CN111834650B - 一种可再生能源制氢再发电系统及其安全控制方法 - Google Patents

一种可再生能源制氢再发电系统及其安全控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可再生能源制氢再发电系统及其安全控制方法，该安全控制方法中，若燃料电池模块中出现氢气泄露，则控制燃料电池模块中的防护措施执行相应动作；若氢气压力大于相应的阈值，则控制储氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制制氢模块降功率运行；若制氢模块中出现氢气泄露，则控制制氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制制氢模块停止运行；从而实现制氢模块、储氢模块和燃料电池模块均有各自的控制条件，即这三个模块之间无需同时停机，避免燃料电池模块中出现氢气泄露而导致制氢模块频繁启停，提高可再生能源制氢再发电系统的使用寿命。

Description

一种可再生能源制氢再发电系统及其安全控制方法
技术领域
本发明属于燃料电池动力系统技术领域，更具体的说，尤其涉及一种可再生能源制氢再发电系统及其安全控制方法。
背景技术
近年来随着环境问题的突出，氢能源因清洁无污染而受到广泛关注，也因此被认为是未来能源使用的终极形式；相应的，其上下游产业都得到了广泛的关注和应用。可再生能源电解水制氢技术因可以提供清洁无污染的氢能源，同时可以降低电解水制氢的成本，而被认为是未来最有潜力的制氢方式；另外，可再生能源制氢也是一种增加可再生能源消纳、提供调峰资源的重要途径。
燃料电池是氢能源利用的一种重要途径，可以应用在燃料电池汽车、重卡、轮船、航空航天等方面。目前全球很多国家的科研院所、企业已经致力于氢能源事业的发展。但是氢气密度小，易泄漏，属于易燃易爆类危化品，使得氢气应用的安全性能备受关注。
然而现有技术中，对于氢气泄露后的安全防护措施，通常是系统整体关机，而系统整体频繁启停，会降低系统的寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可再生能源制氢再发电系统及其安全控制方法，以避免系统整体频繁启停而带来的系统的寿命降低。
本发明第一方面公开了一种可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，所述可再生能源制氢再发电系统中包括：制氢模块、储氢模块和燃料电池模块，所述安全控制方法包括：
判断所述燃料电池模块中是否出现氢气泄露；
若所述燃料电池模块中出现氢气泄露，则控制所述燃料电池模块中的防护措施执行相应动作；
判断所述储氢模块中的氢气压力是否超过相应的阈值；
若所述氢气压力大于相应的阈值，则控制所述储氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制所述制氢模块降功率运行；
判断所述制氢模块中是否出现氢气泄露；
若所述制氢模块中出现氢气泄露，则控制所述制氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制所述制氢模块停止运行。
可选的，若所述燃料电池模块中出现氢气泄露，则控制所述燃料电池模块中的防护措施执行相应动作，包括：
当所述燃料电池模块中的氢气浓度大于等于第一安全阈值时，控制所述燃料电池模块中的防爆风机启动；
当所述燃料电池模块中的氢气浓度大于等于第二安全阈值时，控制为所述燃料电池模块提供氢气输入的进气主阀关闭；
其中，所述第二安全阈值大于所述第一安全阈值。
可选的，若所述燃料电池模块中出现氢气泄露，则还包括：
当所述燃料电池模块中的氢气浓度大于等于第一安全阈值时，输出相应预警显示信号；
当所述燃料电池模块中的氢气浓度大于等于第二安全阈值时，输出相应告警显示信号、以提示对所述燃料电池模块进行停机维护。
可选的，若所述氢气压力大于相应的阈值，则控制所述储氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制所述制氢模块降功率运行，包括：
当所述氢气压力大于等于第三安全阈值时，控制所述制氢模块降功率运行，并控制所述储氢模块中的泄压阀进行泄氢。
可选的，若所述氢气压力大于相应的阈值，则控制所述储氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制所述制氢模块降功率运行，包括：
当所述氢气压力大于等于第三安全阈值时，控制所述制氢模块降功率运行；
当所述氢气压力大于等于第四安全阈值时，控制所述储氢模块中的泄压阀进行泄氢；
其中，所述第四安全阈值大于等于所述第三安全阈值。
可选的，若所述氢气压力大于相应的阈值，则还包括：
