CN117902007A - 一种海上光伏发电制氢储能支撑装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上光伏发电制氢储能支撑装置及系统，属于制氢储能技术领域，能够解决海上光伏发电系统与制氢储能系统之间缺乏有机融合的问题。所述装置包括：储水桩，其内设有第一空腔，第一空腔用于容置待电解水；储水桩连接电解设备，电解设备用于电解待电解水；储氢桩，其内设有第二空腔，第二空腔与第一空腔连通，用于容纳氢气；储氧桩，其内设有第三空腔，第三空腔与第一空腔连通的，用于容纳氧气；储水桩、储氢桩和储氧桩均竖直设于海床上并呈三角形分布，且顶部均高于海面；浮体单元，设置在海面上且位于储水桩、储氢桩和储氧桩所限定的三角形区域内，用于支撑光伏组件；光伏组件用于向电解设备供电。本发明用于制氢储能。

Description

一种海上光伏发电制氢储能支撑装置及系统

技术领域

本发明涉及一种海上光伏发电制氢储能支撑装置及系统，属于制氢储能技术领域。

背景技术

随着全球能源结构去碳化转型，光伏发电作为一种绿色清洁可再生能源，近年来发展势头强劲，尤其是海上光伏迎来了大发展时期。然而，随着光伏等新能源发电系统的大量装机投产，新能源的随机性和波动性造成了能源系统中可再生能源弃电问题逐渐严重，大规模可再生富余电力的规模消纳是我国能源系统的新难题。因此，建立并完善储能系统成为缓解弃电问题的一种有效技术手段。

氢作为能量载体，具有很高的热值，且其具有可再生性、可储存性，是一种具有广阔前景的新型燃料。用电低谷期，通过电解水制氢储能，可将富余的电能转换为氢能储存起来；用电高峰期，可以利用氢气和氧气燃烧，组成氢氧发电机组，将储存的氢能转化为电能输出，从而改善新能源电力的随机性和波动性，实现用电低谷期和用电高峰均能稳定供电。

然而，由于淡水资源短缺，电解水制氢储能技术的发展推广受到制约，利用海水制氢储能成为新的发展方向。目前，我国海上光伏发电制氢储能技术尚处于初步发展阶段，海上光伏发电系统与制氢储能系统之间缺乏有机融合，导致二者无法紧密配合而组成稳定供电的一体化发电系统，使得海上光伏发电系统的弃电问题难以改善。因此，如何有机融合海上光伏发电系统与制氢储能系统成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种海上光伏发电制氢储能支撑装置及系统，能够解决现有海上光伏发电系统与制氢储能系统之间缺乏有机融合，导致二者无法组成稳定供电的一体化发电系统的问题。

一方面，本发明提供了一种海上光伏发电制氢储能支撑装置，所述装置包括：

储水桩，其内设有第一空腔，所述第一空腔内容置有待电解水；所述储水桩上连接有电解设备，所述电解设备用于电解所述待电解水；

储氢桩，其内设有第二空腔；所述第二空腔通过输氢管道与所述第一空腔连通，用于容纳电解水后制得的氢气；

储氧桩，其内设有第三空腔；所述第三空腔通过输氧管道与所述第一空腔连通，用于容纳电解水后制得的氧气；所述储水桩、所述储氢桩和所述储氧桩均竖直设于海床上并呈三角形分布，且其顶部均高于海面；

