CN216192753U - 一种混合制氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合制氢系统，包括可再生能源发电组件、分别与所述可再生能源发电组件连接的碱液水电解制氢组件和PEM水电解制氢组件，还包括用以实时监测所述可再生能源发电组件的发电功率的监测控制组件，所述监测控制组件监测到所述可再生能源发电组件的发电功率小于第一设定功率时控制所述PEM水电解组件解列。本实用新型所提供的混合制氢系统降低了利用可再生能源发电并电解制氢的制氢成本，提高了制氢系统的灵活性。

Description

一种混合制氢系统

技术领域

本实用新型涉及新能源领域，特别涉及一种混合制氢系统。

背景技术

目前，制备氢气的方式主要包括氯碱工业副产氢、电解水制氢、化工原料制氢(甲醇等裂解)和新型制氢(生物质、光化学等)。在可再生能源大量发展以及可再生能源发电成本的降低的情况下，利用可再生能源电解水制氢将成为终极能源解决方案。

目前商业化应用的水电解制氢技术为碱液水电解和PEM(质子交换膜)水电解；碱液水电解制氢成本相对较低，但存在功率范围小，与可再生能源发电功率波动适配性较差，而PEM水电解制氢存在功率范围宽的特点，因此现有的可再生能源电解水制氢系统通常采用PEM水电解制氢。但PEM制氢系统关键设备单体容量小、不利于大规模应用，更为重要的是，PEM制氢系统制氢成本较高。

因此，如何降低可再生能源电解制氢系统的制氢成本成为本领域技术人员需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种混合制氢系统，该混合制氢系统降低了利用可再生能源发电并电解制氢的制氢成本，提高了制氢系统的灵活性。

为实现上述目的，本实用新型提供一种混合制氢系统，包括可再生能源发电组件、分别与所述可再生能源发电组件连接的碱液水电解制氢组件和PEM水电解制氢组件，还包括用以实时监测所述可再生能源发电组件的发电功率的监测控制组件，所述监测控制组件监测到所述可再生能源发电组件的发电功率小于第一设定功率时控制所述PEM水电解组件解列。

可选地，所述PEM水电解组件设置为多组。

可选地，所述PEM水电解制氢组件包括与所述可再生能源发电组件相连接的PEM制氢设备；所述碱液水电解制氢组件包括碱液配制箱和连接所述碱液配制箱的碱液电解槽，所述碱液电解槽连接于所述可再生能源发电组件。

可选地，所述混合制氢系统包括纯化水装置和供水泵，所述供水泵设于所述纯化水装置的出水口并与所述碱液配制箱及所述PEM制氢设备相连通。

可选地，所述PEM水电解制氢组件和所述碱液水电解制氢组件的氢气出口均经氢气干燥纯化装置连接至氢气缓冲罐。

可选地，所述可再生能源发电组件为光伏发电组件，所述光伏发电组件的输出端串接有DC/DC变流器。

可选地，还包括与所述光伏发电组件并联设置的市电接入模块，所述市电接入模块的输出端串接有AC/DC整流器，所述监测控制组件监测到所述光伏发电组件的发电功率小于第二设定功率时控制所述市电接入模块接入市政电网，所述第二设定功率小于所述第一设定功率。

可选地，所述光伏发电组件连接有并网逆变器，以使所述监测控制组件监测到所述光伏发电组件的发电功率大于第三设定功率时，所述监测控制组件控制所述并网逆变器并入市政电网，其中，所述第三设定功率大于所述第一设定功率且大于所述碱液水电解制氢组件和所述PEM水电解制氢组件的最大功率之和。

可选地，还包括可移动集成组件，所述可再生能源发电组件、所述碱液水电解制氢组件和所述PEM水电解制氢组件均设于所述可移动集成组件。

可选地，所述可移动集成组件为集装箱；当所述可再生能源发电组件为光伏发电组件时，所述光伏发电组件设于所述集装箱顶部。

相对于上述背景技术，本实用新型针对现有可再生能源发电电解制氢均采用PEM水电解制氢，制氢成本高的问题，设计一种混合制氢系统，利用碱液水电解制氢组件和PEM水电解制氢组件连接可再生能源发电组件，借助PEM水电解制氢组件分担可再生能源发电组件的发电功率波动，降低发电功率波动对碱液水电解制氢组件的影响，同时碱液水电解制氢组件降低制氢成本。利用监测控制组件实时监测可再生能源发电组件的发电功率，当可再生能源发电组件的发电功率小于第一设定功率时，监测控制组件将碱液水电解制氢组件解列，发电功率优选满足碱液水电解制氢组件运行，当发电功率大于第一设定功率时，再将PEM水电解制氢组件并入系统。