当所述氢气压力大于等于所述第四安全阈值时，控制所述制氢模块停止运行。
可选的，若所述氢气压力大于相应的阈值，则还包括：
当所述氢气压力大于等于第三安全阈值，或者，大于等于第三安全阈值且小于等于第四安全阈值时，输出相应预警显示信号；
和/或，
当所述氢气压力大于等于第四安全阈值时，输出相应告警显示信号。
可选的，若所述制氢模块中出现氢气泄露，则控制所述制氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制所述制氢模块停止运行，包括：
当所述制氢模块中的氢气浓度大于等于第五安全阈值时，控制所述制氢模块中的防爆风机启动；
当所述制氢模块中的氢气浓度大于等于第六安全阈值时，控制所述制氢模块停止运行；
其中，所述第六安全阈值大于所述第五安全阈值。
可选的，若所述制氢模块中出现氢气泄露，则还包括：
当所述制氢模块中的氢气浓度大于等于第五安全阈值且小于等于第六安全阈值时，输出相应预警显示信号；
当所述制氢模块中的氢气浓度大于等于第六安全阈值时，输出相应告警显示信号、以提示对所述制氢模块进行停机维护。
本发明第二方面公开了一种可再生能源制氢再发电系统，包括：可再生能源模块、第一变换模块、制氢模块、储氢模块、燃料电池模块和能量管理系统；其中：
所述可再生能源模块的输出端与所述第一变换模块的输入端相连；
所述第一变换模块的输出端与所述制氢模块的输入端相连；
所述制氢模块的出气口与所述储氢模块的进气口之间通过管路连接；
所述储氢模块的第一出气口与所述燃料电池模块的进气口之间通过管路连接；
所述制氢模块、所述储氢模块和所述燃料电池模块均设置有相应的防护措施；
所述能量管理系统分别与所述储氢模块、所述制氢模块和所述燃料电池模块、所述第一变换模块及各个防护措施内的器件相连，且所述能量管理系统用于执行本发明第一方面任一所述的可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法。
可选的，所述燃料电池模块的防护措施包括：在所述燃料电池模块内设置的第二氢气泄露传感器和第二防爆风机，以及，在储氢模块的第一出气口与所述燃料电池模块的进气口之间设置的进气主阀；其中：
所述第二氢气泄露传感器的输出端和所述第二防爆风机的控制端，分别与所述能量管理系统相连，以使所述能量管理系统接收并依据所述第二氢气泄露传感器的检测信号，控制所述第二防爆风机动作；
所述进气主阀的控制端与所述能量管理系统相连，以使所述能量管理系统依据所述第二氢气泄露传感器的检测信号，控制所述进气主阀动作。
可选的，所述进气主阀设置于所述储氢模块的第一出气口与所述燃料电池模块的进气口之间的管路上；或者，设置于所述燃料电池模块的进气口处。
可选的，所述储氢模块的防护措施包括：在所述储氢模块内设置的压力传感器和在所述储氢模块的第二出气口处设置的泄压阀；
所述压力传感器的输出端和所述泄压阀的控制端，分别与所述能量管理系统相连，以使所述能量管理系统接收并依据所述压力传感器的检测信号，控制所述第一变换模块和/或所述泄压阀动作。
可选的，所述储氢模块的防护措施还包括：设置于所述泄压阀出气口处的阻火器。
可选的，所述制氢模块的防护措施包括：所述制氢模块内设置的第一氢气泄露传感器和第一防爆风机；其中：
所述第一氢气泄露传感器的输出端和所述第一防爆风机的控制端，分别与所述能量管理系统相连，以使所述能量管理系统接收所述第一氢气泄露传感器的检测信号，并依据所述第一氢气泄露传感器的检测信号控制所述第一变换模块和/或所述第一防爆风机动作。
可选的，还包括：第二变换模块，所述第二变换模块的一端与所述可再生能源模块的输出端相连，所述第二变换模块的另一端与电网相连。
可选的，所述可再生能源模块包括：风力发电系统和/或光伏发电系统；
在所述可再生能源模块包括所述风力发电系统时，所述第一变换模块包括与所述风力发电系统连接的AC/DC变换器，所述第二变换模块包括与所述风力发电系统连接的AC/AC变换器；
在所述可再生能源模块包括所述光伏发电系统时，所述第一变换模块包括与所述光伏发电系统连接的DC/DC变换器，所述第二变换模块包括与所述光伏发电系统连接的DC/AC变换器。
可选的，所述制氢模块中的电解槽包括：碱性水电解槽、质子交换膜电解槽和高温固体氧化物电解槽中的至少一种。
可选的，还包括：信息显示器；
所述信息显示器用于接收并显示所述能量管理系统输出的各个信号。
