CN214798795U - 电能和氢能的共享输送系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及能源输送技术领域，公开了一种电能和氢能的共享输送系统。其中，该系统包括：海上设备，包括发电结构和制氢结构，发电结构用于产生电能，制氢结构用于产生氢能；陆上设备，包括控电结构和储氢结构，控电结构用于分配电能，储氢结构用于储存氢能；输送装置，连接海上设备和陆上设备，该输送装置适于将电能从发电结构输送至控电结构，和/或，将氢能从制氢结构输送至储氢结构。通过实施本实用新型，实现了海上“电能+氢能”的共享输送，降低了海上风电的电量损失及海上氢能的运输成本，很大程度上解决了海上风电的消纳问题和海上风电制氢输送成本高的问题。

Description

电能和氢能的共享输送系统

技术领域

本实用新型涉及能源输送技术领域，具体涉及一种电能和氢能的共享输送系统。

背景技术

随着海上风电的开发和利用，大规模海上风电的并网无疑给电网造成了较大的冲击，导致海上风电消纳问题面临着很大的挑战。同时，随着可再生能源电解水制氢的发展，海上风电制氢成为可再生能源发展的重要方向，但海上运输成本高。因此，亟需一种能够实现海上“电能+氢能”共享输送的方式。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种电能和氢能的共享输送系统，以解决海上风电的消纳问题和海上风电制氢输送成本高的问题。

根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种电能和氢能的共享输送系统，包括：海上设备，包括发电结构和制氢结构；所述发电结构用于产生电能，所述制氢结构用于产生氢能；陆上设备，包括控电结构和储氢结构；所述控电结构用于分配所述电能，所述储氢结构用于储存所述氢能；输送装置，所述输送装置连接所述海上设备和所述陆上设备，所述输送装置适于将所述电能从所述发电结构输送至所述控电结构，和/或，将所述氢能从所述制氢结构输送至所述储氢结构。

本实用新型实施例提供的电能和氢能的共享输送系统，包括海上设备、陆上设备以及输送装置，其中，输送装置连接海上设备和陆上设备，该输送装置能够将电能从海上设备的发电结构输送至陆上设备的控电结构，还能够将氢能从海上设备的制氢结构输送至陆上设备的储氢结构，还可以同时将电能和氢能由海上设备输送至陆上设备。该系统通过设置输送装置，实现了海上“电能+氢能”的共享输送，降低了海上风电的电量损失以及海上氢能的运输成本，很大程度上解决了海上风电的消纳问题和海上风电制氢输送成本高的问题。

结合第一方面，在第一方面的第一实施方式中，所述输送装置包括：管道单元，连接所述制氢结构和所述储氢结构；电缆单元，设置在所述管道单元的周侧，所述电缆单元连接所述发电结构和所述控电结构。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面的第二实施方式中，所述电缆单元的三相呈正三角形环绕设置在所述管道单元的周侧。

本实用新型实施例提供的电能和氢能的共享输送系统，其输送装置包括管道单元以及电缆单元，其中，管道单元连接制氢结构和储氢结构；电缆单元连接发电结构和控电结构，且电缆单元的三相呈正三角形环绕设置在管道单元的周侧。由此即可通过管道单元输送氢能，通过电缆单元输送电能，实现了海上“电能+氢能”的共享输送，电缆单元的三相以正三角形环绕设置在管道单元的周侧以节省输送装置的设置空间，便于输送装置的敷设。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面的第三实施方式中，所述输送装置还包括：光纤单元，适于传输所述海上设备和所述陆上设备之间的通信数据。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面的第四实施方式中，所述输送装置还包括：填充单元，适于填充所述电缆单元、所述管道单元以及所述光纤单元之间的空隙。

本实用新型实施例提供的电能和氢能的共享输送系统，其输送装置还包括光纤单元以及填充单元，其中，光纤单元用于传输海上设备和陆上设备之间的通信数据，便于两者实时通信，以确定电能和/或氢能的输送状态。填充单元适于填充电缆单元、管道单元以及光纤单元之间的空隙，以保证电能和/或氢能的稳定输送。

