CN210261401U - 适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理‑电解制氢组合系统，利用波动性电源的富余电力同时供给电化学水处理和电解水制氢，电解水制氢的原料水从电化学处理电源所在地的原水而获得，解决了清洁电源富余地区水资源缺乏对制氢的不利影响，实现了较高的综合效益，产生的氢气具有较高的价值，可带动周边地区产业的绿色优化升级。可实现波动性电源的灵活调峰，提高电网或局部分布式用电的稳定性，增加清洁的波动电源上网空间或增加火电调峰深度。

Description

适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统

技术领域

本实用新型涉及一种波动性电源调峰的方法，特别涉及一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统。

背景技术

近年来，风电、光伏等可再生能源发电装机发展迅速，未来波动性能源发电将占据更大的电能比例，给用电平稳和安全提出了更高的要求。通过电解制氢，将波动性可再生能源或过剩火电转化为氢气，可实现能源的大规模、长周期削峰填谷，是一种良好的平抑波动的方法。然而，我国风、光资源丰富的三北等地区往往同时面临着缺水的问题，而电解水制氢对水质要求很高，限制了在风、光富余地区利用电解水制氢调峰的大规模应用。同时，这些地区的地下水往往水质较差，含盐量、硬度较高，利用常规的膜处理方法难以处理，电厂内饮用水和生活用水往往依靠外运，极大地增加了电厂的运行成本。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统，解决了现有的电解水制氢对水质要求高，导致电厂运行成本高的缺陷。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供的一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统，包括波动性电源、控制单元、电化学水处理单元和电解制氢单元，其中，波动性电源的信号输出端连接控制单元的信号输入端；控制单元的信号输出端连接电化学水处理单元和电解制氢单元；波动性电源的电源接出端连接电化学处理单元和电解制氢单元的电源接入端；电化学水处理单元的入水口连接原水水泵的出水口；电化学水处理单元的出水口连接电解制氢单元的补水口。

优选地，所述波动性电源为风电、光伏、水电或有调峰需求的火电中的一种或几种。

优选地，所述控制单元包括数据获取模块、判断模块和控制模块，其中，数据获取模块从波动性电源的信号输出端接收波动性电源的实时可发电量和应发电量，并将获取的波动性电源的实时可发电量和应发电量传输到判断模块；判断模块将波动性电源的实时可发电量和应发电量进行对比，判断波动性电源是否处于限电状态，并计算限电容量；数据获取模块同时从电化学水处理单元和电解制氢单元实时获取电化学水处理和电解制氢的负荷情况，并将获取的负荷情况传输到判断模块；判断模块将波动性电源的限电容量和电化学水处理单元及电解制氢单元的实时负荷进行对比，并将对比结果传输到控制模块；控制模块向电化学水处理单元和电解制氢单元发出启动或停止以及加速或减慢的指令。

优选地，电化学处理单元包括电化学除垢单元和膜处理单元，其中，原水水泵的出口连接电化学除垢单元的进水口，电化学除垢单元的出水口连接膜处理单元的进水口，膜处理单元的浓水出水口连接电化学除垢单元的进水口，膜处理单元的淡水出水口连接电解制氢单元的补水口。

优选地，电化学除垢单元包括整流器、电化学装置和刮垢装置，其中，整流器设置在波动性电源和电化学装置之间，电化学装置的进水口连接原水水泵的出水口，电化学装置的出水口连接膜处理单元的进水口。

优选地，电解制氢单元包括电解制氢设备，电解制氢设备是碱性水电解制氢设备、固体聚合物电解制氢设备和固体氧化物电解制氢设备中的一种或几种。

优选地，电解制氢设备和波动性电源之间设置有逆变器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统，利用波动性电源的富余电力同时供给电化学水处理和电解水制氢，电解水制氢的原料水从电化学处理电源所在地的原水而获得，解决了清洁电源富余地区水资源缺乏对制氢的不利影响，实现了较高的综合效益，产生的氢气具有较高的价值，可带动周边地区产业的绿色优化升级。可实现波动性电源的灵活调峰，提高电网或局部分布式用电的稳定性，增加清洁的波动电源上网空间或增加火电调峰深度；利用波动性电源的富余电量实现水的纯化，可为缺水提取提供清洁安全的饮用、生活水源，实现能源的高效利用，降低电厂运行成本；