从上述技术方案可知，本发明提供的一种可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，若燃料电池模块中出现氢气泄露，则控制燃料电池模块中的防护措施执行相应动作；若氢气压力大于相应的阈值，则控制储氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制制氢模块降功率运行；若制氢模块中出现氢气泄露，则控制制氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制制氢模块停止运行；从而实现制氢模块、储氢模块和燃料电池模块均有各自的控制条件，即这三个模块之间无需同时停机，避免燃料电池模块中出现氢气泄露而导致制氢模块频繁启停，提高可再生能源制氢再发电系统的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种可再生能源制氢再发电系统的示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种可再生能源制氢再发电系统的示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种可再生能源制氢再发电系统的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明实施例提供了一种可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，以避免系统整体频繁启停而带来的系统的寿命降低。
参见图1，该可再生能源制氢再发电系统包括：可再生能源模块(如图1所示的可再生能源机组)、第一变换模块(如图1所示的功率变换器2)、制氢模块(如图1所示的电解水制氢模块)、储氢模块、燃料电池模块和能量管理系统。
可再生能源模块的输出端与第一变换模块的输入端相连；第一变换模块的输出端与制氢模块的输入端相连；制氢模块的出气口与储氢模块的进气口之间通过管路连接；储氢模块的第一出气口与燃料电池模块的进气口之间通过管路连接；制氢模块、储氢模块和燃料电池模块均设置有相应的防护措施；能量管理系统分别与储氢模块、制氢模块和燃料电池模块、第一变换模块及各个防护措施内的器件相连。其具体结构可参见下述实施例提供的可再生能源制氢再发电系统，在此不再一一赘述。
需要说明的是，由于制氢模块、储氢模块和燃料电池模块均设置有相应的防护措施，该各个防护措施能够检测自身状态，如制氢模块的防护措施检测制氢模块中的氢气浓度，储氢模块的防护措施检测储氢模块的氢气压力，燃料电池模块的防护措施检测燃料电池中的氢气浓度，而制氢模块中的氢气浓度、储氢模块的氢气压力和燃料电池中的氢气浓度均可以为后续判断提供判断依据。
参见图4，可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，包括实时执行的步骤S101、S103和S105，及三者的后续步骤；具体的：
S101、判断燃料电池模块中是否出现氢气泄露。
在实际应用中，本步骤S101的具体过程可以是：判断燃料电池模块中的氢气浓度是否大于相应阈值，如是否大于等于第一安全阈值，以及，是否大于第二安全阈值；第一安全阈值小于第二安全阈值。若燃料电池模块中的氢气浓度大于相应阈值，如大于等于第一安全阈值或第二安全阈值，则判定燃料电池模块中出现氢气泄露；如若燃料电池模块中的氢气浓度小于相应阈值，如小于第一安全阈值，则判定燃料电池模块中未出现氢气泄露。
若燃料电池模块中出现氢气泄露，则说明燃料电池模块存在安全风险、需要执行步骤S102。
S102、控制燃料电池模块中的防护措施执行相应动作。
在实际应用中，步骤S102的具体过程为：当燃料电池模块中的氢气浓度大于等于第一安全阈值时，控制燃料电池模块中的防爆风机启动；当燃料电池模块中的氢气浓度大于等于第二安全阈值时，控制为燃料电池模块提供氢气输入的进气主阀关闭。
需要说明的是，该第一安全阈值可以是燃料电池模块安全值的40％，该第二安全值可以是燃料电池模块安全值的90％。第一安全阈值和第二安全阈值的具体取值，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在实际应用中，若燃料电池模块中出现氢气泄露，则还可以包括：当燃料电池模块中的氢气浓度大于等于第一安全阈值且小于第二安全阈值时，该输出相应预警显示信号；当燃料电池模块中的氢气浓度大于等于第二安全阈值时，输出告警显示信号，以提示对燃料电池模块进行停机维护，以及查找氢气泄露源头等。
S103、判断储氢模块中的氢气压力是否超过相应的阈值。
在实际应用中，本步骤S103的具体过程可以是：判断储氢模块中的氢气压力是否大于等于第三安全阈值；若储氢模块中的氢气压力大于第三安全阈值，则判定储氢模块中的氢气压力超过相应的阈值；若储氢模块中的氢气压力小于第三安全阈值，则判定储氢模块中的氢气压力未超过相应的阈值。
或者，本步骤S103的具体过程还可以是：判断储氢模块中的氢气压力是否大于等于第三安全阈值，以及是否大于等于第四安全阈值；第三安全阈值小于等于第四安全阈值。若储氢模块中的氢气压力大于第三安全阈值或第四安全阈值，则判定储氢模块中的氢气压力超过相应的阈值；若储氢模块中的氢气压力小于第三安全阈值，则判定储氢模块中的氢气压力未超过相应的阈值。
