CN113309986B - 一种供氢方法、供氢装置及供氢系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种供氢方法、供氢装置及供氢系统，控制器获取制氢装置的当前制氢流量、氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量，基于当前制氢流量与用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及当前氢气剩余量与氢气缓冲罐的最小有效储氢量和第一储氢量的大小关系，控制当前氢气输出量的大小。本发明通过增加氢气缓冲罐来对制氢装置输入的波动氢气流量进行储存，通过对氢气缓冲罐的储氢容量进行设计，同时，控制器基于制氢装置的当前制氢流量、氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量，控制氢气缓冲罐实时输出的氢气输出量，使得制氢装置在变功率运行工况下为用氢装置提供在预设时间段内持续的氢气输出。

Description

一种供氢方法、供氢装置及供氢系统
技术领域
本发明涉及供氢技术领域，更具体的说，涉及一种供氢方法、供氢装置及供氢系统。
背景技术
现有的供氢系统中，当采用可再生能源与水电解制氢装置进行耦合制氢时，由于可再生能源的发电波动性，如图1(a)所示的光伏发电曲线和图1(b)所示的风电发电曲线，使得水电解制氢装置工作在变功率工况，因此导致从制氢装置产出的氢气流量也处于波动状态，如图2所示的产氢量变化曲线图，在一天当中，在光伏或风电不发电时段的氢气流量为0，此时，产氢量变化曲线为图2中示出的直线部分。
然而，氢气流量的波动对于后端用氢装置而言，有时无法满足用氢装置的连续运行需求，特别是对于用氢装置为化工装置的情况。一般情况下，化工行业的用氢装置都在额定负荷状态下连续运行，用氢装置的操作弹性通常为用氢装置在额定负荷工况下的氢气流量需求值的20％～100％左右，当氢气无法满足用氢装置的连续运行需求时，用氢装置可能面临停车，而开停车对用氢装置的影响较大，并且，用氢装置在开停车阶段发生安全事故的风险也会增加。
发明内容
有鉴于此，本发明公开一种供氢方法、供氢装置及供氢系统，以实现制氢装置在变功率运行工况下为后端的用氢装置提供在预设时间段内持续的氢气输出，从而满足用氢装置的运行需求。
一种供氢方法，应用于供氢系统中的控制器，所述控制器分别连接氢气缓冲罐以及所述氢气缓冲罐的氢气输入端和氢气输出端，所述氢气输入端连接制氢装置，所述氢气输出端连接用氢装置，所述氢气缓冲罐中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，所述供氢方法包括：
获取所述制氢装置的当前制氢流量、所述氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量；
基于目标数据控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小；
其中，所述目标数据包括：所述当前制氢流量与所述用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及所述当前氢气剩余量与预先确定的所述氢气缓冲罐的最小有效储氢量和所述第一储氢量的大小关系；
所述最小有效储氢量基于所述第一储氢量确定，所述第一储氢量在所述用氢装置按照所述最小氢气流量需求值运行的情况下确定。
可选的，所述基于目标数据控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小，具体包括：
当所述当前制氢流量不大于所述最小氢气流量需求值，且所述当前氢气剩余量不大于所述第一储氢量时，控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小为所述最小氢气流量需求值。
可选的，所述基于目标数据控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小，具体包括：
当所述当前制氢流量不小于所述最大氢气流量需求值，且所述当前氢气剩余量不小于所述第一储氢量且不大于所述最小有效储氢量时，控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小为所述最大氢气流量需求值。
可选的，所述基于目标数据控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小，具体包括：
当所述当前制氢流量位于所述最小氢气流量需求值和所述最大氢气流量需求值之间时，以所述第一储氢量作为目标值，控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小为目标氢气流量，且所述当前氢气剩余量与所述第一储氢量之间的差值绝对值小于差值阈值；
其中，所述目标氢气流量不小于所述最小氢气流量需求值且不大于所述最大氢气流量需求值。
可选的，所述第一储氢量的获取过程包括：
