CN115637447A - 一种可再生能源耦合梯级制氢系统及制氢方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可再生能源耦合梯级制氢系统及制氢方法，涉及电解水制氢技术领域，可再生能源控制模块设有供电单元，可再生能源控制模块通过分流控制模块向梯级制氢子系统供电，满足梯级制氢子系统对电能的需求；燃料电池控制模块用于控制燃料电池热电联供子系统根据预设制氢工艺向梯级制氢子系统供水；梯级制氢子系统的输出端依次与气液分离模块、纯化模块、缓冲罐以及储氢罐连接；制氢需求控制模块判断可再生能源控制模块最大输出功率下是否满足用氢需求；如满足用氢需求，则梯级制氢子系统停止制氢。本发明利用燃料电池工作时产生的热能为制氢系统预加热，解决了碱性电解槽冷启动时间长的问题。

Description

一种可再生能源耦合梯级制氢系统及制氢方法

技术领域

本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种可再生能源耦合梯级制氢系统及制氢方法。

背景技术

在众多的制氢技术中，电解水制氢被认为是未来氢气来源的主流技术。采用传统的网电电解水制氢因电力来源主要为煤，并不是真正意义上的绿色氢气，因此，构建可再生能源耦合电解水制氢装备来生产氢气成为行业关注的重点，也是真正意思上的零碳排放。

目前，电解槽作为电解水制氢的关键技术装备，呈现出技术路线多样化的特点，根据电解质的不同，电解水制氢技术分为碱性、质子交换膜和固体氧化物三大类。碱性电解槽技术成熟，成本低，运行范围窄，启动慢，波动适应性差，电流密度低，体积庞大，占据市场主导地位，在大型化方面具有优势，低电耗和高功率仍是攻关方向；PEM电解槽技术成熟度相对较高，成本有待降低，运行范围宽，启动快，波动适应性好，电流密度高，体积小，市场占有率快速提升；SOEC电解槽制氢效率高，需高温下运行，仍处于实验室阶段。

风光等可再生能源耦合电解水制氢有诸多优势，能够有效解决风光等可再生能源不稳定、季节性强、不易消纳等问题，耦合电解水制氢能够有效提高风电光伏等可再生能源的使用率。通过可再生能源制取的氢气能够有效降低碳排放。目前广泛采用的可再生能源耦合电解水制氢主要采用碱性电解槽，碱性电解槽因其具有冷启动时间长、不耐风光波动性的特点，影响了碱性电解槽在风光等可再生能源制氢项目上的应用。

发明内容

本发明提供及一种可再生能源耦合梯级制氢系统，为了解决碱性电解槽冷启动时间长、耐风光波动性差等问题。制氢系统通过燃料电池热电联供系统工作产生的热能为碱性电解槽预加热，提升碱性电解槽的冷启动能力。

可再生能源耦合梯级制氢系统包括：电控装置和制氢装置；

电控装置包括：可再生能源控制模块、分流控制模块以及燃料电池控制模块以及制氢需求控制模块；

制氢装置包括：梯级制氢子系统、燃料电池热电联供子系统、气液分离模块、纯化模块、缓冲罐以及储氢罐；

可再生能源控制模块设有供电单元，可再生能源控制模块通过分流控制模块向梯级制氢子系统供电，满足梯级制氢子系统对电能的需求；

燃料电池控制模块用于控制燃料电池热电联供子系统根据预设制氢工艺向梯级制氢子系统供水；

梯级制氢子系统的输出端依次与气液分离模块、纯化模块、缓冲罐以及储氢罐连接；

制氢需求控制模块判断可再生能源控制模块最大输出功率下是否满足用氢需求；

如不满足，可再生能源控制模块切换至电网给梯级制氢子系统供电，增加梯级制氢子系统制氢效率；

如制氢需求控制模块判断当前已经满足用氢需求，则制氢需求控制模块向可再生能源控制模块发送满足用氢需求信号，可再生能源控制模块停止给梯级制氢子系统供电，梯级制氢子系统停止制氢。