若储氢模块中的氢气压力超过相应的阈值，则执行步骤S104。
S104、控制储氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制制氢模块降功率运行。
在实际应用中，本步骤S104的一种具体实施过程为：当氢气压力大于等于第三安全阈值时，控制制氢模块降功率运行，并控制储氢模块中的泄压阀进行泄氢。这种方案下，可以不必控制制氢模块停机。
本步骤S104的另外一种具体实施过程为：当氢气压力大于等于第三安全阈值时，控制制氢模块降功率运行，即控制第一变换模块为制氢模块提供的电能降低，如控制第一变换模块为制氢模块提供的电能降低至预设的最低标准，该预设的最低标准视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。当氢气压力大于等于第四安全阈值时，控制储氢模块中的泄压阀进行泄氢；具体的，向泄压阀发送管道泄压指令，以开启泄压阀，使其输气管和储氢模块连通，以排出储氢模块中的氢气。并且，当氢气压力大于等于第四安全阈值时，还可以控制制氢模块停止运行，如第一变换模块停止为制氢模块的供电。
其中，第四安全阈值大于等于第三安全阈值，在此，以第四安全阈值大于第三安全阈值进行说明，该第三安全阈值可以是储氢模块安全值的90％，该第四安全阈值可以是储氢模块安全值。第四安全阈值和第三安全阈值的具体取值在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在实际应用中，若氢气压力大于相应的阈值，则还可以包括：当氢气压力大于等于第三安全阈值，或者，大于等于第三安全阈值且小于第四安全阈值时，输出相应预警显示信号；和/或，当氢气压力大于等于第四安全阈值时，输出相应告警信号。
S105、判断制氢模块中是否出现氢气泄露。
在实际应用中，本步骤S105的具体过程可以是：判断制氢模块中的氢气浓度是否大于等于第五安全阈值，以及，是否大于等于第六安全阈值；第五安全阈值小于第六安全阈值。若制氢模块中的氢气浓度大于第五安全阈值或第六安全阈值，则判定储氢模块中出现氢气泄露；若制氢模块中的氢气浓度小于第五安全阈值，则判定储氢模块中未出现氢气泄露。
若制氢模块中出现氢气泄露；则执行步骤S106。
S106、控制制氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制所述制氢模块停止运行。
在实际应用中，本步骤S106的具体过程为：当制氢模块中的氢气浓度大于等于第五安全阈值时，控制制氢模块中的防爆风机启动；当制氢模块中的氢气浓度大于等于第六安全阈值时，控制制氢模块停止运行，如第一变换模块停止为制氢模块提供电能。
需要说明的是，该第五安全阈值可以是制氢模块安全值的40％，该第六安全阈值可以制氢模块安全值的90％。第五安全阈值和第六安全阈值的具体取值，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在实际应用中，若制氢模块中出现氢气泄露，则还可以包括：当制氢模块中的氢气浓度大于等于第五安全阈值且小于第六安全阈值时，输出相应预警显示信号，该能量管理系统还可以控制信息显示器进行预警；当制氢模块中的氢气浓度大于等于第六安全阈值时，输出相应告警信号，以提示对制氢模块进行停机维护。
上述燃料电池模块安全值、储能模块安全值和制氢模块安全值可以相同，也可以不同，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。燃料电池模块安全值、储能模块安全值和制氢模块安全值具体是可再生能源制氢再发电系统自身所决定的，比如可以是氢气浓度达到1％，其具体取值在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内；这三个安全值可以是预先存储在能量管理系统中，其具体存储位置在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。上述各个安全值的40％是国标规定的，在上述各个安全值是氢气浓度达到1％的情况下，安全值的40％即为氢气浓度达到0.4％。
需要说明的是，步骤S101、步骤S103和步骤S105的顺序可以是任意的，也即步骤S101、步骤S103和步骤S105可以先后执行，也可以同时执行，图4以同时进行为例，在此不做具体限定，均在本申请的保护范围内。实际应用中，步骤S101、步骤S103和步骤S105可以均是实时进行的，也可以分别具有自己的执行周期。
