CN113629731A - 一种风光结合的稳定电解水制氢系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制氢设备技术领域，具体涉及一种风光结合的稳定电解水制氢系统，包括：电解水制氢装置，适于电解水以制取氢气；风力发电单元与光伏发电单元；风力发电单元与风机侧电网整流单元串联，并通过第一直流母线与电解水制氢装置电连接；光伏发电单元与光伏侧电网整流单元串联，并通过第二直流母线与电解水制氢装置电连接；风力发电单元与光伏发电单元并联设置。本发明的风光结合的稳定电解水制氢系统能够在风力发电单元或光伏发电单元直流侧输出电压存在波动时，可以通过调节电网整流单元两端的电压，从而保证电解制氢装置获取恒定的直流母线电压，从而维持电解水制氢装置工作时电压的恒定，保持恒定制氢效率。

Description

一种风光结合的稳定电解水制氢系统
技术领域
本发明涉及制氢设备技术领域，具体涉及一种风光结合的稳定电解水制氢系统。
背景技术
随着煤炭、石油、天然气等传统化石能源的消耗速度的加剧，风能、太阳能等可再生能源的生产、传输与利用已经得到了越来越多的关注。而氢气作为一种热值高、易储存运输、能量密度大的清洁二次能源，也被看作传统化石能源的理想替代，其应用范围也日趋广泛。
通过电解水来制备氢气的方式被视为最具有潜力的制氢途径之一，但这种方式用电成本不菲。而电解制氢工作对供电电压与功率精度要求十分严格，电压与功率的波动均会影响电解槽的制氢效率。现有技术中，如果采用风能或者太阳能进行制氢，由于风能和太阳能均存在能源获取不稳定的情况，容易造成电压与功率的波动，进而对制氢效率产生较大影响。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中采用风能或者太阳能进行制氢时效率较低的缺陷，从而提供一种能够保持恒定制氢效率的风光结合的稳定电解水制氢系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种风光结合的稳定电解水制氢系统，包括：
电解水制氢装置，适于电解水以制取氢气；
风力发电单元与光伏发电单元；
所述风力发电单元与风机侧电网整流单元串联，并通过第一直流母线与所述电解水制氢装置电连接；
所述光伏发电单元与光伏侧电网整流单元串联，并通过第二直流母线与所述电解水制氢装置电连接；
所述风力发电单元与所述光伏发电单元并联设置。
可选的，所述第一直流母线与所述第二直流母线为同一组直流母线。
可选的，所述风光结合的稳定电解水制氢系统还包括：不控整流桥，所述不控整流桥与所述风力发电单元电连接，适于将所述风力发电单元的交流电压整流为直流电压。
可选的，所述风力发电单元由三相风力发电机组构成，所述不控整流桥包括三相二极管不控整流桥。
可选的，所述风力发电单元整流后直流侧的输出电压V1与所述风机侧电网整流单元的输出电压V2之和为恒定值。
可选的，所述光伏发电单元的输出电压V3与所述光伏侧电网整流单元的输出电压V4之和为恒定值。
可选的，V1+V2＝V3+V4。
可选的，所述风光结合的稳定电解水制氢系统还包括：并网变换器，所述并网变换器与所述风力发电单元与所述光伏发电单元并联。
可选的，所述并网变换器通过第三直流母线与所述电解水制氢装置电连接。
可选的，所述第一直流母线、所述第二直流母线以及所述第三直流母线为同一组直流母线。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的风光结合的稳定电解水制氢系统，通过将风力发电单元与风机侧电网整流单元串联，并通过第一直流母线与所述电解水制氢装置电连接；在风力发电单元整流后直流侧输出电压存在波动时，可以通过调节风机侧电网整流单元两端的电压，从而保证电解制氢装置获取恒定的直流母线电压，从而维持电解水制氢装置工作时电压的恒定，保持恒定制氢效率。
2.本发明提供的风光结合的稳定电解水制氢系统，通过将光伏发电单元与光伏侧电网整流单元串联，并通过第二直流母线与所述电解水制氢装置电连接；在光伏发电单元输出电压存在波动时，可以通过调节光伏侧电网整流单元两端的电压，从而保证电解制氢装置获取恒定的直流母线电压，从而维持电解水制氢装置工作时电压的恒定，保持恒定制氢效率。
3.本发明提供的风光结合的稳定电解水制氢系统，将风力发电单元与光伏发电单元并联设置，并使第一直流母线与第二直流母线为同一组直流母线，使两种新能源发电系统输出相同电压共用直流母线，实现风光互补发电的同时避免出现环流。在风能或太阳能某一种新能源发电功率存在不稳定的情况下，也能够大幅减小新能源发电系统的输出能量波动。