进一步需要说明的是，在梯级制氢子系统启动前，通过燃料电池热电联供子系统的燃料电池在电池反应过程中产生的热能为梯级制氢子系统预加热，实现碱性电解槽的冷启动。

进一步需要说明的是，燃料电池控制模块根据可再生能源控制模块输入的指令控制燃料电池热电联供子系统的两个出水口开合和流量；

梯级制氢子系统工作前2小时，燃料电池控制模块控制燃料电池热电联供子系统关闭出水口B，控制燃料电池热电联供子系统开启出水口C，为梯级制氢子系统预加热；

在梯级制氢子系统启动成功并正常工作后，控制燃料电池热电联供子系统关闭出水口C，并使出水口B正常工作。

进一步需要说明的是，供电单元包括：光伏发电机构和风力发电机构；

光伏发电机构通过DC/DC转换器向梯级制氢子系统供电；

风力发电机构通过AC/DC转换器向梯级制氢子系统供电。

进一步需要说明的是，梯级制氢子系统包括多个主碱性电解槽D和多个辅助碱性电解槽E；

分流控制模块对多个主碱性电解槽D和多个辅助碱性电解槽E的工作状态进行调控。

进一步需要说明的是，分流控制模块根据对梯级制氢子系统的功率分配控制策略，控制可再生能源控制模块向梯级制氢子系统输出功率，使梯级制氢子系统执行制氢工序；

控制策略为可再生能源控制模块输出功率满足辅助碱性电解槽E设定的功率阈值时，梯级制氢子系统中辅助碱性电解槽E开始工作，在可再生能源控制模块输出功率大于辅助碱性电解槽E工作阈值，且满足主碱性电解槽D设定的功率阈值时，主碱性电解槽D开始工作。

进一步需要说明的是，梯级制氢子系统输出的氢气经过气液分离模块后进入纯化模块，纯化模块处理后的氢气存入缓冲罐，通过压力传感器对缓冲罐进行压力检测，缓冲罐的压力达到设定阈值时，氢气进入储氢罐，实现氢气的存储。

进一步需要说明的是，梯级制氢子系统中的主碱性电解槽D的输出端对应连接至气液分离装置F；辅助碱性电解槽E的输出端对应连接至气液分离装置H，实现氢气和电解液的分离，经分离后的氢气共同进入到纯化模块。

本发明还提供一种可再生能源耦合梯级制氢方法，方法包括：

燃料电池控制模块接收控制指令，控制燃料电池热电联供子系统为梯级制氢子系统的主碱性电解槽D和辅助碱性电解槽E进行预加热；

判断可再生能源控制模块输出功率是否满足主碱性电解槽D所需功率；

如果满足，分流控制模块根据对梯级制氢子系统的功率分配控制策略，控制可再生能源控制模块向梯级制氢子系统输出功率，使梯级制氢子系统执行制氢工序；

梯级制氢子系统输出的氢气经过气液分离模块后进入纯化模块，纯化模块处理后的氢气存入缓冲罐，通过压力传感器对缓冲罐进行压力检测，缓冲罐的压力达到设定阈值时，氢气进入储氢罐，实现氢气的存储。

进一步需要说明的是，方法还包括：

制氢需求控制模块判断可再生能源控制模块最大输出功率下是否满足用氢需求；

如不满足，可再生能源控制模块切换至电网给梯级制氢子系统供电，增加梯级制氢子系统制氢效率；

如制氢需求控制模块判断当前已经满足用氢需求，则制氢需求控制模块向可再生能源控制模块发送满足用氢需求信号，可再生能源控制模块停止给梯级制氢子系统供电，梯级制氢子系统停止制氢。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供的可再生能源耦合梯级制氢系统及制氢方法中，意在解决碱性电解槽冷启动时间长、不耐风光波动性的问题，还解决目前采用的单一规格碱性电解槽不能够满足风光制氢宽负载范围使用需求的现状，搭配PEM电解槽使用成本较高的问题。本发明采用多规格碱性电解槽梯级使用的方式有效提高整个系统的适应能力。系统搭配燃料电池热电联供子系统，通过燃料电池热电联供子系统工作产生的热能为梯级制氢子系统预加热，提升碱性电解槽的冷启动能力，搭配的燃料电池热电联供系统同样能为园区提供稳定的电能、供热、供水。