附图说明

图1是本实用新型适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统的流程图。

图2是本实用新型的系统中电化学处理单元的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型提供的一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统，包括波动性电源1、控制单元2、电化学水处理单元3和电解制氢单元4，其中，波动性电源1的信号输出端连接控制单元2的信号输入端；控制单元2连接电化学水处理单元3和电解制氢单元4，向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出控制指令；波动性电源1的电源接出端连接电化学处理单元3和电解制氢单元4的电源接入端；电化学水处理单元3的入水口连接原水水泵的出水口；电化学水处理单元3的出水口连接电解制氢单元4的补水口。

所述波动性电源1为风电、光伏、水电或有调峰需求的火电中的一种或几种。

所述波动性电源1的信号输出包括波动性电源的实时可发电量和应发电量，据此可计算出电源的限电情况。

应发电量根据电网的调度、调峰需求或用户负荷需求确定。

所述波动性电源1的电源接出端与电化学处理单元3和电解制氢单元4的电源接入端之间配备合适容量的变压器和隔离保护设施。

所述控制单元2包括数据获取模块、判断模块和控制模块，其中，数据获取模块从波动性电源1的信号输出端接收波动性电源1的实时可发电量和应发电量，并将获取的波动性电源1的实时可发电量和应发电量传输到判断模块；判断模块将波动性电源的实时可发电量和应发电量进行对比，判断波动性电源是否处于限电状态，并计算限电容量；数据获取模块同时从电化学水处理单元3和电解制氢单元4实时获取电化学水处理和电解制氢的负荷情况，并将获取的负荷情况传输到判断模块；判断模块将波动性电源1的限电容量和电化学水处理单元3及电解制氢单元4的实时负荷进行对比，并将对比结果传输到控制模块；控制模块向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出启动或停止以及加速或减慢的指令。

如图2所示，所述电化学处理单元3包括电化学除垢单元a和膜处理单元b，其中，电化学除垢单元a包括整流器、电化学装置和刮垢装置，整流器用于将电源接入端的交流电转变为适合电化学装置的直流电，电化学装置包括较大面积的阴极和高活性阳极，原水水泵中的硬度离子在直流电作用下移动到阳极，与水还原产生的氢氧根离子和碳酸根离子结合形成结垢物质；刮垢装置用于将阴极产生的结垢物质定期除去，以保持电极的活性。

膜处理单元b包括超滤膜和反渗透膜，除垢后的水经过膜处理单元b后供给电解制氢设备使用。

所述原水水泵的出口连接电化学除垢单元a的进水口，电化学除垢单元a的出水口连接膜处理单元b的进水口，膜处理单元b的浓水出水口连接电化学除垢单元a的进水口，膜处理单元b的淡水出水口连接电解制氢单元4的进水口和纯水储水箱c。

所述原水水泵为电厂内井水、其他来源的地下水或地表水。

所述电解制氢单元4包括逆变器和电解制氢设备，逆变器用于将电源输出端输出的交流电变为适合电解制氢设备的直流电，电解制氢设备是碱性水电解制氢设备、固体聚合物电解制氢设备、固体氧化物电解制氢设备的一种或几种。

利用电化学水处理-电解制氢组合系统进行波动性电源调峰的方法，包括如下步骤：

步骤1：通过波动性电源1的信号输出端向控制单元2传递电源实时可发电量和应发电量；

步骤2；控制单元2的数据获取模块获取波动性电源1的信号后，通过判断模块判断电源限电状态：

若实时可发电量<或＝应发电量，电源不处于限电状态；

若实时可发电量>应发电量，电源处于限电状态；

限电容量＝实时可发电量-应发电量；

步骤3：控制单元2的数据获取模块同时从电化学水处理单元3和电解制氢单元4实时获取电化学水处理和电解制氢的负荷情况；判断模块将波动性电源的限电容量和电化学水处理及电解制氢的实时负荷进行对比；