实际应用过程中，若燃料电池模块内出现氢气泄露，则根据上述过程可以得到：燃料电池模块氢气浓度上升，首先会导致燃料电池模块防爆排风；若氢气泄露情况继续恶化，则将导致进气主阀关闭、燃料电池模块停止接收氢气；制氢模块持续产氢，势必导致储氢模块压力升高；储氢模块的压力升高，会通过降低制氢模块的功率、预警的方式缓解；如果燃料电池模块长时间不重新开启，才会开启泄压阀、关闭制氢模块，但是这种关闭不是频繁的，可以保护制氢模块的寿命。也即，本实施例将现有技术中的系统整体停机改变成了上述安全控制的联锁过程，使得燃料电池停机不会直接导致制氢模块停机，避免制氢模块频繁停机，因此减少对制氢模块寿命的影响。
在本实施例中，可再生能源模块的电能直接用于制氢，降低了电力多次转换造成的能量损失和设备成本的增加；并且，制氢模块、储氢模块和燃料电池模块均有各自的控制条件，即这三个模块之间无需同时停机，避免这三个模块频繁启停，即燃料电池模块中因为氢气浓度上升而停机时，不会直接导致制氢模块停机，从而避免制氢模块频繁启停，提高可再生能源制氢再发电系统的使用寿命。
本发明实施例还提供了一种可再生能源制氢再发电系统，参见图1，包括：可再生能源模块(如图1所示的可能生能源机组)、第一变换模块(如图1所示的功率变换器2)、制氢模块(如图1所示的电解水制氢模块)、储氢模块、燃料电池模块和能量管理系统；其中：
可再生能源模块的输出端与第一变换模块的输入端相连；第一变换模块的输出端与制氢模块的输入端相连；即该第一变换模块将可再生能源系统产生的电源转化为直流电源，使得该可再生能源模块通过该第一变换模块向该制氢模块输出电能。
该制氢模块为电解水制氢模块，该制氢模块中的电解槽包括：碱性水电解槽、质子交换膜电解槽和高温固体氧化物电解槽中的至少一种；具体的，该电解槽可以是碱性水电解槽、质子交换膜电解槽或高温固体氧化物电解槽等，也可以是其中两种或几种的组合，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在实际应用中，该可再生能源模块包括：风力发电系统和/或光伏发电系统；相应的，在该可再生能源模块包括风力发电系统时，该第一变换模块包括与风力发电系统连接的AC/DC变换器，即该风力发电系统通过该AC/DC变换器向该制氢模块输出直流电能(如图3所示)。在可再生能源模块包括光伏发电系统时，第一变换模块包括与光伏发电系统连接的DC/DC变换器，即该光伏发电系统通过该DC/DC变换器向该制氢模块输出直流电能(如图2所示)。制氢模块通过前级的第一变换模块获得直流电能后，进行制氢。
实际应用中，该可再生能源制氢再发电系统，还包括：第二变换模块(如图1所示的功率变换器1)。该第二变换模块的一端与该可再生能源模块的输出端相连，该第二变换模块的另一端与电网相连，即该第二变换模块将可再生能源模块产生的电能转化成交流电，并入电网。
在实际应用中，在该可再生能源模块包括的系统不同时，相应的，第二变换模块也不同；具体的，在该可再生能源模块包括风力发电系统时，该第二变换模块包括与风力发电系统连接的AC/AC变换器(如图3所示的变流器)，即该风力发电系统通过该AC/AC变换器向电网输出电能。在可再生能源模块包括光伏发电系统时，第二变换模块包括与光伏发电系统连接的DC/AC变换器(如图2所示的逆变器)，即该光伏发电系统通过该DC/AC变换器向电网输出交流电能。
制氢模块的出气口与储氢模块的进气口之间通过管路连接；即制氢模块将自身产生的氢气传输至储氢模块，该储氢模块存储氢气。实际应用中，还应该设置储氧模块，用于存储制氢模块生成的氧气。也即，制氢模块应该具有两种出气口，分别输出氢气和氧气。
储氢模块的第一出气口与燃料电池模块的进气口之间通过管路连接；即储氢模块的第一出气口将氢气传输至燃料电池模块，该燃料电池模块将该氢气转化为电能，即燃料电池模块实现氢气和氧气反应发电的功能。
在实际应用中，氧气不是易燃物质，只是助燃物质，因此在没有易燃物质下，氧气浓度很高也不会造成安全事故，即无需对储氧模块进行检测；而氢气是易燃物质，其浓度过高会造成安全事故，因此需要对其浓度进行检测，以避免安全事故的发生。本实施例中，为了实现对于制氢、用氢一体化的可再生能源制氢再发电系统的安全监测，上述制氢模块、上述储氢模块和上述燃料电池模块均设置有相应的防护措施。
能量管理系统分别与制氢模块、储氢模块、燃料电池模块、第一变换模块以及各个防护措施内的器件相连；各个防护措施内即包括监测设备又包括执行设备，使得该能量管理系统可以分别接收该储氢模块、该制氢模块和该燃料电池模块的检测信号，并依据相应的检测信号，执行上述实施例提供的可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法；该可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法的具体过程和工作原理，详情参见上述实施例，在此不再一一赘述。
