CN212627162U - 一种用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统 - Google Patents

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曹曦
朱勇
徐若晨
刘明义
曹传钊
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Huaneng Clean Energy Research Institute
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Abstract

本实用新型公开了一种用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统，包括光伏发电系统、第一DC‑DC变流器、功率协调控制系统、风力发电系统、AC‑DC变流器、超级电容器、电解槽、氧气储罐、氢气储罐、氢气加注系统、燃料电池发电系统及直流负载，该系统能够有效解决现有技术中可再生能源发电存在间歇性和波动性而导致的储能效率低及对环境在成影响的问题。

Description

一种用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统
技术领域
本实用新型属于可再生综合能源利用领域，涉及一种用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统。
背景技术
受自然条件及地理条件等因素制约，许多地区仍未与大电网连通。虽然通过采用风电、光伏等可再生能源连接组成的微网，可提供较为清洁的电力，但光伏及风力发电固有的间歇性、随机不确定性等特点，将对用电设备的安全稳定运行产生诸多不利影响。因此，改善电能质量亦成为目前亟需解决的问题。
对可再生能源发电系统配备一定容量储能装置，利用其动态快速吸收能量并适时释放的特点，可实现电力输出平滑、削峰填谷的作用，能够改善电力输出的可控性，提升其稳定水平。其中，锂离子电池储能系统因具有相对较好的安全性和较高的能量密度成为储能系统的首选。但是，在海拔较高、海岛等严寒或高湿地区，自然条件恶劣，生态环境脆弱，锂离子电池的使用和回收都有可能对生态环境造成影响。另外，严寒地区，锂离子电池储能系统维护正常运行需要的电力消耗过大，造成储能效率降低。利用电解槽电解水制氢，可有效消纳浪费资源，产生氢能。同时，在需要电能时，氢能可通过燃料电池转换为电能输送上网，实现电能存储与释放。另外，电解制备的氢气还可用于为移动设备或车辆加氢使用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统，该系统能够有效解决现有技术中可再生能源发电存在间歇性和波动性而导致的储能效率低及对环境造成影响的问题。
为达到上述目的，本实用新型所述的用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统包括光伏发电系统、DC-DC变流器、功率协调控制系统、风力发电系统、AC-DC变流器、超级电容器、电解槽、氧气储罐、氢气储罐、氢气加注系统、燃料电池发电系统及直流负载；
光伏发电系统、风力发电系统、直流负载、电解槽、燃料电池发电系统及氢气加注系统将各自的控制端接入功率协调控制系统；光伏发电系统的输出端经第一DC-DC变流器接入直流母线；风力发电系统的输出端经AC-DC变流器接入直流母线；直流母线经过第二DC-DC变流器接入超级电容器的输入端，超级电容器的输出端接入电解槽。
燃料电池发电系统的输出端经第二DC-DC变流器与直流母线相连接。
电解槽的氢气出口经氢气缓冲罐与氢气储罐的入口相连通，氢气储罐的出口与氢气加注系统的入口及燃料电池发电系统的氢气入口相连通。
电解槽的氧气出口经氧气缓冲罐与氧气储罐相连通。
还包括用于对电解槽进行供给电解液的电解液储罐。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所述的用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统在具体操作时，功率协调控制系统优先保证直流负载供电，当供电不足时，启动燃料电池发电系统进行补充供电，然后启动燃料电池发电系统发电。当有剩余时，则优先通过超级电容器充电，用于启动电解槽电解水制氢，当此时还有剩余电能时，则启动氢气加注系统给外供氢。超级电容器首先用于平抑系统较小的功率波动，避免可再生能源发电存在间歇性和波动性而导致的储能效率低的问题，另外，电解槽产生的氢气经氢气缓冲罐纯化及压缩后送入氢气储罐中，氢气储罐中的氢气分为两路，其中一路供给燃料电池发电系统，另一路供给氢气加注，避免使用锂离子电池储能系统带来的各种问题，实现电力清洁、稳定、高效的供应，同时实现移动设备或车辆的加氢，特别适用于自然条件恶劣的海拔较高、海岛等严寒或高湿无电网地区，尤其是边防哨所等有供氢需要的地区。
附图说明
图1为本实用新型的原理图。