浮体单元，设置在所述海面上，且位于所述储水桩、所述储氢桩和所述储氧桩所限定的三角形区域内，用于支撑光伏组件；所述光伏组件用于向所述电解设备供电。

可选地，所述装置还包括：

加固单元，用于将所述储水桩、所述储氢桩和所述储氧桩两两连接。

可选地，所述加固单元包括：

三个加固杆，分别水平连接在所述储水桩、所述储氢桩和所述储氧桩两两之间。

可选地，所述加固单元为多个，多个加固单元分布在不同高度处。

可选地，高于海面的所述加固单元与所述储水桩、所述储氢桩和所述储氧桩围合形成所述三角形区域。

可选地，所述浮体单元与高于海面的所述加固单元柔性连接。

可选地，所述浮体单元包括多个浮体，且多个浮体之间柔性连接。

可选地，所述储水桩、所述储氢桩和所述储氧桩均竖直设于海床上并呈等边三角形分布。

可选地，所述输氢管道和所述输氧管道的设置高度均高于海面。

另一方面，本发明提供了一种海上光伏发电制氢储能支撑系统，所述系统包括：

多个支撑装置，所述支撑装置为上述任一种所述的海上光伏发电制氢储能支撑装置；相邻的两个支撑装置至少共用储水桩、储氢桩和储氧桩中的一个。

本发明能产生的有益效果包括：

本发明通过设置储水桩、储氢桩、储氧桩和浮体单元，能够对光伏组件进行支撑，确保了光伏组件的正常工作，同时利用储水桩、储氢桩和储氧桩的内部结构，为电解水制氢储能提供了空间，从而可以实现在用电低谷期，将富余的电能转化为氢能储存起来，在用电高峰期，将储存的氢能再转化为电能输出。通过光伏发电与制氢储能的紧密配合，有效改善新能源电力的随机性和波动性，实现用电低谷期和用电高峰均能稳定供电，提高了新能源电力的稳定性。

本发明利用加固杆与储水桩、储氢桩和储氧桩围合形成三角形区域，将光伏组件设置在该三角形区域内，可以有效阻挡海上漂浮物撞击光伏组件，并减缓海上波浪爬高对光伏组件的影响；同时，本发明设置的浮体单元可以随海浪波动而运动，能够有效避免光伏组件在风浪潮较大的环境中受到损坏，提高了装置的抗风浪潮能力。

本发明中的结构均可采用模块化设计，可以在岸上对各结构进行单独预制，再运送至安装现场进行组装，避免了大规模海上作业，降低了安装难度和安全风险。

本发明可适用于不同水深的安装环境，且可以根据实际情况灵活布置，具有适应性高，适用范围广等优势。

附图说明

图1为本发明实施例提供的海上光伏发电制氢储能支撑装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的图1的A向结构示意图；

图3为本发明实施例提供的图1的B向结构示意图；

图4为本发明实施例提供的海上光伏发电制氢储能支撑系统的结构示意图。

附图标记：

1、储水桩；2、储氢桩；3、储氧桩；4、加固杆；5、浮体；6、输氢管道；7、输氧管道；8、柔性连接件；9、设备区；10、光伏组件；11、海面；12、海床。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明实施例提供了一种海上光伏发电制氢储能支撑装置，如图1至图3所示，该装置包括：

储水桩1，其内设有第一空腔，第一空腔内容置有待电解水；储水桩1上连接有电解设备，电解设备用于电解待电解水；

储氢桩2，其内设有第二空腔；第二空腔通过输氢管道6与第一空腔连通，用于容纳电解水后制得的氢气；

储氧桩3，其内设有第三空腔；第三空腔通过输氧管道7与第一空腔连通，用于容纳电解水后制得的氧气；储水桩1、储氢桩2和储氧桩3均竖直设于海床12上并呈三角形分布，且其顶部均高于海面11；

浮体单元，设置在海面11上，且位于储水桩1、储氢桩2和储氧桩3所限定的三角形区域内，用于支撑光伏组件；光伏组件用于向电解设备供电。

实际中，海上光伏发电系统与制氢储能系统之间缺乏有机融合，无法在用电低谷期及时将光伏组件发出的电能转化为氢能储存，或将电能转化为氢能的过程及运输存储方式较为复杂，导致海上光伏发电系统与制氢储能系统无法组成稳定供电的一体化发电系统，从而使弃电问题难以改善。

本发明通过设置储水桩1、储氢桩2、储氧桩3和浮体单元，在海面11之上形成支撑平台，能够对光伏组件进行有效支撑，确保了光伏组件的正常工作；同时利用储水桩1、储氢桩2、储氧桩3的内部结构，为电解水制氢储能提供工作空间；然后将光伏组件发出的电力输送给储水桩1内的电解水设备，进行电解水制氢，并将制得的氢气和氧气分别通过输氢管道6和输氧管道7输送至储氢桩2和储氧桩3内储存，从而完成将电能转化为氢能并储能的过程。