本发明提供的可再生能源耦合梯级制氢系统及制氢方法提高了风光等可再生能源的使用率，使整个制氢系统的负载范围扩大到5%-100%，在碱性电解槽规格较多的情况下可提高到1%-100%的负载范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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为的可再生能源耦合梯级制氢系统示意图；

图2为可再生能源耦合梯级制氢方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的可再生能源耦合梯级制氢系统中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的电控装置和制氢装置而非按照实际实施时的数目及形状，其实际实施时电控装置和制氢装置的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且布局型态也可能更为复杂。

可再生能源耦合梯级制氢系统可以基于人工智能技术对关联的数据进行获取和处理。可再生能源耦合梯级制氢系统利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用装置。可再生能源耦合梯级制氢系统还可以结合机器学习和深度学习进行控制，可以包括人工神经网络、置信网络、强化学习、迁移学习、归纳学习、式教学习等技术。

电控装置中的各个模块可以是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、可编程门阵列(Field－Programmable GateArray，FPGA)、数字处理器(Digital Signal Processor，DSP)、嵌入式设备等。

电控装置和制氢装置所处的网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络(Virtual Private Network，VPN)等。

下面将结合图1来详细阐述本发明的可再生能源耦合梯级制氢系统，本发明意在解决碱性电解槽冷启动时间长、耐风光波动性差等问题。系统可以分析制氢过程数据变化趋势，评价制氢过程数据是否满足工艺要求，是否存在异常风险，对于提升制氢效率，降低制氢能耗有积极作用。

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。

请参阅图1所示是一具体实施例中可再生能源耦合梯级制氢系统包括：电控装置和制氢装置；

电控装置包括：可再生能源控制模块、分流控制模块以及燃料电池控制模块以及制氢需求控制模块；

制氢装置包括：梯级制氢子系统、燃料电池热电联供子系统、气液分离模块、纯化模块、缓冲罐以及储氢罐；

可再生能源控制模块设有供电单元，可再生能源控制模块通过分流控制模块向梯级制氢子系统供电，满足梯级制氢子系统对电能的需求；

供电单元包括：光伏发电机构和风力发电机构；光伏发电机构通过DC/DC转换器向梯级制氢子系统供电；风力发电机构通过AC/DC转换器向梯级制氢子系统供电。

本发明中，可再生能源控制模块接收包含风（光）等可再生能源提供的高压交流电（高压直流电）经DC/DC转换器和AC/DC转换器转换后的高压直流电，为制氢电解槽提供电力供应。当然可再生能源控制模块不仅可以提供风力发电、光伏发电、风光混合发电等多场景下的使用需求，还可以根据需要切换到电网进行供电。

燃料电池控制模块用于控制燃料电池热电联供子系统根据预设制氢工艺向梯级制氢子系统供水；

其中，在梯级制氢子系统启动前，通过燃料电池热电联供子系统的燃料电池在电池反应过程中产生的热能为梯级制氢子系统预加热，实现碱性电解槽的冷启动。

具体来讲，本发明增加了燃料电池热电联供子系统和燃料电池控制模块，燃料电池热电联供子系统规模为1kW-100kW不等，由梯级制氢子系统提供氢气，燃料电池工作为放热反应，燃料电池热电联供子系统设置一个冷却水进口A，经过燃料电池换热后的冷却水出口温度可达50-60℃，设置两个出水口，其中出水口B连接园区热水管路，出水口C连接梯级制氢系统。

燃料电池控制模块根据可再生能源控制模块输入的指令控制燃料电池热电联供子系统的两个出水口开合和流量；梯级制氢子系统工作前2小时，燃料电池控制模块控制燃料电池热电联供子系统关闭出水口B，控制燃料电池热电联供子系统开启出水口C，为梯级制氢子系统预加热；解决冷启动时间长的问题。在制氢系统启动成功正常工作时，关闭出水口C，出水口B正常工作，为园区持续提供供电、供热和供热水服务。