结合第一方面或第一方面第一实施方式至第四实施方式中的任一实施方式，在第一方面的第五实施方式中，所述输送装置为脐带缆。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面的第六实施方式中，所述脐带缆敷设在海底，所述脐带缆的一端连接所述海上设备，另一端连接所述陆上设备。

本实用新型实施例提供的电能和氢能的共享输送系统，以脐带缆作为输送装置，保证了电能可靠输送以及氢能的安全输送，降低了海上氢能输送的安全风险。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面的第七实施方式中，所述发电结构包括：风力发电机；第一开关单元，通过海缆与所述风力发电机输出端连接；升压单元，与所述第一开关单元的第一输出端连接，所述升压单元适于提高所述第一开关单元的电压；第二开关单元，其输入端与所述升压单元的输出端连接，其输出端与所述输送装置的电缆单元连接，所述第二开关单元适于将所述风力发电机所发电能传输至所述输送装置的电缆单元。

结合第一方面第七实施方式，在第一方面的第八实施方式中，所述控电结构包括：变电站，通过所述电缆单元与所述第二开关单元连接，所述变电站适于转换电能、接收电能及分配电能。

本实用新型实施例提供的电能和氢能的共享输送系统，其发电结构包括风力发电机、第一开关单元、升压单元以及第二开关单元。其中第一开关单元通过海缆与风力发电机输出端连接；升压单元与第一开关单元的第一输出端连接，以提高第一开关单元的电压；第二开关单元的输入端与升压单元的输出端连接，输出端与输送装置的电缆单元连接，以将风力发电机所发电能传输至输送装置的电缆单元，通过电缆单元输送至陆上设备的控电结构。其中，控电结构包括变电站，以对电缆单元输送的电能进行转换、接收及分配。由此实现了电能的合理利用，避免了电能损失，很大程度上解决了海上风电的消纳问题。

结合第一方面第七实施方式，在第一方面的第九实施方式中，所述制氢结构包括：降压单元，与所述第一开关单元的第一输出端连接，所述降压单元适于降低所述第一开关单元的电压；制氢单元，其输入端与所述降压单元的输出端连接，其输出端与所述输送装置的管道单元连接。

本实用新型实施例提供的电能和氢能的共享输送系统，其制氢结构包括降压单元以及制氢单元，其中，降压单元与第一开关单元的第一输出端连接，以降低第一开关单元的电压供制氢单元进行氢气制备；制氢单元的输出端与输送装置的管道单元连接，以将制氢单元电能海水产生的氢能传输至输送装置的管道单元，通过管道单元输送至陆上设备的储氢结构。由此实现了海上氢能的生成以及运输，提高了海上清洁能源的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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示出了本实用新型实施例的电能和氢能的共享输送系统的结构框图；

图2是根据本实用新型实施例的输送装置的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的电能和氢能的共享输送系统的结构示意图；

图4是根据本实用新型实施例的电能和氢能的共享输送方法的流程图；

图5是根据本实用新型实施例的电能和氢能的共享输送方法的另一流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

随着海上风电的开发和利用，大规模海上风电的并网无疑给电网造成了较大的冲击，导致海上风电消纳问题面临着很大的挑战。同时，随着可再生能源电解水制氢的发展，海上风电制氢成为可再生能源发展的重要方向，但海上运输成本高。

基于此，本实用新型技术方案通过在海上设备和陆上设备之间设置输送装置，通过输送装置将海上设备产生的电能和氢能输送至陆上设备，实现了海上“电能+氢能”的共享输送，降低了海上风电的电量损失以及海上氢能的运输成本。

根据本实用新型实施例，提供了一种电能和氢能的共享输送系统的实施例，如图1所示，该共享输送系统包括：海上设备10、陆上设备20以及输送装置30。其中，海上设备10包括用于产生电能的发电结构101以及用于产生氢能的制氢结构102；陆上设备20包括用于分配电能的控电结构201以及用于储存氢能的储氢结构202；输送装置30用于连接海上设备10和陆上设备20，将发电结构101产生的电能输送至控电结构201，或者，将制氢结构102产生的氢能输送至储氢结构202，或者，将发电结构101产生的电能输送至控电结构201，并将制氢结构102产生的氢能输送至储氢结构202。