由于本发明的装置内能够同时设置光伏发电设备和制氢储能设备，实现了对二者的一体化设置，极大地缩短了二者之间的距离，使二者之间的连接更加紧密，从而使光伏发电过程与制氢储能过程有机融合，实现光伏发电与制氢储能的同步进行，形成稳定供电的一体化发电系统，有效改善弃电问题。

具体地，如图3所示，在浮体单元形成的支撑平台上，除了可以安装光伏组件外，还可以设置设备区9，以放置装置所需的设备。

在本实施例中，储水桩1内储存有待电解的水，并安装有电解水设备。电解水设备与抽水设备连接，工作时，抽水设备抽取海水并输送至储水桩1内储存，再由电解水设备对水进行电解。由于目前的电解水设备大多只能电解淡水，海水需要经过淡化处理才能用做电解水源，因此，本实施例还设置有海水淡化设备。工作时，抽水设备将海水抽取至海水淡化设备中，海水淡化设备将海水淡化处理后输送至储水桩1内储存。在本实施例中，抽水设备、海水淡化设备及其他相关设备可以安装在第一空腔内水位上方的一定位置上，也可以安装在设备区9内。

在本实施例中，电解水设备将储水桩1内的水电解为氢气和氧气，并将制得的氢气和氧气分别通过输氢管道6和输氧管道7输送至储氢桩2和储氧桩3内储存。

具体地，如图1所示，输氢管道6和输氧管道7的设置高度均高于海面11，这样可以方便后续对输氢管道6和输氧管道7的检修操作，也便于监测管道的气体泄漏情况。

具体地，该装置还可以包括：

送氢管道，一端与所述储氢桩2连通；

送氧管道，一端与所述储氧桩3连通，所述送氢管道和送氧管道分别用于将所述储氢桩2和所述储氧桩3中的氢气和氧气对外输送。

实际中，送氢管道和送氧管道的另一端可以连接氢氧发电机组，用于在用电高峰时期将储存的氢能转化为电能并对外输出。

具体地，如图1所示，储水桩1、储氢桩2和储氧桩3的桩底均深入海床12一定深度，有利于加强桩身的稳定性；桩顶均伸出海面11一定高度，可以在海面11之上形成限定浮体单元和支撑光伏组件的区域。

实际中，可以根据实际情况设置储水桩1、储氢桩2和储氧桩3的安装高度，使其能适应不同的水深，便于本装置的灵活布置。

同时，如图2和图3所示，储水桩1、储氢桩2和储氧桩3呈三角形分布，可以形成围挡，对浮体单元的横向运动起到阻拦作用。实际中，可根据储水桩1、储氢桩2和储氧桩3之间的距离，调整浮体单元的外形和尺寸，使浮体单元的外形和尺寸与三角形区域的空间大小相匹配，从而将浮体单元限定在该三角形区域内，有效避免浮体单元随海浪波动漂浮到该区域外而使光伏组件受到损伤。

具体地，该装置还可以包括：

加固单元，用于将储水桩1、储氢桩2和储氧桩3两两连接。该加固单元可以将储水桩1、储氢桩2和储氧桩3连接起来，在储水桩1、储氢桩2、储氧桩3及加固单元之间形成相互约束，能够增强储水桩1、储氢桩2、储氧桩3的整体稳定性，克服单一结构固定易失稳的缺陷，使装置能够适应风浪潮较大的环境。

具体地，如图1至图3所示，加固单元可以包括：

三个加固杆4，分别水平连接在储水桩1、储氢桩2和储氧桩3两两之间。

在本实施例中，加固杆4为预制刚性杆件。三个加固杆4分别与储水桩1、储氢桩2和储氧桩3两两连接后，可以形成稳定的三角形连接，有利于增强装置的稳定性。

具体地，如图1所示，加固单元可以为多个，多个加固单元分布在不同高度处。

在本实施例中，多个加固单元分别设置在储水桩1、储氢桩2和储氧桩3的上部、中部和下部，可以进一步加强装置整体结构的稳定性。

具体地，高于海面11的加固单元与储水桩1、储氢桩2和储氧桩3围合形成三角形区域，浮体单元被限定在该三角形区域内。

在本实施例中，高于海面11的加固杆4既能起到加强装置稳定性的作用，也兼具限定浮体单元的作用，其与储水桩1、储氢桩2和储氧桩3连接后，可以在海面11之上形成封闭的三角形区域，一方面，可以阻挡浮体单元随海浪波动漂浮至该区域外，从而将浮体单元限定在该区域内；另一方面，可以将海面11上的漂浮物阻挡在该区域外，避免漂浮物撞击浮体单元而造成光伏组件的损坏。