梯级制氢子系统的输出端依次与气液分离模块、纯化模块、缓冲罐、储氢罐连接；梯级制氢子系统输出的氢气经过气液分离模块后进入纯化模块，纯化模块处理后的氢气存入缓冲罐，通过压力传感器对缓冲罐进行压力检测，缓冲罐的压力达到设定阈值时，氢气进入储氢罐，实现氢气的存储。

制氢需求控制模块判断可再生能源控制模块最大输出功率下是否满足用氢需求；

如不满足，可再生能源控制模块切换至电网给梯级制氢子系统供电，增加梯级制氢子系统制氢效率；

如制氢需求控制模块判断当前已经满足用氢需求，则制氢需求控制模块向可再生能源控制模块发送满足用氢需求信号，可再生能源控制模块停止给梯级制氢子系统供电，梯级制氢子系统停止制氢。

这样，本发明采用电控装置和制氢装置，实现整个制氢系统的制氢负载范围达到5%-100%，可根据需求定制不同的负载范围。在一些工艺的需求下，可增加其他规格的碱性电解槽，使得梯级制氢子系统可实现1%-100%的负载范围的定制化需求。

本发明通过设置梯级制氢子系统和燃料电池热电联供子系统，有效碱性电解槽冷启动时间长、耐风光波动性差等问题。

作为本发明的一种实施方式，梯级制氢子系统包括多个主碱性电解槽D和多个辅助碱性电解槽E；分流控制模块对多个主碱性电解槽D和多个辅助碱性电解槽E的工作状态进行调控。

梯级制氢子系统可由多种不同制氢能力的碱性电解槽以设定的配置方案组成，可根据项目需求和负载能力需求范围定制。

分流控制模块根据对梯级制氢子系统的功率分配控制策略，控制可再生能源控制模块向梯级制氢子系统输出功率，使梯级制氢子系统执行制氢工序；

控制策略为可再生能源控制模块输出功率满足辅助碱性电解槽E设定的功率阈值时，梯级制氢子系统中辅助碱性电解槽E开始工作，在可再生能源控制模块输出功率大于辅助碱性电解槽E工作阈值，且满足主碱性电解槽D设定的功率阈值时，主碱性电解槽D开始工作。辅助电解槽E的主要作用是提升整个梯级制氢子系统的耐风光波动特性。

梯级制氢子系统中的主碱性电解槽D的输出端对应连接至气液分离装置F；辅助碱性电解槽E的输出端对应连接至气液分离装置H，实现氢气和电解液的分离，经分离后的氢气共同进入到纯化模块。

示例性的讲，梯级制氢子系统主要包括N个制氢能力为a Nm3/h的主碱性电解槽D和M个制氢能力为b Nm3/h的辅助碱性电解槽E，通过分流控制模块的调控，将N个a Nm3/h的碱性电解槽D（负载范围为20%-100%）和M个制氢能力为b Nm3/h的碱性电解槽E（负载范围为20%-100%）组合成一个系统，在特殊需求的项目可增加其他规格的碱性电解槽，使得梯级制氢子系统可实现1%-100%的负载范围的定制化需求。

例如，1000Nm3/h额定功率5MW负载范围为20%-100%的碱性电解槽和200Nm3/h额定功率1MW负载范围为20%-100%的碱性电解槽，可实现3.3%-100%的负载范围，如果再配套一个100 Nm3/h碱性电解槽，可实现1.5%-100%的负载范围。这样，采用多规格碱性电解槽组成梯级制氢子系统，可根据输入功率的大小选择那种规格碱性电解槽工作。

以下是本公开实施例提供的可再生能源耦合梯级制氢方法的实施例，该可再生能源耦合梯级制氢方法与上述各实施例的可再生能源耦合梯级制氢系统属于同一个发明构思，在可再生能源耦合梯级制氢方法的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述可再生能源耦合梯级制氢系统的实施例。