根据可再生能源发电装置的输出功率，以及所述制氢装置的制氢流量随可再生能源发电装置的输出功率变化的波动工况，确定所述制氢装置的实际累计制氢量不大于所述用氢装置连续运行所述最小氢气流量需求值时的最长时间间隔，记为第一最长时间间隔；
根据所述制氢装置在所述第一最长时间间隔的实际累计制氢量与所述用氢装置的第一基准累计用氢量的差值绝对值的最大值，确定所述氢气缓冲罐的所述第一储氢量，其中，所述第一基准累计用氢量为：所述用氢装置按照所述最小氢气流量需求值连续运行所述第一最长时间间隔得到的。
可选的，所述第一最长时间间隔T1满足如下公式：
Figure BDA0003084883310000031
式中，Q为所述制氢装置的实时制氢量，q1为所述所述最小氢气流量需求值。
可选的，所述第一储氢量V1满足如下公式：
Figure BDA0003084883310000032
式中，Q为所述制氢装置的实时制氢量，q1为所述所述最小氢气流量需求值。
可选的，所述最小有效储氢量的获取过程包括：
获取所述第一储氢量；
获取第二储氢量；
将所述第一储氢量和所述第二储氢量求和，得到总储氢量；
根据所述总储氢量确定所述最小有效储氢量，所述最小有效储氢量不小于所述总储氢量；
其中，所述第二储氢量为根据所述制氢装置在第二最长时间间隔的实际累计制氢量与所述用氢装置的第二基准累计用氢量的差值绝对值的最大值确定的，所述第二基准累计用氢量为：所述用氢装置按照所述最大氢气流量需求值连续运行所述第二最长时间间隔得到的；
所述第二最长时间间隔为：根据所述可再生能源发电装置的输出功率，以及所述制氢装置的制氢流量随所述可再生能源发电装置的输出功率变化的波动工况，确定所述制氢装置的实际累计制氢量不小于所述用氢装置连续运行所述最大氢气流量需求值时的最长时间间隔。
可选的，所述第二最长时间间隔T2满足如下公式：
Figure BDA0003084883310000041
式中，Q为所述制氢装置的实时制氢量，q2为所述所述最大氢气流量需求值。
10、根据权利要求8所述的供氢方法，其特征在于，所述第二储氢量V2满足如下公式：
Figure BDA0003084883310000042
式中，Q为所述制氢装置的实时制氢量，q2为所述所述最大氢气流量需求值。
可选的，所述最小氢气流量需求值和所述最大氢气流量需求值均基于所述用氢装置在额定负荷工况下的目标氢气流量需求值确定，所述目标氢气流量需求值小于所述制氢装置的最大制氢流量。
一种供氢装置，应用于供氢系统中的控制器，所述控制器分别连接氢气缓冲罐以及所述氢气缓冲罐的氢气输入端和氢气输出端，所述氢气输入端连接制氢装置，所述氢气输出端连接用氢装置，所述氢气缓冲罐中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，所述供氢装置包括：
获取单元，用于获取所述制氢装置的当前制氢流量、所述氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量；
控制单元，用于基于目标数据控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小；
其中，所述目标数据包括：所述当前制氢流量与所述用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及所述当前氢气剩余量与预先确定的所述氢气缓冲罐的最小有效储氢量和所述第一储氢量的大小关系；
所述最小有效储氢量基于所述第一储氢量确定，所述第一储氢量在所述用氢装置按照所述最小氢气流量需求值运行的情况下确定。
一种供氢系统，包括：可再生能源发电装置、功率变换装置、制氢装置、氢气缓冲罐以及控制器，所述控制器包括权利要求12所述的供氢装置；
所述可再生能源发电装置用于产生电力；
所述功率变换装置分别与所述可再生能源发电装置的输出端和所述制氢装置的供电端连接，用于将所述可再生能源发电装置产生的电力转换为所述制氢装置所需的电力，并将转换得到的电力输出至所述制氢装置的供电端；
所述氢气缓冲罐的氢气输入端连接所述制氢装置的输出端，所述氢气缓冲罐的氢气输出端连接用氢装置，所述氢气缓冲罐用于将所述制氢装置输入的波动氢气流量进行储存，以为所述用氢装置提供在预设时间段内持续的氢气输出，其中，所述氢气缓冲罐中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，所述第一储氢量在所述用氢装置按照最小氢气流量需求值运行的情况下确定；
所述控制器分别连接所述氢气缓冲罐、所述氢气输入端和所述氢气输出端。
可选的，所述氢气缓冲罐包括一台氢气缓冲子罐或多台所述氢气缓冲子罐，每台所述氢气缓冲子罐的储罐结构为立式储罐、卧式储罐和球形储罐中的任意一种。
可选的，所述供氢系统还包括：氢气提纯装置；
所述氢气提纯装置设置在所述氢气缓冲罐和所述用氢装置之间，用于对所述氢气缓冲罐输出的氢气进行提纯得到纯净氢气，并将所述纯净氢气输出至所述用氢装置。
可选的，所述制氢装置包括碱性水制氢装置和/或质子交换膜水电解装置。