需要说明的是，该能量管理系统执行上述实施例提供的可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，进而确保该可再生能源制氢再发电系统中的氢气浓度和/或氢气压力在相应的安全范围内；即能量管理系统实现可再生能源制氢再发电系统中关键数据的收集和运行控制的作用，当然也还可以实现故障上报的作用。
该制氢模块、该储氢模块和该燃料电池模块的防护措施不同，在此分别对制氢模块的防护措施、储氢模块的防护措施和燃料电池模块的防护措施，进行具体说明。
(1)燃料电池模块的防护措施包括：在燃料电池模块内设置的第二氢气泄露传感器(如图1-图3所示的氢气泄露传感器2)和第二防爆风机(如图1-图3所示的防爆风机2)，以及，储氢模块的第一出气口与燃料电池模块的进气口之间设置的进气主阀(如图1-图3所示的燃料电池进气主阀)；其中：
该第二氢气泄露传感器和该第二防爆风机均与该能量管理系统相连，具体的，该第二氢气泄露传感器与能量管理系统通信连接，第二防爆风机与能量管理系统电连接；该能量管理系统接收并依据第二氢气泄露传感器的检测信号，控制第二防爆风机动作。该进气主阀的控制端与能量管理系统相连，以使能量管理系统依据第二氢气泄露传感器的检测信号，控制进气主阀动作。
该第二氢气泄露传感器的检测信号为燃料电池模块内的氢气浓度。
具体的，该进气主阀可以设置于储氢模块的第一出气口与燃料电池模块的进气口之间的管路上；该进气主阀也可以设置于燃料电池模块的进气口处；在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
该进气主阀用于控制燃料电池模块的氢气进气流量，即可依据需要调整储氢模块向燃料电池模块传输氢气的流量；流量越大，储氢模块内的氢气压力越小，需要说明的是，该进气主阀关闭会导致储氢模块的氢气压力快速上升。
(2)储氢模块的防护措施包括：在储氢模块内设置的压力传感器(如图1-图3所示的储氢瓶压力传感器)和在储氢模块的第二出气口处设置的泄压阀(如图1-图3所示的PRD泄压阀)；该压力传感器与该能量管理系统通信相连；能量管理系统接收并依据压力传感器的检测信号，控制第一变换模块和/或泄压阀动作。
该压力传感器检测该储氢模块内的氢气压力，即该压力传感器检测信号为该储氢模块内的氢气压力。具体的，在泄压阀打开时，该储氢模块中的氢气通过该泄压阀排出，进而实现降低储氢系统内的气体压强降低。该泄压阀可以是PRD泄压阀，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在实际应用中，储氢模块的防护措施还可以包括：设置于泄压阀出气口处的阻火器。该阻火器是为了保证氢气排出的安全性，防止氢气排出因静电等原因起火，然后发生回火，影响储氢模块的安全性。
(3)制氢模块的防护措施包括：制氢模块内设置有第一氢气泄露传感器(如图1-图3所示的氢气泄露传感器1)和第一防爆风机(如图1-图3所示的防爆风机1)；该第一氢气泄露传感器和该第一防爆风机均与该能量管理系统相连，具体的，该第一氢气泄露传感器与能量管理系统通信连接，第一防爆风机与能量管理系统电连接；该能量管理系统接收第一氢气泄露传感器的检测信号，并依据第一氢气泄露传感器的检测信号控制第一变换模块和/或第一防爆风机动作。
该第一氢气泄露传感器的检测信号为该制氢模块内的氢气浓度。
综上，能量管理系统可以检测制氢模块的第一氢气泄露传感器和燃料电池模块的中第二氢气泄露传感器，以及，储氢模块的压力传感器的检测信号，并控制第一防爆风机、第二防爆风机、进气主阀、泄压阀、第一变换模块和第二变换模块动作。
实际应用中，该可再生能源制氢再发电系统，还可以包括：信息显示器。
该信息显示器用于接收并显示能量管理系统输出的各个信号，如预警电视信号和告警显示信号；该信息显示器还可以显示制氢模块中的氢气浓度、料电池模块中的氢气浓度和储氢模块中的氢气压力等参数，这些参数可以是有能量管理系统接收到之后，再转发至信息显示器，也可以是各个模块将相应的参数发送至该信息显示器，如信息显示器通过制氢模块接收并显示该制氢模块中的氢气浓度、通过燃料电池模块接收并显示燃料电池模块中的氢气浓度，以及，通过储氢模块接收并显示储氢模块中的氢气压力；在此不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。需要说明的是，该信息显示器可以是集成于该能量管理系统中(如图1-图3所示)，也可以是独立于该可再生能源制氢再发电系统(未进行图示)，其具体存在形式，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
值得说明的是，现有技术中燃料电池所用的氢气多数是外购得到，然而目前已有的可再生能源制氢电站多数建设在偏远地区，制备的氢气需要经过远距离运输，氢气运输成本不可小觑；尤其是对于部分固定式燃料电池发电系统，如通讯基站，大型热电联产等，氢气的运输成本高昂。
