CN217215988U - 一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统 - Google Patents

一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统 Download PDF

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朱海东
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潘芬
李博睿
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Abstract

本实用新型公开一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，效仿生命体的能量供给体系，包括新能源发电单元、核电单元、新能源制氢站、第一氢能发电厂、输氢路网和能源调度中心；新能源制氢站基于新能源发电单元制氢，新能源制氢站通过输氢路网与第一氢能发电厂相连接，新能源制氢站通过输氢路网将氢能输送到电网的输变电侧、配电侧和用电侧；本实用新型将能源的供给与消耗限定在一个标准的模型之内，实现每个单元的自平衡和稳定，降低整个能源系统稳定的负担，提高系统运行稳定性与抗波动能力、解决弃风弃光弃水的新能源消纳问题、简化电网结构、降低调度复杂度。

Description

一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统
技术领域
本实用新型设计一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，属于机器人应用技术领域。
背景技术
现有技术中，制氢系统一般为离网型，制氢系统与电网系统分离，对氢能需要进行多次存储，氢能绿色能源制氢成本高，不容易直接输送的电网，电网单纯使用传统的新能源，能源受限，不能充分利用新能源。
对比文件1（C N 106433798 A）公开对比文件1涉及一种氢电能源系统，包括煤粉料仓、带脱硫设备的余热发电单元、脱硫装置、喷水 除尘器、提氢装置、间壁回转窑和氢能源制备单元，窑头罩设有气体燃料烧嘴和/或固体燃料烧嘴。煤粉料仓连接到加料环，出料环通过焦粉料仓连接到固体燃料烧嘴。水蒸气发生器连接到气化剂入口，气化气体出口通过脱硫装置和喷水除 尘器连接到提氢装置。对比文件1是基于煤炭发电的制氢能源，不属于新能源制氢，更不涉及电网耦合。
对比文件2（CN 113541199 A）公开一种氢电耦合新能源系统及其控制方法，解决在新能源系统中，如何实现氢电耦合的问题。对比文件2内容包括：氢电耦合新能源系统由新能源电站、储能电站、等离子体制氢站、燃气发电机、氢气一氧化碳分离设备、第一储气罐和第二储气罐等部分组成；根据电能负载需求、新能源电站的输出功率、储能电站的电量、第一储气罐的压力和第二储气罐等数据，控制各个设备的运行和各设备之间管道的开启或闭合。应用本发明的方法，在降低新能源电网弃风弃光率同时，还可以减轻新能源发电的不确定性所导致的电网波动问题，余电制氢过程中还可以消耗大气中的二氧化碳温室气体，实现能源利用与环境保护的双重效果。对比文件2虽然涉及新能源耦合，但是属于离网制氢，不容易直接输送的电网，电网单纯使用传统的新能源，能源受限，不能充分利用新能源。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，效仿生命体的能量供给体系，以电制氢为基础构建一种新型的能源系统，将可再生能源间歇性、波动性的电力，转化为具有物理形态的二次能源氢，进一步通过燃气轮机转化为稳定的、具有调峰能力的优质电源，模式贯穿电网的发电侧、输变电侧、配电侧和用电侧各环节。
本实用新型具体技术方案为：
一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，效仿生命体的能量供给体系，包括新能源发电单元、核电单元、新能源制氢站、第一氢能发电厂、输氢路网和能源调度中心；