从上述的技术方案可知，本发明公开了一种供氢方法、供氢装置及供氢系统，控制器获取制氢装置的当前制氢流量、氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量，基于当前制氢流量与用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及当前氢气剩余量与预先确定的氢气缓冲罐的最小有效储氢量和第一储氢量的大小关系，控制氢气输出端输出的当前氢气输出量的大小。本发明通过在制氢装置和用氢装置之间增加氢气缓冲罐，来对制氢装置输入的波动氢气流量进行储存，通过对氢气缓冲罐的储氢容量进行设计，限定氢气缓冲罐中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，该第一储氢量在用氢装置按照最小氢气流量需求值运行的情况下确定的，同时，控制器基于制氢装置的当前制氢流量、氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量，控制氢气缓冲罐实时输出的氢气输出量，因此，本发明可以使得制氢装置在变功率运行工况下为后端的用氢装置提供在预设时间段内持续的氢气输出，从而满足用氢装置在额定负荷状态的运行需求。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据公开的附图获得其他的附图。
图1(a)为光伏发电曲线图；
图1(b)为风电发电曲线图；
图2为产氢量变化曲线图；
图3为本发明实施例公开的一种供氢系统的结构示意图；
图4为本发明实施例公开的另一种供氢系统的结构示意图；
图5为本发明实施例公开的一种供氢方法流程图；
图6为本发明实施例公开的一种水电解制氢装置的产氢流量曲线图；
图7为本发明实施例公开的另一种水电解制氢装置的产氢流量曲线图；
图8为本发明实施例公开的另一种水电解制氢装置的产氢流量曲线图；
图9为本发明实施例公开的一种全年氢气缓冲罐内缓冲氢气量曲线图；
图10为本发明实施例公开的一种氢气输出流量曲线图；
图11为本发明实施例公开的一种可再生能源制氢不间断供氢示意曲线图；
图12为本发明实施例公开的一种供氢装置的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明实施例公开了一种供氢方法、供氢装置及供氢系统，控制器获取制氢装置的当前制氢流量、氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量，基于当前制氢流量与用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及当前氢气剩余量与预先确定的氢气缓冲罐的最小有效储氢量和第一储氢量的大小关系，控制氢气输出端输出的当前氢气输出量的大小。本发明通过在制氢装置和用氢装置之间增加氢气缓冲罐，来对制氢装置输入的波动氢气流量进行储存，通过对氢气缓冲罐的储氢容量进行设计，限定氢气缓冲罐中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，该第一储氢量在用氢装置按照最小氢气流量需求值运行的情况下确定的，同时，控制器基于制氢装置的当前制氢流量、氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量，控制氢气缓冲罐实时输出的氢气输出量，因此，本发明可以使得制氢装置在变功率运行工况下为后端的用氢装置提供在预设时间段内持续的氢气输出，从而满足用氢装置的运行需求。
参见图3，本发明实施例公开的一种供氢系统的结构示意图，供氢系统包括：可再生能源发电装置11、功率变换装置12、制氢装置13、氢气缓冲罐14以及控制器15。
其中：
可再生能源发电装置11用于产生电力。
在实际应用中，可再生能源发电装置11可以为光伏发电装置和风力发电装置中的任意一种或两者的结合。
所述功率变换装置12分别与所述可再生能源发电装置11的输出端和所述制氢装置13的供电端连接，用于将所述可再生能源发电装置11产生的电力转换为所述制氢装置13所需的电力，并将转换得到的电力输出至所述制氢装置13的供电端。
较优的，制氢装置13可以为水电解制氢装置，可以为碱性水电解制氢装置和/或质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)水电解制氢装置中的任意一种，或两者的结合。
所述氢气缓冲罐14的氢气输入端连接所述制氢装置13的输出端，所述氢气缓冲罐的氢气输出端连接用氢装置，所述氢气缓冲罐14用于将所述制氢装置13输入的波动氢气流量进行储存，以为所述用氢装置提供在预设时间段内持续的氢气输出。
在实际应用中，氢气缓冲罐14包括一台氢气缓冲子罐或多台所述氢气缓冲子罐，每台所述氢气缓冲子罐的储罐结构可根据缓存的氢气容量选择为立式储罐、卧式储罐和球形储罐中的任意一种。氢气缓冲罐14可以根据实际氢气存储需要配置氢气压缩机，通过氢气压缩机将制氢装置13输入的波动氢气流量增压后存储在氢气缓冲罐14中，以为后端用氢装置提供在预设时间段内持续的氢气输出。
需要说明的是，氢气缓冲罐14中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，所述第一储氢量在用氢装置按照最小氢气流量需求值运行的情况下确定。