如图2所示，可再生能源耦合梯级制氢方法包括：

燃料电池控制模块接收控制指令，控制燃料电池热电联供子系统为梯级制氢子系统的主碱性电解槽D和辅助碱性电解槽E进行预加热；

判断可再生能源控制模块输出功率是否满足主碱性电解槽D所需功率；

如果满足，分流控制模块根据对梯级制氢子系统的功率分配控制策略，控制可再生能源控制模块向梯级制氢子系统输出功率，使梯级制氢子系统执行制氢工序；

梯级制氢子系统输出的氢气经过气液分离模块后进入纯化模块，纯化模块处理后的氢气存入缓冲罐，通过压力传感器对缓冲罐进行压力检测，缓冲罐的压力达到设定阈值时，氢气进入储氢罐，实现氢气的存储。

本发明的方法还包括：

制氢需求控制模块判断可再生能源控制模块最大输出功率下是否满足用氢需求；

如不满足，可再生能源控制模块切换至电网给梯级制氢子系统供电，增加梯级制氢子系统制氢效率；

如制氢需求控制模块判断当前已经满足用氢需求，则制氢需求控制模块向可再生能源控制模块发送满足用氢需求信号，可再生能源控制模块停止给梯级制氢子系统供电，梯级制氢子系统停止制氢。

作为本发明的方法来讲，利用风光等可再生能源通过可再生能源控制模块实现对风光等不稳定电力装换成碱性电解槽能够使用的低压直流电。燃料电池控制模块根据可再生能源工作规律或者设置的参数，为制氢系统进行预加热。

可再生能源控制模块判断输入的功率适合的梯级制氢子系统需要，并根据输入功率选择梯级制氢子系统中的主碱性电解槽D还是辅助碱性电解槽E，在输入功率符合设置的主碱性电解槽工作设定时，进入分流控制系统。

分流控制模块控制输入功率的分配，根据输入功率的大小按照预设条件为辅助碱性电解槽E提供稳定工作的设置，主碱性电解槽D承担主要的制氢任务，辅助碱性电解槽E通过分流控制模块协助稳定主碱性电解槽D的工作。

本发明方法中，制氢系统制取的氢气通过气液分离模块、纯化模块、缓冲罐等最终储存在储氢罐中。

在制氢需求控制模块下设置了制氢需求，判断可再生能源的供电能力最大的情况下，梯级制氢子系统所制的氢气是否满足使用需求，在制氢量无法满足使用需求时，通过可再生能源控制模块切换至电网，通过AC/DC转变为高压直流电接入，并进行DC/DC减压供配电，为梯级制氢子系统提供电力需求，满足氢气使用。在制氢量满足使用需求时，切断电源，停机维护。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

本发明提供的可再生能源耦合梯级制氢系统及制氢方法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。

可再生能源耦合梯级制氢系统及制氢方法附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的设备、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。示例性的讲，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本发明提供的可再生能源耦合梯级制氢系统及制氢方法是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。

本发明提供的可再生能源耦合梯级制氢系统及制氢方法中，可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或电力服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(示例性的讲利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

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 (10)

1.一种可再生能源耦合梯级制氢系统，其特征在于，包括：电控装置和制氢装置；

电控装置包括：可再生能源控制模块、分流控制模块以及燃料电池控制模块以及制氢需求控制模块；

制氢装置包括：梯级制氢子系统、燃料电池热电联供子系统、气液分离模块、纯化模块、缓冲罐以及储氢罐；

可再生能源控制模块设有供电单元，可再生能源控制模块通过分流控制模块向梯级制氢子系统供电，满足梯级制氢子系统对电能的需求；

燃料电池控制模块用于控制燃料电池热电联供子系统根据预设制氢工艺向梯级制氢子系统供水；

梯级制氢子系统的输出端依次与气液分离模块、纯化模块、缓冲罐以及储氢罐连接；

制氢需求控制模块判断可再生能源控制模块最大输出功率下是否满足用氢需求；

如不满足，可再生能源控制模块切换至电网给梯级制氢子系统供电，增加梯级制氢子系统制氢效率；

如制氢需求控制模块判断当前已经满足用氢需求，则制氢需求控制模块向可再生能源控制模块发送满足用氢需求信号，可再生能源控制模块停止给梯级制氢子系统供电，梯级制氢子系统停止制氢。