其中，1为光伏发电系统、2为风力发电系统、3为AC-DC变流器、41为第一DC-DC变流器、42为第二DC-DC变流器、43为第三DC-DC变流器、5为功率协调控制系统、6为直流负载、7为超级电容器、8为电解槽、9为氧气缓冲罐、10为氧气储罐、11为氢气缓冲罐、12为氢气储罐、13为电解液储罐、14为燃料电池发电系统、15为氢气加注系统、16为直流母线。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
参考图1，本实用新型所述的用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统包括光伏发电系统1、第一DC-DC变流器41、功率协调控制系统5、风力发电系统2、AC-DC变流器3、超级电容器7、电解槽8、氧气储罐10、氢气储罐12、氢气加注系统15、燃料电池发电系统14、直流负载6及直流母线16；
光伏发电系统1、风力发电系统2、直流负载6、电解槽8、燃料电池发电系统14及氢气加注系统15各自的控制端接入功率协调控制系统5；光伏发电系统1的输出端经第一DC-DC变流器41接入直流母线16；风力发电系统的输出端经AC-DC变流器3接入直流母线16；直流母线16经过第二DC-DC变流器42接入超级电容器7的输入端，超级电容器7的输出端接入电解槽8。
具体的，燃料电池发电系统14的输出端经第二DC-DC变流器43与直流母线16相连接；电解槽8的氢气出口经氢气缓冲罐11与氢气储罐12的入口相连通，氢气储罐12的出口与氢气加注系统15的入口及燃料电池发电系统14的氢气入口相连通；电解槽8的氧气出口经氧气缓冲罐9与氧气储罐10相连通；本实用新型还包括用于对电解槽8进行供给电解液的电解液储罐13。
在工作时，光伏发电系统1输出的电流经第一DC-DC变流器41稳压整流后接入直流母线16；风力发电系统2输出的电流经AC-DC变流器3输入直流母线16。
功率协调控制系统5对光伏发电系统1、风力发电系统2、直流负载6、超级电容器7、电解槽8、燃料电池发电系统14及氢气加注系统15的功率波动进行实时监控及控制；功率协调控制系统5优先保证直流负载6供电，当供电不足时，启动燃料电池发电系统14进行补充供电，当光伏发电系统1及风力发电系统2产生的电满足直流负载6需求，且有剩余时，则优先通过超级电容器7充电，用于启动电解槽8电解水制氢，当此时还有剩余电能时，则启动氢气加注系统15给外供氢，其中，电解槽8产生的氢气经氢气缓冲罐11纯化及压缩后送入氢气储罐12中，电解槽8产生的氧气经氧气缓冲罐9纯化及压缩后送入氧气储罐10中，氢气储罐12中的氢气分为两路，其中一路供给燃料电池发电系统14，另一路供给氢气加注系统15。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统，其特征在于，包括光伏发电系统(1)、第一DC-DC变流器(41)、功率协调控制系统(5)、风力发电系统(2)、AC-DC变流器(3)、超级电容器(7)、电解槽(8)、氧气储罐(10)、氢气储罐(12)、氢气加注系统(15)、燃料电池发电系统(14)及直流负载(6)；
光伏发电系统(1)、风力发电系统(2)、直流负载(6)、电解槽(8)、燃料电池发电系统(14)及氢气加注系统(15)各自的控制端接入功率协调控制系统(5)；光伏发电系统(1)的输出端经第一DC-DC变流器(41)接入直流母线(16)；风力发电系统的输出端经AC-DC变流器(3)接入直流母线(16)；直流母线(16)经过第二DC-DC变流器(42)接入超级电容器(7)的输入端，超级电容器(7)的输出端接入电解槽(8)。
2.根据权利要求1所述的用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统，其特征在于，燃料电池发电系统(14)的输出端经第二DC-DC变流器(42)与直流母线(16)相连接。
3.根据权利要求1所述的用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统，其特征在于，电解槽(8)的氢气出口经氢气缓冲罐(11)与氢气储罐(12)的入口相连通，氢气储罐(12)的出口与氢气加注系统(15)的入口及燃料电池发电系统(14)的氢气入口相连通。
4.根据权利要求1所述的用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统，其特征在于，电解槽(8)的氧气出口经氧气缓冲罐(9)与氧气储罐(10)相连通。
5.根据权利要求1所述的用于无电网支撑的风光燃料电池供电供氢系统，其特征在于，还包括用于对电解槽(8)进行供给电解液的电解液储罐(13)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113085622A (zh) * 2021-03-15 2021-07-09 河南恒聚新能源设备有限公司 风光电氢储一体化用于高速公路电动汽车充电充氢系统
CN113922397A (zh) * 2021-10-13 2022-01-11 西安热工研究院有限公司 一种风、光、水等分布式能源发电的混合储能系统及方法
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