而本实施例提供的该可再生能源制氢再发电系统，由可再生能源模块通过第一变换模块为制氢模块提供电能，该制氢模块向储氢模块输出氢气，以及该储氢模块为燃料电池模块提供氢气，该燃料电池模块依据氢气进行发电，使得该可再生能源制氢再发电系统能够实现“电—气—电”这样的能源转化，也即实现了可再生能源就地消纳，获得清洁的氢源，还可以实现了氢气制备和氢气应用一体化，降低氢气的运算成本和应用成本。
在本实施例中，氢气的制备、储存、应用集成在一套系统中，只需要设计一套安全控制系统，系统之间实现联锁，保证氢气制备、储存和利用的安全性，同时降低安全系统设计成本。
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (19)

1.一种可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，其特征在于，所述可再生能源制氢再发电系统中包括：制氢模块、储氢模块和燃料电池模块，所述安全控制方法包括：
判断所述燃料电池模块中是否出现氢气泄露；
若所述燃料电池模块中出现氢气泄露，则控制所述燃料电池模块中的防护措施执行相应动作；
判断所述储氢模块中的氢气压力是否超过相应的阈值；
若所述氢气压力大于相应的阈值，则控制所述储氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制所述制氢模块降功率运行；
判断所述制氢模块中是否出现氢气泄露；
若所述制氢模块中出现氢气泄露，则控制所述制氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制所述制氢模块停止运行。
2.根据权利要求1所述的可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，其特征在于，若所述燃料电池模块中出现氢气泄露，则控制所述燃料电池模块中的防护措施执行相应动作，包括：
当所述燃料电池模块中的氢气浓度大于等于第一安全阈值时，控制所述燃料电池模块中的防爆风机启动；
当所述燃料电池模块中的氢气浓度大于等于第二安全阈值时，控制为所述燃料电池模块提供氢气输入的进气主阀关闭；
其中，所述第二安全阈值大于所述第一安全阈值。
3.根据权利要求2所述的可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，其特征在于，若所述燃料电池模块中出现氢气泄露，则还包括：
当所述燃料电池模块中的氢气浓度大于等于第一安全阈值且小于第二安全阈值时，输出相应预警显示信号；
当所述燃料电池模块中的氢气浓度大于等于第二安全阈值时，输出相应告警显示信号、以提示对所述燃料电池模块进行停机维护。
4.根据权利要求1所述的可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，其特征在于，若所述氢气压力大于相应的阈值，则控制所述储氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制所述制氢模块降功率运行，包括：
当所述氢气压力大于等于第三安全阈值时，控制所述制氢模块降功率运行，并控制所述储氢模块中的泄压阀进行泄氢。
5.根据权利要求1所述的可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，其特征在于，若所述氢气压力大于相应的阈值，则控制所述储氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制所述制氢模块降功率运行，包括：
当所述氢气压力大于等于第三安全阈值时，控制所述制氢模块降功率运行；
当所述氢气压力大于等于第四安全阈值时，控制所述储氢模块中的泄压阀进行泄氢；
其中，所述第四安全阈值大于等于所述第三安全阈值。
6.根据权利要求5所述的可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，其特征在于，若所述氢气压力大于相应的阈值，则还包括：
当所述氢气压力大于等于所述第四安全阈值时，控制所述制氢模块停止运行。
7.根据权利要求4-6任一所述的可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，其特征在于，若所述氢气压力大于相应的阈值，则还包括：
当所述氢气压力大于等于第三安全阈值，或者，大于等于第三安全阈值且小于第四安全阈值时，输出相应预警显示信号；
和/或，
当所述氢气压力大于等于第四安全阈值时，输出相应告警显示信号。