本实施例提供的电能和氢能的共享输送系统，通过设置输送装置将电能从海上设备的发电结构输送至陆上设备的控电结构，还能够通过该输送装置将氢能从海上设备的制氢结构输送至陆上设备的储氢结构，还可以通过该输送装置同时将电能和氢能由海上设备输送至陆上设备，由此实现了海上“电能+氢能”的共享输送，同时降低了海上风电的电量损失以及海上氢能的运输成本，很大程度上解决了海上风电的消纳问题和海上风电制氢输送成本高的问题。

具体地，如图2所示，输送装置30可以包括管道单元301以及电缆单元302，其中，管道单元301贯穿输送装置30，连接制氢结构102和储氢结构202；电缆单元302贯穿输送装置30，连接发电结构101和控电结构201，且电缆单元302设置在管道单元301的周侧。

具体地，管道单元301可以为液压管或化学药剂管，例如钢管、软管等；电缆单元302为电缆线，例如动力缆、信号缆等。

可选地，电缆单元302由三相电缆构成，且三相电缆呈正三角形环绕设置在管道单元301的周侧。例如，输送装置30包括A、B、C三相电缆构成的电缆单元302，A、B、C三相电缆构成正三角形，并以正三角形环绕管道单元301设置。

本实施例提供的电能和氢能的共享输送系统，其输送装置包括管道单元以及电缆单元，其中，管道单元连接制氢结构和储氢结构；电缆单元连接发电结构和控电结构，且电缆单元的三相呈正三角形环绕设置在管道单元的周侧。由此即可通过管道单元输送氢能，通过电缆单元输送电能，实现了海上“电能+氢能”的共享输送，电缆单元的三相以正三角形环绕设置在管道单元的周侧以节省输送装置的设置空间，便于输送装置的敷设。

具体地，如图2所示，输送装置30还可以包括光纤单元303和填充单元304，其中，光纤单元303用于传输海上设备和陆上设备之间的通信数据，填充单元304用于填充电缆单元302、管道单元301以及光纤单元303之间的空隙。

具体地，光纤单元303可以为光缆，例如单模光缆或多模光缆。填充单元304可以为填充绳，当然也可以是其他填充材质，此处不作具体限定。

具体地，输送装置30可以为脐带缆，且该脐带缆可以敷设在海底，脐带缆的一端连接海上设备10，另一端连接陆上设备20。以脐带缆作为输送装置，保证了电能可靠输送以及氢能的安全输送，降低了海上氢能输送的安全风险。

本实施例提供的电能和氢能的共享输送系统，其输送装置还包括光纤单元以及填充单元，其中，光纤单元用于传输海上设备和陆上设备之间的通信数据，便于两者实时通信，以确定电能和/或氢能的输送状态。填充单元适于填充电缆单元、管道单元以及光纤单元之间的空隙，以保证电能和/或氢能的稳定输送。

具体地，如图3所示，发电结构101可以包括：风力发电机、第一开关单元、升压单元以及第二开关单元。其中，风力发电机将海风转换为电能，第一开关单元可以为开关柜，风力发电机的输出端通过集电海缆(35kV或66kV)连接至第一开关单元；升压单元可以为升压变压器，升压单元与第一开关单元的第一输出端连接，可以提高第一开关单元的输出电压，以将35kV或66kV提高至110kV或者220kV；第二开关单元为高压开关设备，其输入端与升压单元的输出端连接，其输出端与输送装置30的电缆单元302连接，由此实现了将风力发电机所发电能传输至输送装置30的电缆单元302，并通过电缆单元302将电能传输至控电结构201，控电结构201可以通过电缆单元302对风力发电机所产生的电能进行转换、接收及分配。