具体地，浮体单元与高于海面11的加固单元柔性连接。

实际中，浮体单元可以通过柔性连接件8与加固杆4柔性连接，还可以通过柔性连接件8与储水桩1、储氢桩2和储氧桩3柔性连接，通过柔性连接，限定浮体单元的运动范围，一方面能够有效避免海浪爬高时将浮体单元顶起并带离上述三角形区域；另一方面，可以消减海浪对浮体结构的作用力，避免海浪对浮体单元和光伏组件造成损伤；再者，还可以避免浮体单元在海浪推力下撞击储水桩1、储氢桩2、储氧桩3、加固杆4等结构而造成损伤。

具体地，柔性连接件8可以是链条，也可以是绳索，还可以是其他柔性连接结构。

具体地，浮体单元可以包括多个浮体5，且多个浮体5之间柔性连接。

如图3所示，多个浮体5通过柔性连接件8组合成一个浮体单元，相较于浮体单元为一整块浮体的情况，可以进一步消减海浪对浮体单元的作用力，有利于延长其使用寿命。

实际中，多个浮体5之间的柔性连接件8可以是链条，也可以是绳索，还可以是其他柔性连接结构。

具体地，储水桩1、储氢桩2和储氧桩3均竖直设于海床12上并呈等边三角形分布。

等边三角形相较于其他三角形，具有更高的稳定性，因此将储水桩1、储氢桩2和储氧桩3呈等边三角形布置，有利于进一步提高装置整体的稳定性。

本发明另一实施例提供了一种海上光伏发电制氢储能支撑系统，该系统包括：

多个支撑装置，所述支撑装置为上述任一种所述的海上光伏发电制氢储能支撑装置；相邻的两个支撑装置至少共用储水桩1、储氢桩2和储氧桩3中的一个。

在本实施例中，如图4所示，相邻的两个支撑装置共用储水桩1、储氢桩2和储氧桩3中的两个，可以最大限度地利用海面11上的空间进行发电。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种海上光伏发电制氢储能支撑装置，其特征在于，所述装置包括：

储水桩，其内设有第一空腔，所述第一空腔内容置有待电解水；所述储水桩上连接有电解设备，所述电解设备用于电解所述待电解水；

储氢桩，其内设有第二空腔；所述第二空腔通过输氢管道与所述第一空腔连通，用于容纳电解水后制得的氢气；

储氧桩，其内设有第三空腔；所述第三空腔通过输氧管道与所述第一空腔连通，用于容纳电解水后制得的氧气；所述储水桩、所述储氢桩和所述储氧桩均竖直设于海床上并呈三角形分布，且其顶部均高于海面；

浮体单元，设置在所述海面上，且位于所述储水桩、所述储氢桩和所述储氧桩所限定的三角形区域内，用于支撑光伏组件；所述光伏组件用于向所述电解设备供电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

加固单元，用于将所述储水桩、所述储氢桩和所述储氧桩两两连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加固单元包括：

三个加固杆，分别水平连接在所述储水桩、所述储氢桩和所述储氧桩两两之间。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加固单元为多个，多个加固单元分布在不同高度处。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，高于海面的所述加固单元与所述储水桩、所述储氢桩和所述储氧桩围合形成所述三角形区域。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述浮体单元与高于海面的所述加固单元柔性连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述浮体单元包括多个浮体，且多个浮体之间柔性连接。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储水桩、所述储氢桩和所述储氧桩均竖直设于海床上并呈等边三角形分布。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输氢管道和所述输氧管道的设置高度均高于海面。

10.一种海上光伏发电制氢储能支撑系统，其特征在于，所述系统包括：

多个支撑装置，所述支撑装置为权利要求1至9中任一项所述的海上光伏发电制氢储能支撑装置；相邻的两个支撑装置至少共用储水桩、储氢桩和储氧桩中的一个。