本实用新型所提供的混合制氢系统充分利用PEM水电解制氢组件启停快、功率范围宽和碱液水电解制氢组件制氢成本低的特性，利用PEM水电解制氢组件分担可再生能源的发电功率波动，克服碱液水电解制氢组件与可再生能源发电组件匹配性差的特点，利用碱液水电解制氢组件降低电解水制氢运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的混合制氢系统的系统图。

其中：

1-光伏发电组件、2-DC/DC变流器、3-AC/DC整流器、4-监测控制组件、5-并网逆变器、6-纯化水装置、7-供水泵、8-碱液配制箱、9-碱液电解槽、10-PEM制氢设备、11-氢气干燥纯化装置、12-氢气缓冲罐。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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，都属于本实用新型保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本实用新型实施例所提供的混合制氢系统的系统图。

本实用新型所提供的混合制氢系统包括可再生能源发电组件、监测控制组件4、碱液水电解制氢单和PEM水电解制氢组件，可再生能源发电组件向碱液水电解制氢组件和PEM水电解制氢组件供电，利用PEM水电解制氢组件分担可再生能源发电组件的发电功率波动，提高碱液水电解制氢组件与可再生能源发电组件的适配性，同时碱液水电解制氢组件降低了制氢成本。

更为重要的是，利用监测控制组件4实时监测可再生能源发电组件的发电功率，当发电功率降低至低于第一设定功率时，监测控制组件4将PEM水电解制氢组件解列，也即断开PEM水电解制氢组件与可再生能源发电组件的连接，使得发电功率满足碱液水电解制氢组件。第一设定功率可以根据实际需要灵活调整。示例性的，第一设定功率的调整原则为，当可再生能源的发电功率下降，使得PEM水电解制氢组件和碱液水电解制氢组件的运行功率下降，且碱液水电解制氢组件的运行功率下降至接近功率范围的下限时，此时对应的发电功率即为第一设定功率可取的最小值。

在本实用新型所提供的具体实施例中，可再生能源发电组件具体可采用光伏发电组件1，光伏发电组件1连接DC/DC变流器2，将变流后的电能供向碱液水电解制氢组件和PEM水电解制氢组件供电。监测控制组件4包括用来检测光伏发电组件1的发电输出电流的电流检测组件、用来检测发电输出电压的电压检测组件，以及控制主机，控制主机能够根据检测的电流和电压计算光伏发电组件1的实时发电功率，通过比对实时发电功率和第一设定功率的大小，进而判定是否将PEM水电解制氢组件相对光伏发电组件1解列。

在上述实施例中，PEM水电解制氢组件包括PEM制氢设备10，而碱液水电解制氢组件则包括碱液配制箱8和连接碱液配制箱8的碱液电解槽9，碱液配制箱8用来配制设定浓度的碱液，如KOH溶液，配制好的碱液输送至碱液电解槽9进行电解制氢。碱液水电解制氢组件优选采用与至少一组PEM制氢设备10并联于光伏发电组件1的输出端，当监测控制组件4监测到光伏发电组件1的发电功率下降时，多台PEM制氢设备10与碱液水电解制氢组件共同分担功率波动，同时还可由监测控制组件4控制多台PEM制氢设备10逐台解列，保证碱液水电解制氢组件稳定运行。

为优化上述实施例，提高制氢效率，本申请所提供的混合制氢系统进一步包括纯水制备模块，纯水制备模块包括纯化水装置6和连接纯化水装置6并向PEM制氢设备10和碱液配制箱8供水的供水泵7。

供水泵7和纯化水装置6之间可根据需要设置缓冲水箱，纯化水装置6同样由可再生能源发电组件供电，通过设置缓冲水箱，可以利用监测控制组件4控制纯化水装置6的启停，在可再生能源发电组件的发电功率升高时，监测控制组件4控制纯化水装置6启动运行，在可再生能源发电组件的发电功率下降时，监测控制组件4控制纯化水装置6停止运行，此时电解水可由缓冲水箱进行供应。

进一步地，本申请所提供的混合制氢系统还包括市电接入模块，市电接入模块和光伏发电组件1并联连接，以向碱液水电解制氢组件和PEM制氢设备10供电。具体来说，监测控制组件4连接并控制市电接入模块的接入开关，当监测控制组件4监测到光伏发电组件1的发电功率小于第二设定功率时，监测控制组件4控制市电接入模块的进入开关闭合，通过市政电网向碱液水电解制氢组件供电，避免碱液水电解制氢组件停机。应当注意的是，这里的第二设定功率小于第一设定功率且通常小于碱液水电解制氢组件的最小运行功率。如在夜间时，光伏发电组件1无法正常运行，此时可通过市电接入模块接入市政电网，避免碱液水电解制氢组件停机和次日重新启动，减少了不必要的启停，提高了制氢效率。

