CN114614499A - 一种可再生能源制氢综合供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可再生能源领域，本发明提供一种可再生能源制氢综合供电系统，包括智能监测控制平台、光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统、氢燃料电池系统、电网、用电负荷、氢能使用装置。风力发电系统、光伏发电系统、水力发电系统、蓄电池互补为电解水制氢系统提供供电电源，氢燃料电池系统作为外部电网削峰填谷的备用供电系统，智能监测控制平台接收光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统的电压或电流状态并且对其进行判断和监测。本发明实现了分布式风光水能源的有效消纳，提高清洁的可再生能源的综合利用效率，同时有效的生产绿色的二次氢能和电能。
Description
技术领域
本发明涉及可再生能源领域，具体涉及一种可再生能源制氢综合供电系统。
背景技术
在世界经济飞速发展的同时传统能源的储量也呈现明显下降的态势，面对能源匮乏和环境污染的两大难题，开发利用清洁、高效的可再生能源发电技术是大势所趋。可再生能源是绿色低碳能源，是中国多轮驱动能源供应体系的重要组成部分，对于改善能源结构、保护生态环境、应对气候变化、实现经济社会可持续发展具有重要意义。可再生能源发电技术主要包括：风力发电，太阳能光伏发电，水力发电，生物质能发电，地热发电，海洋能发电等。目前除了水力发电比较成熟外，风力发电，太阳能光伏发电是开发利用最多的可再生能源技术，但是风、光可再生能源受季节和天气影响极大，其出力会有较强的随机性和间歇性，将其单独并网会影响电力系统的安全与稳定，不利于可再生能源的推广和应用。
氢能作为一种绿色、高效的二次能源，热值高、储量丰富、来源多样、应用广泛、利用形式多，在可再生能源体系中发挥重要作用。风、光、水三种可再生能源在时空上具有很强的互补特性，有效的利用风、光、水可再生能源发电制氢能够最大限度的储存氢能，提高可再生能源消纳水平，对于可再生能源的推广和应用具有积极的推进作用。目前技术中，存在着针对风、光等可再生能源开发过程中所产生的电量无法实现有效消纳和向外部输送的难题。
发明内容
本申请提供的一种可再生能源制氢综合供电系统，以至少解决相关技术中风、光等可再生能源开发过程中所产生的电量无法实现有效消纳和向外部输送的难题。
本申请第一方面实施例提出一种可再生能源制氢综合供电系统，包括：
智能监测控制平台、光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统、氢燃料电池系统、电网、用电负荷、氢能使用装置；
所述智能监测控制平台与光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统连接，用于接收、判断并监测光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池、水力发电系统、电解水制氢系统的电压或电流状态；
所述光伏发电系统通过斩波器与电解水制氢系统连接，用于为电解水制氢系统供电；风力发电系统通过整流器与电解水制氢系统连接，用于为电解水制氢系统供电，电解水制氢系统制得的氢气一方面供氢燃料电池系统使用，另一方面运送给各种氢能使用装置使用；
所述蓄电池与光伏发电系统、风力发电系统和电解水制氢系统连接，用于储存富裕的电能并且在供电系统提供电能不足时释放电能供电解水制氢系统使用；
所述水力发电系统一侧通过第一逆变器与电解水制氢系统连接、另一侧与电网和用电负荷连接，当风力发电系统和光伏发电系统产生的电能不足时为电解水制氢系统进行供电；当风力发电系统和光伏发电系统产生的电能供应电解水制氢富裕时将电能输送至电网和用电负荷；
所述氢燃料电池系统通过第二逆变器与电网和用电负荷连接，用于通过将电解水制氢系统制得的氢气进行电化学能转换产生电能为电网和用电负荷供电。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本发明提供了一种可再生能源制氢综合供电系统，包括：智能监测控制平台、光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统、氢燃料电池系统、电网、用电负荷、氢能使用装置；所述智能监测控制平台与光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统连接，用于接收、判断并监测光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统的电压或电流状态；所述光伏发电系统通过斩波器与电解水制氢系统连接，用于为电解水制氢系统供电；风力发电系统通过整流器与电解水制氢系统连接，用于为电解水制氢系统供电，电解水制氢系统制得的氢气一方面供氢燃料电池系统使用，另一方面运送给各种氢能使用装置使用；所述蓄电池与光伏发电系统、风力发电系统和电解水制氢系统连接，用于储存电能并且在供电系统提供电能不足时释放电能供电解水制氢系统使用；所述水力发电系统一侧通过第一逆变器与电解水制氢系统连接，另一侧与电网和用电负荷连接，当风力发电系统和光伏发电系统产生的电能供应电解水制氢不足时为电解水制氢系统进行供电，当风力发电系统和光伏发电系统产生的电能足够供应电解水制氢时将电能输送至电网和用电负荷；所述氢燃料电池系统通过第二逆变器与电网和用电负荷连接，将电解水制氢系统制得的氢气进行电化学能转换产生电能为电网和用电负荷供电。