若限电容量<实时负荷，控制模块向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出停止或减慢的指令；

若限电容量>实时负荷，控制模块向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出启动或加速的指令。

若限电容量＝实时负荷，控制模块向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出功率不变的指令。

步骤4：电化学处理单元3产生的纯水进入电解制氢单元4的补水系统，多余的部分进入纯水储水箱储存起来，供电厂生活、生产使用。

步骤5：电解制氢单元4产生的氢气可通过管道输送到用氢点，或通过高压气瓶或其他储存方式储存起来运送到用氢点，进入下游应用。

所述步骤2和3中，通过控制单元2的实时控制，使电化学水处理单元3和电解制氢单元4的整体负荷实时匹配波动性电源的限电量，使波动性电源的能量利用率达到最大值；

所述步骤4中，电化学处理单元3的处理量根据波动性电源的限电情况、电解制氢单元4的用水量和电厂的日常需水量确定，利用纯水储水箱，在限电容量高时将多余的水储存起来，在限电较低或不限电时利用储水箱中的纯水供给电厂生活和生产使用；

所述步骤4中，电化学除垢单元预先除去了原水的一部分硬度离子，减轻了后续膜单元的处理负担，延长了膜的清洗周期；膜单元浓水进入电化学除垢单元进一步除垢，增加了电化学除垢单元内的电导率，提高电化学除垢单元的电流效率，并提高了膜单元的产水率。

实施例1

利用电化学水处理-电解制氢组合系统进行上网风电调峰。所述系统包括风电厂电源1、控制单元2、电化学水处理单元3和电解制氢单元4，风电厂电源1的信号输出端连接控制单元2的信号输入端；控制单元2连接电化学水处理单元3和电解制氢单元4，向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出控制指令；风电厂电源1的电源接出端连接电化学处理单元3和电解制氢单元4的电源接入端；电化学水处理单元3的入水口连接原水水泵的出水口；电化学水处理单元3的出水口连接电解制氢单元的补水口。

风电厂电源1的信号输出包括波动性电源的实时可发电量和应发电量，据此可计算出电源的限电情况。应发电量根据电网的调度确定。风电厂电源1的电源接出端与电化学处理单元3和电解制氢单元4的电源接入端之间配备合适容量的变压器和隔离保护设施。

控制单元2包括数据获取模块、判断模块和控制模块，控制单元2的数据获取模块从风电厂电源1的信号输出端接收波动性电源的实时可发电量和应发电量；控制单元2的判断模块将波动性电源的实时可发电量和应发电量进行对比，判断波动性电源是否处于限电状态，并计算限电容量；数据获取模块同时从电化学水处理单元3和电解制氢单元4实时获取电化学水处理和电解制氢的负荷情况；判断模块将波动性电源的限电容量和电化学水处理及电解制氢的实时负荷进行对比；控制模块向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出启动或停止以及加速或减慢的指令。

电化学处理单元3包括电化学除垢单元和膜处理单元。电化学除垢单元包括整流器、电化学装置和刮垢装置，整流器用于将电源接入端的交流电转变为适合电化学装置的直流电，电化学装置包括较大面积的阴极和高活性阳极，原水水泵中的硬度离子在直流电作用下移动到阳极，与水还原产生的氢氧根离子和碳酸根离子结合形成结垢物质；刮垢装置用于将阴极产生的结垢物质定期除去，以保持电极的活性。膜处理单元包括超滤膜和反渗透膜，除垢后的水经过膜处理单元后供给电解制氢设备使用。

所述原水水泵的出口连接电化学除垢单元的进水口，电化学除垢单元的出水口连接膜处理单元的进水口，膜处理单元的浓水出水口连接电化学除垢单元的进水口，膜处理单元的淡水出水口连接电解制氢单元4的进水口和纯水储水箱。