控制器15分别连接氢气缓冲罐14以及氢气缓冲罐14的氢气输入端和氢气输出端，控制器15用于获取所述制氢装置13的当前制氢流量、所述氢气缓冲罐14内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量；基于目标数据控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小。
本实施例中，目标数据包括：所述当前制氢流量与所述用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及所述当前氢气剩余量与预先确定的所述氢气缓冲罐14的最小有效储氢量和所述第一储氢量的大小关系，所述最小有效储氢量基于所述第一储氢量确定。
在实际应用中，可以在制氢装置13和氢气缓冲罐14的氢气输入端之间设置一个流量计FE，控制器15通过流量计获取制氢装置13的当前制氢流量。可以在氢气缓冲罐14的氢气输出端设置调节阀，控制器15与调节阀连接，控制器15通过控制调节阀的开度调节当前氢气输出量的大小。
需要特别说明的是，图3所示实施例中，可再生能源发电装置11向制氢装置13供电的线路仅用来示意，在实际应用中可以有多种组合方式，比如光伏-DC/DC-制氢装置、光伏-DC/AC-AC/DC-制氢装置、风电-AC/DC-制氢装置、风电-AC/AC-AC/DC-制氢装置、(光伏-DC/DC)+(风电-AC/DC)-共直流母线-制氢装置、(光伏-DC/AC)+(风电-AC/AC)-共交流母线-制氢装置，等等。
综上可知，本发明公开了一种供氢系统，包括：可再生能源发电装置11、功率变换装置12、制氢装置13、氢气缓冲罐14以及控制器15，功率变换装置12将可再生能源发电装置11产生的电力转换为制氢装置13所需的电力，并输出至制氢装置13的供电端，氢气缓冲罐14对制氢装置13输入的波动氢气流量进行储存，以为用氢装置提供在预设时间段内持续的氢气输出，控制器15获取制氢装置13的当前制氢流量、氢气缓冲罐14内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量，基于当前制氢流量与用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及当前氢气剩余量与预先确定的氢气缓冲罐14的最小有效储氢量和第一储氢量的大小关系，控制氢气输出端输出的当前氢气输出量的大小。本发明通过在制氢装置13和用氢装置之间增加氢气缓冲罐14，来对制氢装置13输入的波动氢气流量进行储存，通过对氢气缓冲罐14的储氢容量进行设计，限定氢气缓冲罐14中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，该第一储氢量在用氢装置按照最小氢气流量需求值运行的情况下确定的，同时，控制器15基于制氢装置13的当前制氢流量、氢气缓冲罐14内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量，控制氢气缓冲罐14实时输出的氢气输出量，因此，本发明可以使得制氢装置13在变功率运行工况下为后端的用氢装置提供在预设时间段内持续的氢气输出，从而满足用氢装置的运行需求。
针对后续用氢装置可以非连续供氢的工况，参见图4，本发明另一实施例公开的一种供氢系统的结构示意图，在图3所示实施例的基础上，供氢系统还可以包括：氢气提纯装置16；
氢气提纯装置16设置在所述氢气缓冲罐14和所述用氢装置之间，用于对所述氢气缓冲罐14输出的氢气进行提纯得到纯净氢气，并将所述纯净氢气输出至用氢装置。
需要说明的是，氢气缓冲罐14中存储的氢气通常为制氢装置13直接生成的氢气，氢气的纯度并不是很高，对于一些对氢气纯度要求比较高的用氢装置，还需要氢气提纯装置16对氢气缓冲罐14输出至用氢装置的氢气进行提纯，以满足用氢装置的用氢需求。
在实际应用中，氢气提纯装置16可以包括：吸附干燥装置，或催化脱氧装置和吸附干燥装置的结合。
由于吸附干燥装置中吸附器的工作状态包括吸附和再生工况，吸附器再生需要连续运行，因此在实际应用中，供氢系统中氢气缓冲罐14内缓存的有效氢气量V满足吸附器再生所需的最小氢气量即可。
本发明可以在后端用氢装置不需要持续供氢的情况下，通过对氢气缓冲罐14的容量进行设计，可以满足氢气提纯装置16稳定工作的要求，使得氢气提纯装置16可以为后端提供含氧量低(≤1ppm)、含水量低(≤3ppm)的高纯氢气。
为便于理解供氢系统的供氢原理，参见图5，本发明还公开了一种供氢方法流程图，供氢方法应用于图3和图4所示实施例中的控制器，所述供氢方法包括：
步骤S101、获取制氢装置的当前制氢流量、氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量；
由于控制器分别与氢气缓冲罐以及氢气缓冲罐的氢气输入端和氢气输出端连接，因此控制器可以通过氢气输入端获取制氢装置的当前制氢流量，通过氢气输出端获取氢气缓冲罐的当前氢气输出量，并直接从氢气缓冲罐获取氢气缓冲罐内当前氢气剩余量，其中，控制器获取氢气缓冲罐内当前氢气剩余量可通过获取氢气缓冲罐内的氢气压力和氢气温度，并根据氢气缓冲罐的几何容积进行计算得到，具体过程可参见现有成熟方案，此处不再赘述。