2.根据权利要求1所述的可再生能源耦合梯级制氢系统，其特征在于，

在梯级制氢子系统启动前，通过燃料电池热电联供子系统的燃料电池在电池反应过程中产生的热能为梯级制氢子系统预加热，实现碱性电解槽的冷启动。

3.根据权利要求1所述的可再生能源耦合梯级制氢系统，其特征在于，

燃料电池控制模块根据可再生能源控制模块输入的指令控制燃料电池热电联供子系统的两个出水口开合和流量；

梯级制氢子系统工作前2小时，燃料电池控制模块控制燃料电池热电联供子系统关闭出水口B，控制燃料电池热电联供子系统开启出水口C，为梯级制氢子系统预加热；

在梯级制氢子系统启动成功并正常工作后，控制燃料电池热电联供子系统关闭出水口C，并使出水口B正常工作。

4.根据权利要求1所述的可再生能源耦合梯级制氢系统，其特征在于，

供电单元包括：光伏发电机构和风力发电机构；

光伏发电机构通过DC/DC转换器向梯级制氢子系统供电；

风力发电机构通过AC/DC转换器向梯级制氢子系统供电。

5.根据权利要求1所述的可再生能源耦合梯级制氢系统，其特征在于，

梯级制氢子系统包括多个主碱性电解槽D和多个辅助碱性电解槽E；

分流控制模块对多个主碱性电解槽D和多个辅助碱性电解槽E的工作状态进行调控。

6.根据权利要求5所述的可再生能源耦合梯级制氢系统，其特征在于，

分流控制模块根据对梯级制氢子系统的功率分配控制策略，控制可再生能源控制模块向梯级制氢子系统输出功率，使梯级制氢子系统执行制氢工序；

控制策略为可再生能源控制模块输出功率满足辅助碱性电解槽E设定的功率阈值时，梯级制氢子系统中辅助碱性电解槽E开始工作，在可再生能源控制模块输出功率大于辅助碱性电解槽E工作阈值，且满足主碱性电解槽D设定的功率阈值时，主碱性电解槽D开始工作。

7.根据权利要求1所述的可再生能源耦合梯级制氢系统，其特征在于，

梯级制氢子系统输出的氢气经过气液分离模块后进入纯化模块，纯化模块处理后的氢气存入缓冲罐，通过压力传感器对缓冲罐进行压力检测，缓冲罐的压力达到设定阈值时，氢气进入储氢罐，实现氢气的存储。

8.根据权利要求5所述的可再生能源耦合梯级制氢系统，其特征在于，

梯级制氢子系统中的主碱性电解槽D的输出端对应连接至气液分离装置F；辅助碱性电解槽E的输出端对应连接至气液分离装置H，实现氢气和电解液的分离，经分离后的氢气共同进入到纯化模块。

9.一种可再生能源耦合梯级制氢方法，其特征在于，方法采用如权利要求1至8任意一项所述可再生能源耦合梯级制氢系统；方法包括：

燃料电池控制模块接收控制指令，控制燃料电池热电联供子系统为梯级制氢子系统的主碱性电解槽D和辅助碱性电解槽E进行预加热；

判断可再生能源控制模块输出功率是否满足主碱性电解槽D所需功率；

如果满足，分流控制模块根据对梯级制氢子系统的功率分配控制策略，控制可再生能源控制模块向梯级制氢子系统输出功率，使梯级制氢子系统执行制氢工序；

梯级制氢子系统输出的氢气经过气液分离模块后进入纯化模块，纯化模块处理后的氢气存入缓冲罐，通过压力传感器对缓冲罐进行压力检测，缓冲罐的压力达到设定阈值时，氢气进入储氢罐，实现氢气的存储。

10.根据权利要求9所述的可再生能源耦合梯级制氢方法，其特征在于，

方法还包括：

制氢需求控制模块判断可再生能源控制模块最大输出功率下是否满足用氢需求；

如不满足，可再生能源控制模块切换至电网给梯级制氢子系统供电，增加梯级制氢子系统制氢效率；

如制氢需求控制模块判断当前已经满足用氢需求，则制氢需求控制模块向可再生能源控制模块发送满足用氢需求信号，可再生能源控制模块停止给梯级制氢子系统供电，梯级制氢子系统停止制氢。

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