所述原水水泵为电厂内井水。

电解制氢单元4包括逆变器、电解制氢设备和辅助设备，逆变器用于将电源输出端输出的交流电变为适合电解制氢设备的直流电，电解制氢设备是碱性水电解制氢设备。

利用电化学水处理-电解制氢组合系统进行风电调峰的方法，包括如下步骤：

步骤1：通过风电厂电源1的信号输出端向控制单元传递电源实时可发电量和应发电量；

步骤2；控制单元2的数据获取模块获取电源1的信号后，通过判断模块判断电源限电状态：

若实时可发电量<或＝应发电量，电源不处于限电状态；

若实时可发电量>应发电量，电源处于限电状态，限电容量＝实时可发电量-应发电量；

步骤3：控制单元2的数据获取模块同时从电化学水处理单元3和电解制氢单元4实时获取电化学水处理和电解制氢的负荷情况；判断模块将波动性电源的限电容量和电化学水处理及电解制氢的实时负荷进行对比；

若限电容量<实时负荷，控制模块向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出停止或减慢的指令；

若限电容量>实时负荷，控制模块向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出启动或加速的指令。

若限电容量＝实时负荷，控制模块向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出功率不变的指令。

步骤4：电化学处理单元3产生的纯水进入电解制氢单元4的补水系统，多余的部分进入纯水储水箱储存起来，供电厂生活、生产使用。

步骤5：电解制氢单元产生的氢气通过管道输送到用氢点，进入下游应用。

电化学处理单元3的处理量根据电源的限电情况、电解制氢单元4的用水量和电厂的日常需水量确定，利用纯水储水箱，在限电容量高时将多余的水储存起来，在限电较低或不限电时利用储水箱中的纯水供给电厂生活和生产使用。

实施例2

利用电化学水处理-电解制氢组合系统进行火电调峰。所述系统包括火电厂电源1、控制单元2、电化学水处理单元3和电解制氢单元4，火电厂电源1的信号输出端连接控制单元2的信号输入端；控制单元2连接电化学水处理单元3和电解制氢单元4，向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出控制指令；火电厂电源1的电源接出端连接电化学处理单元3和电解制氢单元4的电源接入端；电化学水处理单元3的入水口连接原水水泵的出水口；电化学水处理单元3的出水口连接电解制氢单元的补水口。

火电厂电源1的信号输出包括波动性电源的实时可发电量和应发电量，据此可计算出电源的限电情况。应发电量根据电网的调峰需求确定。火电厂电源1的电源接出端与电化学处理单元3和电解制氢单元4的电源接入端之间配备合适容量的变压器和隔离保护设施。

控制单元2包括数据获取模块、判断模块和控制模块，控制单元2的数据获取模块从电源1的信号输出端接收波动性电源的实时可发电量和应发电量；控制单元2的判断模块将波动性电源的实时可发电量和应发电量进行对比，判断波动性电源是否处于限电状态，并计算限电容量；数据获取模块同时从电化学水处理单元3和电解制氢单元4实时获取电化学水处理和电解制氢的负荷情况；判断模块将波动性电源的限电容量和电化学水处理及电解制氢的实时负荷进行对比；控制模块向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出启动或停止以及加速或减慢的指令。

电化学处理单元3包括电化学除垢单元和膜处理单元。电化学除垢单元包括整流器、电化学装置和刮垢装置，整流器用于将电源接入端的交流电转变为适合电化学装置的直流电，电化学装置包括较大面积的阴极和高活性阳极，原水水泵中的硬度离子在直流电作用下移动到阳极，与水还原产生的氢氧根离子和碳酸根离子结合形成结垢物质；刮垢装置用于将阴极产生的结垢物质定期除去，以保持电极的活性。膜处理单元包括超滤膜和反渗透膜，除垢后的水经过膜处理单元后供给电解制氢设备使用。

所述原水水泵的出口连接电化学除垢单元的进水口，电化学除垢单元的出水口连接膜处理单元的进水口，膜处理单元的浓水出水口连接电化学除垢单元的进水口，膜处理单元的淡水出水口连接电解制氢单元4的进水口和纯水储水箱。