本发明实现了分布式风光水能源的有效消纳，提高清洁的可再生能源的综合利用效率，同时有效的生产绿色的二次氢能和电能。
本申请附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请一个实施例提供的一种可再生能源制氢综合供电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
图1为本公开实施例提供的一种可再生能源制氢综合供电系统的结构示意图，如图1所述，所述系统包括：
智能监测控制平台、光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统、氢燃料电池系统、电网、用电负荷、氢能使用装置；
所述智能监测控制平台与光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统连接，用于接收、判断并监测光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统的电压或电流状态；
所述光伏发电系统通过斩波器与电解水制氢系统连接，用于为电解水制氢系统供电；风力发电系统通过整流器与电解水制氢系统连接，用于为电解水制氢系统供电，电解水制氢系统制得的氢气一方面供氢燃料电池系统使用，另一方面运送给各种氢能使用装置使用；
所述蓄电池与光伏发电系统、风力发电系统和电解水制氢系统连接，用于储存电能并且在供电系统提供电能不足时释放电能供电解水制氢系统使用；
所述水力发电系统一侧通过第一逆变器与电解水制氢系统连接，另一侧与电网和用电负荷连接，当风力发电系统和光伏发电系统产生的电能供应电解水制氢不足时为电解水制氢系统进行供电，当风力发电系统和光伏发电系统产生的电能足够供应电解水制氢时将电能输送至电网和用电负荷；
所述氢燃料电池系统通过第二逆变器与电网和用电负荷连接，将电解水制氢系统制得的氢气进行电化学能转换产生电能为电网和用电负荷供电。
具体的，所述的智能监测控制平台具有信号接收、判断、控制和监测的功能，主要是接收光伏发电系统输出端电流电压、风力发电系统输出端电流电压、蓄电池电压状态、水力发电系统输出端电压、电解水制氢系统的输入端电压和电流，以及对斩波器，整流器，第一逆变器以及第二逆变器进行控制。所述的这智能监测控制平台监测的电流电压信号来源于光伏发电系统输出端、风力发电系统输出端、蓄电池端、水力发电系统输出端及电解水制氢系统输出端安装的电流电压测量装置，通过电压测量装置对电压进行测量、通过电流测量装置对电流进行测量是现有技术，在此不做过多赘述。本实施例中电压测量装置是普通电压表，电流测量装置是霍尔电流传感器，在本发明的其他实施例当中电压测量装置包括但不限于普通电压表，电流测量装置包括但不限于霍尔电流传感器。所述的斩波器、整流器、第一逆变器以及第二逆变器都是可控晶体管组成的桥式电路，控制晶体管的触发脉冲信号和时间就能得到所需的输出电压，斩波器、整流器、第一逆变器以及第二逆变器为现有技术，在此不做过多赘述。
在本公开实施例当中，所述风力发电系统、光伏发电系统、水力发电系统、蓄电池互为补充地为电解水制氢系统提供供电电源，氢燃料电池系统作为外部电网削峰填谷的备用供电系统。
具体的，所述光伏发电系统包括：太阳能电池板，太阳能电池板通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能。
所述光伏发电系统输出端与斩波器输入端相连，所述斩波器输出端与智能监测平台和电解水制氢系统连接，所述光伏发电系统通过斩波器与智能监测平台相连，智能监测平台能够接收光伏发电系统输出端电流电压并对光伏发电系统输出端电流电压进行判断和监测，所述智能监测平台还可以对斩波器进行控制。所述斩波器包括DC/DC转换电路构成，斩波器用于将光伏发电系统产生的直流电转换成额定功率的直流电，从而为电解水制氢系统提供直流电源。
所述斩波器为现有技术，在此不做过多赘述。
所述风力发电系统的输出端与整流器的输入端相连，整流器输出端与智能监测平台连接，所述风力发电系统通过整流器与智能监测平台相连，智能监测平台能够接收风力发电系统输出端电流电压并对风力发电系统输出端电流电压进行判断和和监测。所述智能监测平台还能对整流器进行控制，所述整流器包括AC/DC转换电路，用于将交流电转换成额定功率的直流电，从而在整流器的作用下将水力发电系统产生的交流电转换成额定功率的直流电为电解水制氢系统提供直流电源。