步骤S102、基于目标数据控制氢气输出端输出的当前氢气输出量的大小；
其中，所述目标数据包括：所述当前制氢流量与所述用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及所述当前氢气剩余量与预先确定的所述氢气缓冲罐的最小有效储氢量和所述第一储氢量的大小关系；
所述最小有效储氢量基于所述第一储氢量确定，最小有效储氢量不小于第一储氢量，所述第一储氢量在所述用氢装置按照所述最小氢气流量需求值运行的情况下确定。
其中，根据用氢装置的最小氢气流量需求值q1和最大氢气流量需求值q2可以确定用氢装置的操作弹性，也即氢气缓冲罐输出氢气实际流量q的波动范围q1～q2，0＜q1≤q2。最小氢气流量需求值q1和最大氢气流量需求值q2均基于用氢装置在额定负荷工况下的目标氢气流量需求值qn确定，目标氢气流量需求值qn小于制氢装置的最大制氢流量Qmax，也即，Qmax＝λqn，λ＞1，λ为制氢装置最大产氢量Qmax的超配比。
较优的，qn≥Qaverage，Qaverage为制氢装置的平均产氢流量。
一般情况下，若用氢装置在额定负荷工况下的目标氢气流量需求值为qn，则用氢装置的操作弹性为20％qn～100％qn，此时，q1＝20％qn，q2＝qn。
综上可知，本发明公开了一种供氢方法，控制器获取制氢装置的当前制氢流量、氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量，基于当前制氢流量与用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及当前氢气剩余量与预先确定的氢气缓冲罐的最小有效储氢量和第一储氢量的大小关系，控制氢气输出端输出的当前氢气输出量的大小。本发明通过在制氢装置和用氢装置之间增加氢气缓冲罐，来对制氢装置输入的波动氢气流量进行储存，通过对氢气缓冲罐的储氢容量进行设计，限定氢气缓冲罐中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，该第一储氢量在用氢装置按照最小氢气流量需求值运行的情况下确定的，同时，控制器基于制氢装置的当前制氢流量、氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量，控制氢气缓冲罐实时输出的氢气输出量，因此，本发明可以使得制氢装置在变功率运行工况下为后端的用氢装置提供在预设时间段内持续的氢气输出，从而满足用氢装置的运行需求。
为进一步优化上述实施例，步骤S102具体可以包括：
当所述当前制氢流量不大于所述最小氢气流量需求值，且所述当前氢气剩余量不大于所述第一储氢量时，控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小为所述最小氢气流量需求值。
假设，当前制氢流量为Q，最小氢气流量需求值为q1，当前氢气剩余量为V，第一储氢量为V1，当前氢气输出量为q，则当Q≤q1，且0≤V≤V1时，控制器控制氢气输出端输出的当前氢气输出量q＝q1。
为进一步优化上述实施例，步骤S102具体可以包括：
当所述当前制氢流量不小于所述最大氢气流量需求值，且所述当前氢气剩余量不小于所述第一储氢量且不大于所述最小有效储氢量时，控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小为所述最大氢气流量需求值。
也即，当Q≥q2，且V0≥V≥V1时，控制器控制氢气输出端输出的当前氢气输出量q＝q2，其中，V0为氢气缓冲罐的最小有效储氢量。
为进一步优化上述实施例，步骤S102具体可以包括：
当所述当前制氢流量位于所述最小氢气流量需求值和所述最大氢气流量需求值之间时，以所述第一储氢量作为目标值，控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小为目标氢气流量，且所述当前氢气剩余量与所述第一储氢量之间的差值绝对值小于差值阈值；
其中，所述目标氢气流量不小于所述最小氢气流量需求值且不大于所述最大氢气流量需求值。
也即，当q1＜Q＜q2时，以第一储氢量V1为目标值，控制器控制氢气输出端输出的当前氢气输出量q，使q1≤q≤q2，且氢气缓冲罐中当前氢气剩余量V与第一储氢量V1之间的差值绝对值小于差值阈值，差值阈值的取值依据实际需要而定，但需要保证当前氢气剩余量V维持在第一储氢量V1附近，或者说，保证当前氢气剩余量V无限接近于第一储氢量V1。
在实际应用中，控制器可以通过PID调节控制氢气缓冲罐的氢气输出量。
为进一步优化上述实施例，本发明还提供了第一储氢量的获取过程，具体如下：
1)、根据可再生能源发电装置的输出功率，以及所述制氢装置的制氢流量随可再生能源发电装置的输出功率变化的波动工况，确定所述制氢装置的实际累计制氢量不大于所述用氢装置连续运行所述最小氢气流量需求值时的最长时间间隔，记为第一最长时间间隔；