具体地，如图3所示，控电结构201包括变电站，变电站可以通过电缆单元302与第二开关单元连接，由此风力发电机所产生的电能能够通过电缆单元302输送到陆上变电站并入电网，以解决海上风电的消纳问题，实现了电能的合理利用，避免了电能损失。

具体地，如图3所示，制氢结构102可以包括降压单元和制氢单元。其中，降压单元可以为降压变压器，降压单元与第一开关单元的第一输出端连接，降压单元用于降低第一开关单元的电压，以将第一开关单元的输出电压降压到400V供制氢单元使用；制氢单元的输入端与降压单元的输出端连接，制氢单元可以电解海水制取氢气，制氢单元的输出端与输送装置30的管道单元301连接，已将其制取的氢气通过输送装置30的管道单元301输送至陆上设备20的储氢结构202。由此实现了海上氢能的生成及运输，提高了海上清洁能源的利用率。

根据本实用新型实施例，提供了一种电能和氢能的共享输送方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中提供了一种电能和氢能的共享输送方法，可用于上述的电能和氢能的共享输送系统，本实施以图3所示的输送场景为例，图4是根据本实用新型实施例的电能和氢能的共享输送方法的流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：

S11，获取海上设备的工作模式。

海上设备的工作模式根据弃风程度确定，可以包括完全弃风模式、非弃风模式和部分弃风模式。电能和氢能的共享输送系统可以基于弃风程度确定出海上设备的工作模式。

S12，基于工作模式，确定输送装置的工作状态。

输送装置的工作状态包括电缆单元工作且管道单元不工作、管道单元工作且电缆单元不工作、电缆单元以及管道单元同时工作。输送装置的电缆单元和/或管道单元是否工作可以基于海上设备的工作模式确定。例如，海上设备的工作模式为完全弃风模式，此时风力发电机所发电能在满足海上设备用电后，其余的电能全部用于氢气制取，此时，输送装置的电缆单元不工作，而管道单元工作以输送氢气。

S13，基于工作状态，控制海上设备通过输送装置将其产生的电能和/或氢能传输至陆上设备。

电能和氢能的共享输送系统可以根据输送装置的工作状态控制海上设备通将其产生的电能和/或氢能传输至陆上设备，并通过输送装置中的光纤单元实现海上设备和陆上设备之间的实时通信，以确定电能和/或氢能的实时传输状态。

本实施例提供的电能和氢能的共享输送方法，通过获取海上设备的工作模式，并基于其工作模式确定输送装置的工作状态，进而控制海上设备通过输送装置将其产生的电能和/或氢能传输至陆上设备。该方法实现了海上“电能+氢能”的共享输送，降低了海上风电的电量损失以及海上氢能的运输成本，从根源上解决了海上风电的消纳问题和海上风电制氢输送成本高的问题。

在本实施例中提供了一种电能和氢能的共享输送方法，可用于上述的电能和氢能的共享输送系统，本实施以图3所示的输送场景为例，图5是根据本实用新型实施例的电能和氢能的共享输送方法的流程图，如图5所示，该流程包括如下步骤：

S21，获取海上设备的工作模式。详细说明参见上述实施例对应步骤S11的相关描述，此处不再赘述。

S22，基于工作模式，确定输送装置的工作状态。

具体地，当工作模式为完全弃风模式时，上述步骤S22可以包括如下步骤：

S221，控制降压单元开启运行，将经过降压单元的电压供给制氢单元进行氢气制取。

当工作模式为完全弃风模式时，海上设备的风力发电机所发电能在满足海上设备供电后，其余电能经海上设备的降压单元降压后可以供给制氢结构进行氢气制取，并不执行电能的并网操作。

S222，开启输送装置的管道单元。

在完全弃风模式下，风力发电机所发电能无需进行通过升压单元进行升压操作，输送装置的电缆单元不工作。此时，控制输送装置的管道单元开启，以使制氢结构将其制取的氢气可以经过输送装置的管道单元输送到陆上设备。