其中，所述整流器为现有技术，在此不做过多赘述。
本实施例中所述蓄电池为铅酸蓄电池或者锂电池，在本发明的其他实施例当中，蓄电池根据实际情况进行选择并且蓄电池包括且不限于铅酸蓄电池、锂电池。所述蓄电池用于储存光伏发电系统、风力发电系统供电解水制氢系统使用中多余的电量，在供电解水制氢系统光伏发电系统、风力发电系统供提供电能不足时释放电能供电解水制氢系统使用。
所述蓄电池与智能监测控制平台相连，智能监测控制平台接收蓄电池的电压状态并且对蓄电池的电压状态进行判断和监测。
具体的，当风力发电系统和或光伏发电系统产生的电能供电解水制氢系统电解水制氢还有富裕时对蓄电池进行直流电充电储存电能，当风力发电系统和或光伏发电系统产生的电能供应电解水制氢不足时，蓄电池进行直流电放电释放电能补充电解水制氢系统正常供电，即当风力发电系统和或光伏发电系统发电量减小导致电解水制氢供电直流侧电压剧烈下降时，蓄电池放电用于维持直流供电电压的平衡稳定。
所述第一逆变器一端与电解水制氢系统连接，即电解水制氢系统在直流供电测(远离氢燃料电池系统的一侧)并联连接第一逆变器；所述第一逆变器另一端与水力发电系统连接，所述第一逆变器将水力发电系统产生的电能进行转换后对电解水制氢系统进行供电。
具体的，第一逆变器包括DC/AC转换电路，当风力发电系统和或光伏发电系统产生的电能供应电解水制氢严重不足时，水力发电系统产生的电能经过第一逆变器变换后对电解水制氢系统进行正常供电，即当风力发电系统和或光伏发电系统发电量剧烈减小导致电解水制氢供电直流侧电压剧烈下降时，利用水力发电系统电网侧逆变供电用于维持直流供电电压的平衡稳定。
其中，逆变器为现有技术，在此不做过赘述。
在本公开实施例当中，所述水力发电系统远离第一逆变器的一侧还连接有电网和用电负荷，当风力发电系统和或光伏发电系统产生的电能供应电解水制氢系统进行电解水制氢富裕或者正常的情况下，水力发电系统产生的电能输送给外部电网或就近用电负载。
在本公开实施例当中，所述电解水制氢系统输出端与氢气储罐输入端相连，电解水制氢系统制得的氢气储存在氢气储罐内，氢气储罐里的氢气一方面供氢燃料电池系统使用，另一方面运送给各种氢能使用装置使用。
具体的，氢气储罐的输出端与氢燃料电池系统输入端以及氢能使用装置使用装置相连，氢燃料电池系统作为外部电网削峰填谷的备用系统，当水力发电系统电网侧(远离第一逆变器的一侧)电力波动需要填谷时，采用氢燃料电池系统接力发电用于支撑电网电压的平衡稳定，所述氢燃料电池系统通过第二逆变器为外部电网以及就近用电负荷供电。所述第二逆变器包括DC/AC转换电路，当外部电网电力不足时，氢燃料电池系统把电解水制氢系统制得的氢气进行电化学能转换产生电能，经过第二逆变器变换后输送给外部电网和就近的用电负荷。
电解水制氢系统还与智能监测控制平台连接，智能监测控制平台接收电解水制氢系统的输入端电压和电流并且对电解水制氢系统的输入端电压和电流进行判断和监测。
综上所述，本发明提供了一种可再生能源制氢综合供电系统，包括：智能监测控制平台、光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统、氢燃料电池系统、电网、用电负荷、氢能使用装置；所述智能监测控制平台与光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统连接，用于接收、判断并监测光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统的电压或电流状态；所述光伏发电系统通过斩波器与电解水制氢系统连接，用于为电解水制氢系统供电；风力发电系统通过整流器与电解水制氢系统连接，用于为电解水制氢系统供电，电解水制氢系统制得的氢气一方面供氢燃料电池系统使用，另一方面运送给各种氢能使用装置使用；所述蓄电池与光伏发电系统、风力发电系统和电解水制氢系统连接，用于储存电能并且在供电系统提供电能不足时释放电能供电解水制氢系统使用；所述水力发电系统一侧通过第一逆变器与电解水制氢系统连接，另一侧与电网和用电负荷连接，当风力发电系统和光伏发电系统产生的电能供应电解水制氢不足时为电解水制氢系统进行供电，当风力发电系统和光伏发电系统产生的电能足够供应电解水制氢时将电能输送至电网和用电负荷；所述氢燃料电池系统通过第二逆变器与电网和用电负荷连接，将电解水制氢系统制得的氢气进行电化学能转换产生电能为电网和用电负荷供电。本发明实现了分布式风光水能源的有效消纳，提高清洁的可再生能源的综合利用效率，同时有效的生产绿色的二次氢能和电能。