其中，第一最长时间间隔T1满足如下公式：
Figure BDA0003084883310000131
式中，Q为所述制氢装置的实时制氢量，q1为所述所述最小氢气流量需求值。
2)、根据所述制氢装置在所述第一最长时间间隔的实际累计制氢量与所述用氢装置的第一基准累计用氢量的差值绝对值的最大值，确定所述氢气缓冲罐的所述第一储氢量，其中，所述第一基准累计用氢量为：所述用氢装置按照所述最小氢气流量需求值连续运行所述第一最长时间间隔得到的。
本实施例中，所述第一储氢量V1满足如下公式：
Figure BDA0003084883310000132
式中，Q为所述制氢装置的实时制氢量，q1为所述所述最小氢气流量需求值。
本实施例中，最小有效储氢量V0基于第一储氢量V1确定，最小有效储氢量V0不小于第一储氢量V1。
为进一步优化上述实施例，本发明提供了最小有效储氢量的获取过程，具体如下：
1)、获取第一储氢量，其中，第一储氢量的获取过程参见上述实施例，此处不再赘述。
2)、获取第二储氢量；
3)、将所述第一储氢量和所述第二储氢量求和，得到总储氢量；
4)、根据所述总储氢量确定所述最小有效储氢量，所述最小有效储氢量不小于所述总储氢量。
假设，第一储氢量为V1，第二第二储氢量为V2，则氢气缓冲罐的最小有效储氢量V0满足条件V0≥V1+V2。
本实施例中，所述第二储氢量为根据所述制氢装置在第二最长时间间隔的实际累计制氢量与所述用氢装置的第二基准累计用氢量的差值绝对值的最大值确定的，所述第二基准累计用氢量为：所述用氢装置按照所述最大氢气流量需求值连续运行所述第二最长时间间隔得到的；
所述第二最长时间间隔为：根据所述可再生能源发电装置的输出功率，以及所述制氢装置的制氢流量随所述可再生能源发电装置的输出功率变化的波动工况，确定所述制氢装置的实际累计制氢量不小于所述用氢装置连续运行所述最大氢气流量需求值时的最长时间间隔。
其中，第二最长时间间隔T2满足如下公式：
Figure BDA0003084883310000141
式中，Q为所述制氢装置的实时制氢量，q2为所述所述最大氢气流量需求值。
第二储氢量V2满足如下公式：
Figure BDA0003084883310000142
式中，Q为所述制氢装置的实时制氢量，q2为所述所述最大氢气流量需求值。
为便于理解本发明所要保护的供氢方法，本发明还提供了具体实施例，如下：
实施例一
(1)确定用氢装置在额定负荷工况下的目标氢气流量需求值qn＝2000Nm3/h，用氢装置的操作弹性为20％～100％，此时，氢气缓冲罐连续氢气输出流量范围为400Nm3/h～2000Nm3/h，用氢装置的最小氢气流量需求值q1＝400Nm3/h，用氢装置的最大氢气流量需求值q2＝2000Nm3/h。
(2)设定制氢方式为光伏制氢，水电解制氢装置的产氢流量曲线如图6所示，图6所示为一年当中水电解制氢装置每小时的平均产氢流量曲线，其中，Qmax＝6590Nm3/h，Qaverage＝1300Nm3/h，λ＝3.295。
(3)确定第一最长时间间隔T1，如图7所示，T1＝62h。
(4)通过积分计算，确定第一储氢量V1＝11500Nm3。
(5)类似与步骤(3)和(4)，如图8所示，确定第二最长时间间隔T2＝45h，以及第二储氢量V2＝28500Nm3。
(6)确定氢气缓冲罐的最小有效储氢量V0≥11500+28500＝40000Nm3。
(7)得到图9所示的全年氢气缓冲罐内缓冲氢气量曲线图，氢气输出流量曲线如图10所示。
实施例二
通过对氢气缓冲罐中储氢容量的配置，可确保制氢装置对外输送氢气流量的稳定，即q1＝q2，详见图11所示的可再生能源制氢不间断供氢示意曲线图。
与上述供氢方法实施例相对应，本发明还提供了一种供氢装置。
参见图12，本发明实施例公开的一种供氢装置的结构示意图，供氢装置供氢系统中的控制器，所述控制器分别连接氢气缓冲罐以及所述氢气缓冲罐的氢气输入端和氢气输出端，所述氢气输入端连接制氢装置，所述氢气输出端连接用氢装置，所述氢气缓冲罐中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，所述供氢装置包括：
获取单元201，用于获取所述制氢装置的当前制氢流量、所述氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量；
控制单元202，用于基于目标数据控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小；
其中，所述目标数据包括：所述当前制氢流量与所述用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及所述当前氢气剩余量与预先确定的所述氢气缓冲罐的最小有效储氢量和所述第一储氢量的大小关系；
所述最小有效储氢量基于所述第一储氢量确定，所述第一储氢量在所述用氢装置按照所述最小氢气流量需求值运行的情况下确定。
需要特别说明的是，供氢装置中各组成部分的具体工作原理，请参见方法实施例对应部分，此处不再赘述。
还需要说明的是，图3和图4中所示的控制器15包含本实施例中所示的供氢装置。