4.本发明提供的风光结合的稳定电解水制氢系统，采用并网变换器与所述风力发电单元、所述光伏发电单元并联，从而对两种新能源发电系统与电解制氢装置之间的电能流动进行调整。在风力发电单元和/或光伏发电单元的发电功率大于稳定电解制氢所需功率时，并网变换器将系统内多余能量注入回电网；在风力发电单元和/或光伏发电单元的发电功率小于稳定电解制氢所需功率时，并网变换器通过电网补足所缺功率。从而在各种情况下，均能以恒压恒功率的最优供电效果，实现稳定高效的电解水制氢。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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为本发明风光结合的稳定电解水制氢系统的结构示意图。
附图标记说明：
11-风力发电单元，12-不控整流桥，13-风机侧电网整流单元，14-光伏发电单元，15-光伏侧电网整流单元，16-并网变换器，17-电解水制氢装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”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“安装”、“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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例一
结合图1所示，本实施例提供的风光结合的稳定电解水制氢系统，包括：
电解水制氢装置17，适于电解水以制取氢气；
风力发电单元11与光伏发电单元14；
所述风力发电单元11与风机侧电网整流单元13串联，并通过第一直流母线与所述电解水制氢装置17电连接；
所述光伏发电单元14与光伏侧电网整流单元15串联，并通过第二直流母线与所述电解水制氢装置17电连接；
所述风力发电单元11与所述光伏发电单元14并联设置。
优选的，所述电解水制氢装置17包括电解正极和电解负极，将电解正极和电解负极同时放入电解液中，在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气，从而制得需要的氢气。
具体地，所述风光结合的稳定电解水制氢系统还包括：不控整流桥12，所述不控整流桥12与所述风力发电单元11电连接，适于将所述风力发电单元11的交流电压整流为直流电压。
具体地，所述风力发电单元11由三相风力发电机组构成，所述不控整流桥12包括三相二极管不控整流桥。
优选的，所述风力发电单元11整流后直流侧的输出电压V1能够为电解水制氢提供电源，但由于自然环境中风量的大小变化，风力发电单元11产生的输出电压V1存在波动，电压不稳定。同样的，所述光伏发电单元14的输出电压V3能够为电解水制氢提供电源，但由于光伏板接收到的光照强度随天气变化，光伏发电单元14产生的输出电压V3也存在波动，电压不稳定。
本实施例提供的风光结合的稳定电解水制氢系统，通过将风力发电单元11与风机侧电网整流单元13串联，并通过第一直流母线与所述电解水制氢装置17电连接；在风力发电单元11整流后直流侧输出电压存在波动时，可以通过调节风机侧电网整流单元13两端的电压，从而保证电解制氢装置获取恒定的直流母线电压，从而维持电解水制氢装置17工作时电压的恒定，保持恒定制氢效率。
本实施例提供的风光结合的稳定电解水制氢系统，通过将光伏发电单元14与光伏侧电网整流单元15串联，并通过第二直流母线与所述电解水制氢装置17电连接；在光伏发电单元14输出电压存在波动时，可以通过调节光伏侧电网整流单元15两端的电压，从而保证电解制氢装置获取恒定的直流母线电压，从而维持电解水制氢装置17工作时电压的恒定，保持恒定制氢效率。
通过将风力发电单元11和光伏发电单元14均与对应的电网整流单元串联，并通过直流母线与所述电解水制氢装置17电连接；从而能够根据两种新能源发电直流侧电压动态调整电网整流单元的输出电压，从而维持直流母线两端电压恒定，弥补了新能源发电功率不稳定的缺点。在风力发电和光伏发电存在波动的情况下，也能够稳定直流母线输出电压，保证电解制氢供电电压维持在较高精度。
进一步的，通过提供一种稳定的风光互补的电解制氢方案，弥补了新能源发电波动性大的缺点，充分利用新能源发电功率，并使得电解制氢设备稳定运作在最优状态下，进行高效稳定地电解水制氢作业，同时可以有效利用可再生能源，降低制氢用电成本。
具体地，所述第一直流母线与所述第二直流母线为同一组直流母线。
通过将第一直流母线与第二直流母线设置为同一组直流母线，使得风力发电单元11与光伏发电单元14共用同一直流母线，在风能或太阳能某一种新能源发电功率存在不稳定的情况下，也能够有效缓解风电或太阳能光伏的输出能量波动。从而提升新能源发电系统输出功率的稳定性，缓解能量输出功率波动。
本实施例提供的风光结合的稳定电解水制氢系统，将风力发电单元11与光伏发电单元14并联设置，并使第一直流母线与第二直流母线为同一组直流母线，使两种新能源发电系统输出相同电压共用直流母线，实现风光互补发电的同时避免出现环流。在风能或太阳能某一种新能源发电功率存在不稳定的情况下，也能够大幅减小新能源发电系统的输出能量波动。
具体地，所述风力发电单元11整流后直流侧的输出电压V1与所述风机侧电网整流单元13的输出电压V2之和为恒定值。