所述原水水泵为电厂附近河流地表水。

电解制氢单元4包括逆变器、电解制氢设备和辅助设备，逆变器用于将电源输出端输出的交流电变为适合电解制氢设备的直流电，电解制氢设备是碱性水电解制氢设备。

利用电化学水处理-电解制氢组合系统进行火电调峰的方法，包括如下步骤：

步骤1：通过火电厂电源1的信号输出端向控制单元传递电源实时可发电量和应发电量；

步骤2；控制单元2的数据获取模块获取火电厂电源1的信号后，通过判断模块判断电源限电状态：

若实时可发电量<或＝应发电量，电源不处于限电状态；

若实时可发电量>应发电量，电源处于限电状态，限电容量＝实时可发电量-应发电量；

步骤3：控制单元2的数据获取模块同时从电化学水处理单元3和电解制氢单元4实时获取电化学水处理和电解制氢的负荷情况；判断模块将波动性电源的限电容量和电化学水处理及电解制氢的实时负荷进行对比；

若限电容量<实时负荷，控制模块向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出停止或减慢的指令；

若限电容量>实时负荷，控制模块向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出启动或加速的指令。

若限电容量＝实时负荷，控制模块向电化学水处理单元3和电解制氢单元4发出功率不变的指令。

步骤4：电化学处理单元3产生的纯水进入电解制氢单元4的补水系统，多余的部分进入纯水储水箱储存起来，供电厂生活、生产使用。

步骤5：电解制氢单元产生的氢气通过管道输送到用氢点，进入下游应用。

电化学处理单元3的处理量根据电源的限电情况、电解制氢单元4的用水量和电厂的日常需水量确定，利用纯水储水箱，在限电容量高时将多余的水储存起来，在限电较低或不限电时利用储水箱中的纯水供给电厂生活和生产使用。

本实用新型未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本实用新型部分具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统，其特征在于，包括波动性电源(1)、控制单元(2)、电化学水处理单元(3)和电解制氢单元(4)，其中，波动性电源(1)的信号输出端连接控制单元(2)的信号输入端；控制单元(2)的信号输出端连接电化学水处理单元(3)和电解制氢单元(4)；波动性电源(1)的电源接出端连接电化学水处理单元(3)和电解制氢单元(4)的电源接入端；电化学水处理单元(3)的入水口连接原水水泵的出水口；电化学水处理单元(3)的出水口连接电解制氢单元(4)的补水口。

2.根据权利要求1所述的一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统，其特征在于，所述波动性电源(1)为风电、光伏、水电或有调峰需求的火电中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统，其特征在于，所述控制单元(2)包括数据获取模块、判断模块和控制模块，其中，数据获取模块从波动性电源(1)的信号输出端接收波动性电源(1)的实时可发电量和应发电量，并将获取的波动性电源(1)的实时可发电量和应发电量传输到判断模块；判断模块将波动性电源的实时可发电量和应发电量进行对比，判断波动性电源是否处于限电状态，并计算限电容量；数据获取模块同时从电化学水处理单元(3)和电解制氢单元(4)实时获取电化学水处理和电解制氢的负荷情况，并将获取的负荷情况传输到判断模块；判断模块将波动性电源(1)的限电容量和电化学水处理单元(3)及电解制氢单元(4)的实时负荷进行对比，并将对比结果传输到控制模块；控制模块向电化学水处理单元(3)和电解制氢单元(4)发出启动或停止以及加速或减慢的指令。

4.根据权利要求1所述的一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统，其特征在于，电化学水处理单元(3)包括电化学除垢单元(a)和膜处理单元(b)，其中，原水水泵的出口连接电化学除垢单元(a)的进水口，电化学除垢单元(a)的出水口连接膜处理单元(b)的进水口，膜处理单元(b)的浓水出水口连接电化学除垢单元(a)的进水口，膜处理单元(b)的淡水出水口连接电解制氢单元(4)的补水口。

5.根据权利要求4所述的一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统，其特征在于，电化学除垢单元(a)包括整流器、电化学装置和刮垢装置，其中，整流器设置在波动性电源(1)和电化学装置之间，电化学装置的进水口连接原水水泵的出水口，电化学装置的出水口连接膜处理单元(b)的进水口。

6.根据权利要求1所述的一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统，其特征在于，电解制氢单元(4)包括电解制氢设备，电解制氢设备是碱性水电解制氢设备、固体聚合物电解制氢设备和固体氧化物电解制氢设备中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的一种适用于波动性电源调峰的电化学水处理-电解制氢组合系统，其特征在于，电解制氢设备和波动性电源(1)之间设置有逆变器。

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