综上可知，本发明公开了一种供氢装置，控制器获取制氢装置的当前制氢流量、氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量，基于当前制氢流量与用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及当前氢气剩余量与预先确定的氢气缓冲罐的最小有效储氢量和第一储氢量的大小关系，控制氢气输出端输出的当前氢气输出量的大小。本发明通过在制氢装置和用氢装置之间增加氢气缓冲罐，来对制氢装置输入的波动氢气流量进行储存，通过对氢气缓冲罐的储氢容量进行设计，限定氢气缓冲罐中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，该第一储氢量在用氢装置按照最小氢气流量需求值运行的情况下确定的，同时，控制器基于制氢装置的当前制氢流量、氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量，控制氢气缓冲罐实时输出的氢气输出量，因此，本发明可以使得制氢装置在变功率运行工况下为后端的用氢装置提供在预设时间段内持续的氢气输出，从而满足用氢装置的运行需求。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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 (15)

1.一种供氢方法，其特征在于，应用于供氢系统中的控制器，所述控制器分别连接氢气缓冲罐以及所述氢气缓冲罐的氢气输入端和氢气输出端，所述氢气输入端连接制氢装置，所述氢气输出端连接用氢装置，所述氢气缓冲罐中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，所述供氢方法包括：
获取所述制氢装置的当前制氢流量、所述氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量；
基于目标数据控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小；
其中，所述目标数据包括：所述当前制氢流量与所述用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及所述当前氢气剩余量与预先确定的所述氢气缓冲罐的最小有效储氢量和所述第一储氢量的大小关系；
所述最小有效储氢量基于所述第一储氢量确定，所述最小有效储氢量不小于第一储氢量，所述第一储氢量在所述用氢装置按照所述最小氢气流量需求值运行的情况下确定；
所述第一储氢量的获取过程包括：
根据可再生能源发电装置的输出功率，以及所述制氢装置的制氢流量随可再生能源发电装置的输出功率变化的波动工况，确定所述制氢装置的实际累计制氢量不大于所述用氢装置连续运行所述最小氢气流量需求值时的最长时间间隔，记为第一最长时间间隔；
根据所述制氢装置在所述第一最长时间间隔的实际累计制氢量与所述用氢装置的第一基准累计用氢量的差值绝对值的最大值，确定所述氢气缓冲罐的所述第一储氢量，其中，所述第一基准累计用氢量为：所述用氢装置按照所述最小氢气流量需求值连续运行所述第一最长时间间隔得到的。
2.根据权利要求1所述的供氢方法，其特征在于，所述基于目标数据控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小，具体包括：
当所述当前制氢流量不大于所述最小氢气流量需求值，且所述当前氢气剩余量不大于所述第一储氢量时，控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小为所述最小氢气流量需求值。
3.根据权利要求1所述的供氢方法，其特征在于，所述基于目标数据控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小，具体包括：
当所述当前制氢流量不小于所述最大氢气流量需求值，且所述当前氢气剩余量不小于所述第一储氢量且不大于所述最小有效储氢量时，控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小为所述最大氢气流量需求值。
4.根据权利要求1所述的供氢方法，其特征在于，所述基于目标数据控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小，具体包括：
当所述当前制氢流量位于所述最小氢气流量需求值和所述最大氢气流量需求值之间时，以所述第一储氢量作为目标值，控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小为目标氢气流量，且所述当前氢气剩余量与所述第一储氢量之间的差值绝对值小于差值阈值；
其中，所述目标氢气流量不小于所述最小氢气流量需求值且不大于所述最大氢气流量需求值。
5.根据权利要求1所述的供氢方法，其特征在于，所述第一最长时间间隔T1满足如下公式：
Figure FDA0003645395710000021
式中，Q为所述制氢装置的实时制氢量，q1为所述最小氢气流量需求值。