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申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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定制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，并且本申请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，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种可再生能源制氢综合供电系统，其特征在于，所述系统包括：
智能监测控制平台、光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统、氢燃料电池系统、电网、用电负荷、氢能使用装置；
所述智能监测控制平台与光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统连接，用于接收、判断并监测光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池、电解水制氢系统的电压或电流状态；
所述光伏发电系统通过斩波器与电解水制氢系统连接，用于为电解水制氢系统供电；风力发电系统通过整流器与电解水制氢系统连接，用于为电解水制氢系统供电，电解水制氢系统制得的氢气一方面供氢燃料电池系统使用，另一方面运送给各种氢能使用装置使用；
所述蓄电池与光伏发电系统、风力发电系统和电解水制氢系统连接，用于储存电能并且在供电系统提供电能不足时释放电能供电解水制氢系统使用；
所述水力发电系统一侧通过第一逆变器与电解水制氢系统连接，另一侧与电网和用电负荷连接，当风力发电系统和光伏发电系统产生的电能供应电解水制氢不足时为电解水制氢系统进行供电，当风力发电系统和光伏发电系统产生的电能足够供应电解水制氢时将电能输送至电网和用电负荷；
所述氢燃料电池系统通过第二逆变器与电网和用电负荷连接，将电解水制氢系统制得的氢气进行电化学能转换产生电能为电网和用电负荷供电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光伏发电系统包括：太阳能电池板，所述光伏发电系统输出端分别与斩波器输入端相连，所述斩波器输出端与智能监测平台和电解水制氢系统连接，所述智能监测平台对斩波器进行控制，所述斩波器用于将光伏发电系统产生的直流电转换成额定功率的直流电为电解水制氢系统提供直流电源；
所述斩波器包括DC/DC转换电路，用于将直流电转换成额定功率的直流电。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述风力发电系统的输出端与整流器的输入端相连，整流器输出端与智能监测平台连接，所述智能监测平台对整流器进行控制，所述整流器把水力发电系统产生的交流电转换成额定功率的直流电为电解水制氢系统提供直流电源；
所述整流器包括AC/DC转换电路，用于将交流电转换成额定功率的直流电。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓄电池为铅酸蓄电池或者锂电池，用于储存光伏发电系统、风力发电系统供电解水制氢系统使用中多余的电量，并且在光伏发电系统、风力发电系统电能不足时释放电能供电解水制氢系统使用。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一逆变器的一端与电解水制氢系统连接，另一端与水力发电系统连接，所述第一逆变器将水力发电系统产生的电能进行转换后对电解水制氢系统进行供电。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，电解水制氢系统输出端与氢气储罐输入端相连，电解水制氢系统制得的氢气储存在氢气储罐内。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，氢气储罐的输出端与氢燃料电池系统输入端相连，所述氢燃料电池系统通过第二逆变器为外部电网以及就近用电负荷供电。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一逆变器、第二逆变器均由对应的DC/AC转换电路构成。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，氢燃料电池系统输出端通过第二逆变器与电网和就近用电负荷相连，当外部电网电力不足时，氢燃料电池系统经过第二逆变器把电解水制氢系统制得的氢气进行电化学能转换产生电能后输送给外部电网和就近用电负荷；
所述氢燃料电池系统与智能监测控制平台相连。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述的智能监测控制平台与斩波器、整流器、第一逆变器、第二逆变器相连并且对斩波器、整流器、第一逆变器、第二逆变器进行控制。
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