全部用来制氢。

Claims (7)

1.一种风光水联合制氢系统,其特征在于:包括由风力发电机组、变流器和风力发电控制器依次连接组成的风力发电系统(1),由光伏发电单元、逆变器和光伏发电控制器依次连接组成的光伏发电系统(2),由水利发电单元和水利发电控制器连接组成的水力发电系统(3),与水力发电系统(3)通过供水系统(6)连接的制氢系统(5),与风力发电系统(1)、光伏发电系统(2)、水力发电系统(3)和制氢系统(5)连接的控制系统(4),还包括通过变压器与控制系统(4)连接的电网(8);风力发电系统(1)通过风能发电,光伏发电系统(2)通过太阳能发电,水力发电系统(3)通过水位落差发电,三个发电系统产生的电能通过控制系统(4)协调配置,电能充足时,通过变压器(7)输送至电网(8),电能不足时,通过制氢系统(5)制备并储存氢气。
2.根据权利要求1所述的一种风光水联合制氢系统,其特征在于:所述制氢系统(5)包括电解槽(54),设置在电解槽(54)内的电解棒(52),电解槽(54)顶部的气体出口连通气体净化器(55)入口,气体净化器(55)出口连通气体分离器(56)入口,通气体分离(56)的氢气出口通过导管(57)连通储氢罐(58),通气体分离(56)的氧气出口通过导管(57)连通储氧罐(59);电解槽(54)通过进水管(53)与供水系统(6)连接以实现供水;电解棒(52)通过电解槽(54)外部的电极(51)连接控制系统(4)供电以实现电解水。
3.根据权利要求1所述的一种风光水联合制氢系统,其特征在于:所述风力发电机系统(1)的装机容量在10KW及以上,风力发电机组包括水平轴风力发电机与垂直风力发电机,风力发电控制器通过变流器控制风力发电机组的启停。
4.根据权利要求1所述的一种风光水联合制氢系统,其特征在于:所述光伏发电系统(2)的装机容量在10KW及以上,逆变器具备MPPT功能,光伏发电控制器通过逆变器光伏发电单元的启停。
5.根据权利要求1所述的一种风光水联合制氢系统,其特征在于:所述水力发电系统(3)的装机容量在10KW及以上,水力发电控制器控制水利发电单元的启停。
6.权利要求1至6任一项所述风光水联合制氢系统的制氢方法,其特征在于:风力发电系统(1)通过风能发电,光伏发电系统(2)通过太阳能发电,水力发电系统(3)通过水位落差发电,三个发电系统产生的电能通过控制系统(4)协调控制,电能充足时,通过变压器(7)输送至电网(8),电能不足时,通过制氢系统(5)制备并储存氢气;
制氢系统(5)的工作过程如下:制氢系统(5)由控制系统(4)提供电能通过电极(51)及电解棒(52)实现电解水,其中电解槽(54)内的水源由供水系统(6)通过进水管(53)进入电解槽(54),电解产生的气体经过气体净化器(55)实现除湿及净化,随后进入气体分离器(56)进行分离,分离后的氢气通过导管(57)储存到储氢罐(58)中,产生的副产品氧气通过导管(57)储存到储氧罐(59)中。
7.根据权利要求6所述的制氢方法,其特征在于:控制系统4协调控制风力发电系统(1)、光伏发电系统(2)和水力发电系统(3)的发电过程如下:
风力发电系统(1)、光伏发电系统(2)和水力发电系统(3)产生的总功率为ΔP,公式如下:
ΔP=ΔPwind+ΔPsoler+ΔPwater (1)
其中,ΔPwind为风力发电系统产生的功率,ΔPsolar为光伏发电系统产生的功率,ΔPwater为水力发电系统产生的功率;
整个风光水联合制氢系统消耗的总功率为ΔPw,公式如下:
ΔPw=ΔPin+ΔPH (2)
其中ΔPin为系统运行、供水系统消耗的功率,ΔPH为制氢过程消耗的功率;
控制过程如下:
时,即风力发电系统(1)、光伏发电系统(2)和水力发电系统(3)的产生的功率大于制氢系统运行功率时,制氢系统额定功率运行,多余的功率通过变压器(7)送入电网(8)发电;
时,即风力发电系统(1)、光伏发电系统(2)和水力发电系统(3)的产生的功率小于等于制氢系统运行功率时,整个风光水联合制氢系统不并入电网(8),风力发电系统(1)、光伏发电系统(2)和水力发电系统(3)产生的功率全部用来制氢。
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