6.根据权利要求1所述的供氢方法，其特征在于，所述第一储氢量V1满足如下公式：
Figure FDA0003645395710000022
式中，Q为所述制氢装置的实时制氢量，q1为所述最小氢气流量需求值。
7.根据权利要求1所述的供氢方法，其特征在于，所述最小有效储氢量的获取过程包括：
获取所述第一储氢量；
获取第二储氢量；
将所述第一储氢量和所述第二储氢量求和，得到总储氢量；
根据所述总储氢量确定所述最小有效储氢量，所述最小有效储氢量不小于所述总储氢量；
其中，所述第二储氢量为根据所述制氢装置在第二最长时间间隔的实际累计制氢量与所述用氢装置的第二基准累计用氢量的差值绝对值的最大值确定的，所述第二基准累计用氢量为：所述用氢装置按照所述最大氢气流量需求值连续运行所述第二最长时间间隔得到的；
所述第二最长时间间隔为：根据所述可再生能源发电装置的输出功率，以及所述制氢装置的制氢流量随所述可再生能源发电装置的输出功率变化的波动工况，确定所述制氢装置的实际累计制氢量不小于所述用氢装置连续运行所述最大氢气流量需求值时的最长时间间隔。
8.根据权利要求7所述的供氢方法，其特征在于，所述第二最长时间间隔T2满足如下公式：
Figure FDA0003645395710000031
式中，Q为所述制氢装置的实时制氢量，q2为所述最大氢气流量需求值。
9.根据权利要求7所述的供氢方法，其特征在于，所述第二储氢量V2满足如下公式：
Figure FDA0003645395710000032
式中，Q为所述制氢装置的实时制氢量，q2为所述最大氢气流量需求值。
10.根据权利要求1所述的供氢方法，其特征在于，所述最小氢气流量需求值和所述最大氢气流量需求值均基于所述用氢装置在额定负荷工况下的目标氢气流量需求值确定，所述目标氢气流量需求值小于所述制氢装置的最大制氢流量。
11.一种供氢装置，其特征在于，应用于供氢系统中的控制器，所述控制器分别连接氢气缓冲罐以及所述氢气缓冲罐的氢气输入端和氢气输出端，所述氢气输入端连接制氢装置，所述氢气输出端连接用氢装置，所述氢气缓冲罐中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，所述供氢装置包括：
获取单元，用于获取所述制氢装置的当前制氢流量、所述氢气缓冲罐内的当前氢气剩余量和当前氢气输出量；
控制单元，用于基于目标数据控制所述氢气输出端输出的所述当前氢气输出量的大小；
其中，所述目标数据包括：所述当前制氢流量与所述用氢装置的最小氢气流量需求值和最大氢气流量需求值的大小关系，以及所述当前氢气剩余量与预先确定的所述氢气缓冲罐的最小有效储氢量和所述第一储氢量的大小关系；
所述最小有效储氢量基于所述第一储氢量确定，所述最小有效储氢量不小于第一储氢量，所述第一储氢量在所述用氢装置按照所述最小氢气流量需求值运行的情况下确定；
所述第一储氢量的获取过程包括：
根据可再生能源发电装置的输出功率，以及所述制氢装置的制氢流量随可再生能源发电装置的输出功率变化的波动工况，确定所述制氢装置的实际累计制氢量不大于所述用氢装置连续运行所述最小氢气流量需求值时的最长时间间隔，记为第一最长时间间隔；
根据所述制氢装置在所述第一最长时间间隔的实际累计制氢量与所述用氢装置的第一基准累计用氢量的差值绝对值的最大值，确定所述氢气缓冲罐的所述第一储氢量，其中，所述第一基准累计用氢量为：所述用氢装置按照所述最小氢气流量需求值连续运行所述第一最长时间间隔得到的。
12.一种供氢系统，其特征在于，包括：可再生能源发电装置、功率变换装置、制氢装置、氢气缓冲罐以及控制器，所述控制器包括权利要求11所述的供氢装置；
所述可再生能源发电装置用于产生电力；
所述功率变换装置分别与所述可再生能源发电装置的输出端和所述制氢装置的供电端连接，用于将所述可再生能源发电装置产生的电力转换为所述制氢装置所需的电力，并将转换得到的电力输出至所述制氢装置的供电端；
所述氢气缓冲罐的氢气输入端连接所述制氢装置的输出端，所述氢气缓冲罐的氢气输出端连接用氢装置，所述氢气缓冲罐用于将所述制氢装置输入的波动氢气流量进行储存，以为所述用氢装置提供在预设时间段内持续的氢气输出，其中，所述氢气缓冲罐中存储的初始有效储氢量不低于第一储氢量，所述第一储氢量在所述用氢装置按照最小氢气流量需求值运行的情况下确定；
所述控制器分别连接所述氢气缓冲罐、所述氢气输入端和所述氢气输出端。
13.根据权利要求12所述的供氢系统，其特征在于，所述氢气缓冲罐包括一台氢气缓冲子罐或多台所述氢气缓冲子罐，每台所述氢气缓冲子罐的储罐结构为立式储罐、卧式储罐和球形储罐中的任意一种。
14.根据权利要求12所述的供氢系统，其特征在于，所述供氢系统还包括：氢气提纯装置；
所述氢气提纯装置设置在所述氢气缓冲罐和所述用氢装置之间，用于对所述氢气缓冲罐输出的氢气进行提纯得到纯净氢气，并将所述纯净氢气输出至所述用氢装置。
15.根据权利要求12所述的供氢系统，其特征在于，所述制氢装置包括碱性水制氢装置和/或质子交换膜水电解装置。
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