具体地，所述光伏发电单元14的输出电压V3与所述光伏侧电网整流单元15的输出电压V4之和为恒定值。
具体地，V1+V2＝V3+V4。
具体地，所述风光结合的稳定电解水制氢系统还包括：并网变换器16，所述并网变换器16与所述风力发电单元11与所述光伏发电单元14并联。
优选的，所述并网变换器16与大电网相连通。
优选的，本实施例中通过将风力发电单元11与所述光伏发电单元14并联，并与所述电解水制氢装置17电连接，利用风能和太阳能作为电解水制氢的电源，但当自然环境中风量充足且光照充足时，风力发电单元11与所述光伏发电单元14产生的电能过剩，电能不能充分利用。此时，通过增加并网变换器16，将并网变换器16与所述风力发电单元11与所述光伏发电单元14并联，能够对风力发电单元11、光伏发电单元14以及大电网之间的能量流向进行调节。
当风力发电单元11和/或光伏发电单元14的发电功率大于稳定制氢所需功率时，多余电能通过并网变换器16流向大电网；而当风力发电单元11和/或光伏发电单元14发电功率小于稳定制氢所需功率时，缺失的电能通过并网变换器16从大电网流向电解制氢装置。从而在各种情况下，均能以恒压恒功率的最优供电效果，实现稳定高效的电解水制氢。
本实施例提供的风光结合的稳定电解水制氢系统，采用并网变换器16与所述风力发电单元11、所述光伏发电单元14并联，从而对两种新能源发电系统与电解制氢装置之间的电能流动进行调整。在风力发电单元11和/或光伏发电单元14的发电功率大于稳定电解制氢所需功率时，并网变换器将系统内多余能量注入回电网；在风力发电单元11和/或光伏发电单元14的发电功率小于稳定电解制氢所需功率时，并网变换器通过电网补足所缺功率。从而在各种情况下，均能以恒压恒功率的最优供电效果，实现稳定高效的电解水制氢。
具体地，所述并网变换器16通过第三直流母线与所述电解水制氢装置17电连接。
所述并网变换器16通过第三直流母线并联在风力发电单元11与所述光伏发电单元14的直流母线两端，并通过第三直流母线与所述电解水制氢装置17电连接，从而使得并网变换器16即能够给电解水制氢装置17供电，又能够收集风力发电单元11与所述光伏发电单元14产生的多余电能。
具体地，所述第一直流母线、所述第二直流母线以及所述第三直流母线为同一组直流母线。通过将第一直流母线、第二直流母线以及第三直流母线合并为同一组直流母线，从而提高直流母线的利用率，同时方便电压监测。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种风光结合的稳定电解水制氢系统，其特征在于，包括：
电解水制氢装置(17)，适于电解水以制取氢气；
风力发电单元(11)与光伏发电单元(14)；
所述风力发电单元(11)与风机侧电网整流单元(13)串联，并通过第一直流母线与所述电解水制氢装置(17)电连接；
所述光伏发电单元(14)与光伏侧电网整流单元(15)串联，并通过第二直流母线与所述电解水制氢装置(17)电连接；
所述风力发电单元(11)与所述光伏发电单元(14)并联设置。
2.根据权利要求1所述的风光结合的稳定电解水制氢系统，其特征在于，所述第一直流母线与所述第二直流母线为同一组直流母线。
3.根据权利要求1所述的风光结合的稳定电解水制氢系统，其特征在于，还包括：不控整流桥(12)，所述不控整流桥(12)与所述风力发电单元(11)电连接，适于将所述风力发电单元(11)的交流电压整流为直流电压。
4.根据权利要求3所述的风光结合的稳定电解水制氢系统，其特征在于，所述风力发电单元(11)由三相风力发电机组构成，所述不控整流桥(12)包括三相二极管不控整流桥。
5.根据权利要求3所述的风光结合的稳定电解水制氢系统，其特征在于，所述风力发电单元(11)整流后直流侧的输出电压V1与所述风机侧电网整流单元(13)的输出电压V2之和为恒定值。
6.根据权利要求5所述的风光结合的稳定电解水制氢系统，其特征在于，所述光伏发电单元(14)的输出电压V3与所述光伏侧电网整流单元(15)的输出电压V4之和为恒定值。
7.根据权利要求6所述的风光结合的稳定电解水制氢系统，其特征在于，V1+V2＝V3+V4。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的风光结合的稳定电解水制氢系统，其特征在于，还包括：并网变换器(16)，所述并网变换器(16)与所述风力发电单元(11)与所述光伏发电单元(14)并联。
9.根据权利要求8所述的风光结合的稳定电解水制氢系统，其特征在于，所述并网变换器(16)通过第三直流母线与所述电解水制氢装置(17)电连接。
10.根据权利要求9所述的风光结合的稳定电解水制氢系统，其特征在于，所述第一直流母线、所述第二直流母线以及所述第三直流母线为同一组直流母线。
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