具体地，当工作模式为非弃风模式时，上述步骤S22可以包括如下步骤：

S223，控制升压单元开启运行，对风力发电机所发电能进行升压操作。

当工作模式为非弃风模式时，控制升压单元开启运行，海上设备的风力发电机所发电能在满足海上设备供电后，其余电能经过升压单元进行升压。

S224，开启输送装置的电缆单元。

将升压后的电能通过输送装置的电缆单元输送到陆上设备以进行电能全部并网，不执行氢气的制取操作。此时，控制输送装置的管道单元不工作，输送装置的电缆单元开启，以使电能可以经过输送装置的电缆单元输送到陆上设备。

具体地，当工作模式为部分弃风模式时，上述步骤S22可以包括如下步骤：

S225，控制升压单元开启运行，对风力发电机所发电能进行升压操作。

当工作模式为部分弃风模式时，风力发电机所发电能的一部分用于并网，另一部分用于氢气制取，其中并网的电能量由电网调度部门调控。此时，电能和氢能的共享输送系统可以控制升压单元开启运行，海上设备的风力发电机所发电能在满足海上设备供电后，部分电能经过升压单元进行升压。

S226，控制降压单元开启运行，将经过降压单元的电压供给制氢单元进行氢气制取。

海上设备的风力发电机所发电能的另一部分经海上设备的降压单元降压后可以供给制氢结构进行氢气制取。

S227，开启输送装置的电缆单元和输送装置的管道单元。

当工作模式为部分弃风模式时，电能和氢能的共享输送系统可以控制输送装置的管道单元以及输送装置的电缆单元开启，以使制氢结构将其制取的氢气可以经过输送装置的管道单元输送到陆上设备，同时可以使电能经过输送装置的电缆单元输送到陆上设备。

S23，基于工作状态，控制海上设备通过输送装置将其产生的电能和/或氢能传输至陆上设备。详细说明参见上述实施例对应步骤S13的相关描述，此处不再赘述。

本实用新型实施例提供的电能和氢能的共享输送方法，基于海上设备的不同工作模式确定输送装置电缆单元及管道单元的工作状态，保证了电能和/或氢能的输送效率。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种电能和氢能的共享输送系统，其特征在于，包括：

海上设备，包括发电结构和制氢结构；所述发电结构用于产生电能，所述制氢结构用于产生氢能；

陆上设备，包括控电结构和储氢结构；所述控电结构用于分配所述电能，所述储氢结构用于储存所述氢能；

输送装置，所述输送装置连接所述海上设备和所述陆上设备，所述输送装置适于将所述电能从所述发电结构输送至所述控电结构，和/或，将所述氢能从所述制氢结构输送至所述储氢结构。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输送装置包括：

管道单元，连接所述制氢结构和所述储氢结构；

电缆单元，设置在所述管道单元的周侧，所述电缆单元连接所述发电结构和所述控电结构。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电缆单元的三相呈正三角形环绕设置在所述管道单元的周侧。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述输送装置还包括：

光纤单元，适于传输所述海上设备和所述陆上设备之间的通信数据。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述输送装置还包括：

填充单元，适于填充所述电缆单元、所述管道单元以及所述光纤单元之间的空隙。

6.根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，所述输送装置为脐带缆。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述脐带缆敷设在海底，所述脐带缆的一端连接所述海上设备，另一端连接所述陆上设备。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述发电结构包括：

风力发电机；

第一开关单元，通过海缆与所述风力发电机输出端连接；

升压单元，与所述第一开关单元的第一输出端连接，所述升压单元适于提高所述第一开关单元的电压；

第二开关单元，其输入端与所述升压单元的输出端连接，其输出端与所述输送装置的电缆单元连接，所述第二开关单元适于将所述风力发电机所发电能传输至所述输送装置的电缆单元。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控电结构包括：

变电站，通过所述电缆单元与所述第二开关单元连接，所述变电站适于转换电能、接收电能及分配电能。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述制氢结构包括：

降压单元，与所述第一开关单元的第一输出端连接，所述降压单元适于降低所述第一开关单元的电压；

制氢单元，其输入端与所述降压单元的输出端连接，其输出端与所述输送装置的管道单元连接。

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