8.根据权利要求1所述的可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，其特征在于，若所述制氢模块中出现氢气泄露，则控制所述制氢模块中的防护措施执行相应动作，和/或，控制所述制氢模块停止运行，包括：
当所述制氢模块中的氢气浓度大于等于第五安全阈值时，控制所述制氢模块中的防爆风机启动；
当所述制氢模块中的氢气浓度大于等于第六安全阈值时，控制所述制氢模块停止运行；
其中，所述第六安全阈值大于所述第五安全阈值。
9.根据权利要求8所述的可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法，其特征在于，若所述制氢模块中出现氢气泄露，则还包括：
当所述制氢模块中的氢气浓度大于等于第五安全阈值且小于第六安全阈值时，输出相应预警显示信号；
当所述制氢模块中的氢气浓度大于等于第六安全阈值时，输出相应告警显示信号、以提示对所述制氢模块进行停机维护。
10.一种可再生能源制氢再发电系统，其特征在于，包括：可再生能源模块、第一变换模块、制氢模块、储氢模块、燃料电池模块和能量管理系统；其中：
所述可再生能源模块的输出端与所述第一变换模块的输入端相连；
所述第一变换模块的输出端与所述制氢模块的输入端相连；
所述制氢模块的出气口与所述储氢模块的进气口之间通过管路连接；
所述储氢模块的第一出气口与所述燃料电池模块的进气口之间通过管路连接；
所述制氢模块、所述储氢模块和所述燃料电池模块均设置有相应的防护措施；
所述能量管理系统分别与所述储氢模块、所述制氢模块和所述燃料电池模块、所述第一变换模块及各个防护措施内的器件相连；且所述能量管理系统用于执行如权利要求1-9任一所述的可再生能源制氢再发电系统的安全控制方法。
11.根据权利要求10所述的可再生能源制氢再发电系统，其特征在于，所述燃料电池模块的防护措施包括：在所述燃料电池模块内设置的第二氢气泄露传感器和第二防爆风机，以及，在储氢模块的第一出气口与所述燃料电池模块的进气口之间设置的进气主阀；其中：
所述第二氢气泄露传感器的输出端和所述第二防爆风机的控制端，分别与所述能量管理系统相连，以使所述能量管理系统接收并依据所述第二氢气泄露传感器的检测信号，控制所述第二防爆风机动作；
所述进气主阀的控制端与所述能量管理系统相连，以使所述能量管理系统依据所述第二氢气泄露传感器的检测信号，控制所述进气主阀动作。
12.根据权利要求11所述的可再生能源制氢再发电系统，其特征在于，所述进气主阀设置于所述储氢模块的第一出气口与所述燃料电池模块的进气口之间的管路上；或者，设置于所述燃料电池模块的进气口处。
13.根据权利要求10所述的可再生能源制氢再发电系统，其特征在于，所述储氢模块的防护措施包括：在所述储氢模块内设置的压力传感器和在所述储氢模块的第二出气口处设置的泄压阀；
所述压力传感器的输出端和所述泄压阀的控制端，分别与所述能量管理系统相连，以使所述能量管理系统接收并依据所述压力传感器的检测信号，控制所述第一变换模块和/或所述泄压阀动作。
14.根据权利要求13所述的可再生能源制氢再发电系统，其特征在于，所述储氢模块的防护措施还包括：设置于所述泄压阀出气口处的阻火器。
15.根据权利要求10所述的可再生能源制氢再发电系统，其特征在于，所述制氢模块的防护措施包括：所述制氢模块内设置的第一氢气泄露传感器和第一防爆风机；其中：
所述第一氢气泄露传感器的输出端和所述第一防爆风机的控制端，分别与所述能量管理系统相连，以使所述能量管理系统接收所述第一氢气泄露传感器的检测信号，并依据所述第一氢气泄露传感器的检测信号控制所述第一变换模块和/或所述第一防爆风机动作。
16.根据权利要求10-15任一所述的可再生能源制氢再发电系统，其特征在于，还包括：第二变换模块，所述第二变换模块的一端与所述可再生能源模块的输出端相连，所述第二变换模块的另一端与电网相连。
17.根据权利要求16所述的可再生能源制氢再发电系统，其特征在于，所述可再生能源模块包括：风力发电系统和/或光伏发电系统；
在所述可再生能源模块包括所述风力发电系统时，所述第一变换模块包括与所述风力发电系统连接的AC/DC变换器，所述第二变换模块包括与所述风力发电系统连接的AC/AC变换器；
在所述可再生能源模块包括所述光伏发电系统时，所述第一变换模块包括与所述光伏发电系统连接的DC/DC变换器，所述第二变换模块包括与所述光伏发电系统连接的DC/AC变换器。
18.根据权利要求10-15任一所述的可再生能源制氢再发电系统，其特征在于，所述制氢模块中的电解槽包括：碱性水电解槽、质子交换膜电解槽和高温固体氧化物电解槽中的至少一种。
19.根据权利要求10-15任一所述的可再生能源制氢再发电系统，其特征在于，还包括：信息显示器；
所述信息显示器用于接收并显示所述能量管理系统输出的各个信号。
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