此外，光伏发电组件1还连接有并网逆变器5，当监测控制组件4监测到光伏发电组件1的功率大于第三设定功率时，监测控制组件4控制并网逆变器5将光伏发电组件1的多余电量并入市政电网，减少电能浪费，降低光伏发电组件1的发电功率波动对碱液水电解制氢组件的影响。能够理解的是，第三设定功率大于第一设定功率，且通常大于碱液水电解制氢组件和PEM水电解制氢组件的最大运行功率之和。在混合制氢系统运行过程中，第一设定功率、第二设定功率和第三设定功率能够根据天气状态以及制氢需求等因素进行调整，本申请不再赘述。

碱液水电解制氢组件和PEM水电解制氢组件电解水产生的氢气共同输送至氢气干燥纯化装置11进行纯化和干燥，干燥后的氢气输送至氢气缓冲罐12存储，以便对用氢设备进行补氢。

在本实用新型的另一可选实施例中，混合制氢系统还包括可移动集成组件，可再生能源发电组件、碱液水电解制氢组件以及监测控制组件4均设置在可移动集成组件上，从而使本申请的混合制氢系统可以作为移动补氢站。示例性的，可再生能源发电组件采用光伏发电组件1，可移动集成组件采用集装箱，集装箱装设有移动滚轮，碱液水电解制氢组件、水纯化装置、PEM水电解制氢组件、监测控制组件4、氢气干燥纯化装置11和氢气缓冲罐12等均布置在集装箱内，光伏发电组件1则布置在集装箱的顶部。可移动集成组件还可以直接采用厢式货车等。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型所提供的混合制氢系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种混合制氢系统，其特征在于，包括：可再生能源发电组件、分别与所述可再生能源发电组件连接的碱液水电解制氢组件和PEM水电解制氢组件；还包括用以实时监测所述可再生能源发电组件的发电功率的监测控制组件，所述监测控制组件监测到所述可再生能源发电组件的发电功率小于第一设定功率时控制所述PEM水电解制氢组件解列。

2.根据权利要求1所述的混合制氢系统，其特征在于，所述PEM水电解制氢组件设置为多组。

3.根据权利要求1所述的混合制氢系统，其特征在于，所述PEM水电解制氢组件包括与所述可再生能源发电组件相连接的PEM制氢设备；所述碱液水电解制氢组件包括碱液配制箱和连接所述碱液配制箱的碱液电解槽，所述碱液电解槽连接于所述可再生能源发电组件。

4.根据权利要求3所述的混合制氢系统，其特征在于，所述混合制氢系统包括纯化水装置和供水泵，所述供水泵设于所述纯化水装置的出水口并与所述碱液配制箱及所述PEM制氢设备相连通。

5.根据权利要求1所述的混合制氢系统，其特征在于，所述PEM水电解制氢组件和所述碱液水电解制氢组件的氢气出口均经氢气干燥纯化装置连接至氢气缓冲罐。

6.根据权利要求1所述的混合制氢系统，其特征在于，所述可再生能源发电组件为光伏发电组件，所述光伏发电组件的输出端串接有DC/DC变流器。

7.根据权利要求6所述的混合制氢系统，其特征在于，还包括与所述光伏发电组件并联设置的市电接入模块，所述市电接入模块的输出端串接有AC/DC整流器，所述监测控制组件监测到所述光伏发电组件的发电功率小于第二设定功率时控制所述市电接入模块接入市政电网，所述第二设定功率小于所述第一设定功率。

8.根据权利要求7所述的混合制氢系统，其特征在于，所述光伏发电组件连接有并网逆变器，以使所述监测控制组件监测到所述光伏发电组件的发电功率大于第三设定功率时，所述监测控制组件控制所述并网逆变器并入市政电网，其中，所述第三设定功率大于所述第一设定功率且大于所述碱液水电解制氢组件和所述PEM水电解制氢组件的最大功率之和。

9.根据权利要求1-8任一项所述的混合制氢系统，其特征在于，还包括可移动集成组件，所述可再生能源发电组件、所述碱液水电解制氢组件和所述PEM水电解制氢组件均设于所述可移动集成组件。

10.根据权利要求9所述的混合制氢系统，其特征在于，所述可移动集成组件为集装箱；当所述可再生能源发电组件为光伏发电组件时，所述光伏发电组件设于所述集装箱的顶部。

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