新能源制氢站基于新能源发电单元制氢，新能源制氢站通过输氢路网与第一氢能发电厂相连接，新能源制氢站通过输氢路网将氢能输送到电网的输变电侧、配电侧和用电侧；
核电单元对输变电侧电网输电供电。
发电侧利用光伏、风力发电和水电站制氢，通过氢能输送路网，一方面给传统火电厂供氢，另一方面以压缩氢、氨或者甲醇的形式传输到整体输氢网路中去。同时改造传统火电厂为氢能发电厂，采用氢燃气轮机发电，利用原有的电网输电供电。
能源调度中心用于对电力和氢能进行调度，能源调度中心包括氢电集控中心、高压网络调度中心、配网调度中心和能源智能微网调度中心。
能源调度中心根据管辖范围不同，可分为氢电集控中心、高压网络调度中心、配网调度中心和能源智能微网调度中心。氢电集控中心用于发电侧电力和氢能的生产控制，氢电集控中心与高压网络调度中心之间进行信息通讯，在输变电侧能源安全供给的同时，实现发电侧的经济高效产能；高压网络调度中心包括电力网调和氢能网调，用于下达对氢电集控中心的调度命令，协调输变电侧的电力和氢能的输送和存储；配网调度中心包括电力配调和氢能配调，配网调度中心与高压网络调度中心进行通讯，协调配电侧电力和氢能的输送和存储；能源智能微网调度中心用于用电侧智能微网系统内各发电设备和负荷的协调优化运行，与配网调度中心进行通信。
较优地，还包括氢能压缩装置，氢能压缩装置设置在输氢路网上，新能源制氢站输出的氢能通过氢能压缩装置后输送到电网的输变电侧、配电侧和用电侧。
输变电侧设置有第二氢能发电厂、第一制氢储氢单元、抽蓄电站和储氢站；第二氢能发电厂从输氢路网中获取氢能发电，第一制氢储氢单元从电网获取电量制氢；储氢站连接路网上，通过高压网络调度中心进行氢能网调，通过配网调度中心进行氢能配调，储氢站用于高峰期多余氢能的存储和低谷期氢能的释放；抽蓄电站基于抽水蓄能将电网负荷低时的多余电能转变为电网高峰时期的电能；第二氢能发电厂、第一制氢储氢系统和抽蓄电站与高压网络调度中心相连接，储氢系统与氢能网调相连接。
配电侧设置有第二制氢储氢单元和燃料电池，第二制氢储氢单元从电网获取电量制氢并存储，燃料电池利用氢气制电，第二制氢储氢单元和燃料电池连接电路系统的配网调度中心。
用电侧设置有燃料电池车、氢燃料电池和制氢设备，能源智能微网调度中心与燃料电池车、氢燃料电池和制氢设备相连接；
燃料电池车连接输氢路网，燃料电池车从输氢网路中获取氢气发电；氢燃料电池连接输氢路网，氢燃料电池从输氢路网中获取氢气制电，供给电负荷和冷热系统；制氢设备将氢能输送至输氢网路。
氢电集控中心与高压网络调度中心、配网调度中心和智能微网调度中心之间通过SDH通讯网络连接。
较优地，输氢路网通过燃气管道传输。
较优地，输氢路网为单独铺设的不锈钢管道。
输氢路网中安装氢气监测系统，所述氢气监测系统基于输氢网路的流量和压力监测氢气泄漏情况。通过各级氢能调度中心得出输氢路网的健康状况和故障诊断结果，保障输氢路网安全运行传输。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型公开一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，新能源制氢站基于新能源发电单元制氢，新能源制氢站通过输氢路网与第一氢能发电厂相连接，新能源制氢站通过输氢路网将氢能输送到电网的输变电侧、配电侧和用电侧；利用光伏、风力发电和水氢电配调、氢电网络调度中心电站弃水发电制成绿氢，减少制氢的成本（制氢过程中，电费占成本的80%），从而降低氢燃气轮机电站运营成本，以此促进燃气轮机产业良性循环。
本实用新型可再生能源制氢为新型电力系统提供灵活性调节资源，将可再生能源间歇性、波动性的电力，转化为具有物理形态的二次能源氢，进一步通过燃气轮机转化为稳定的、具有调峰能力的优质电源，模式贯穿发（制）、储、输、配、用各环节。这些绿氢一方面可以通过燃料电池发电平衡风光的功率波动，减少对电网的冲击，同时也可以减少电力企业在电力市场交易过程中的价格风险。
本实用新型采用“风光电－氢－电热”模式，利用可再生能源制氢为传统火电提供燃料，可实现火电的氢能替代，使原有的燃煤电厂实现绿色发电，减少脱硫脱硝等环保成本，彻底解决碳排放的问题。
本实用新型能源调度中心用于对电力和氢能进行调度，能源调度中心包括氢电集控中心、电力网络调度中心、配网调度中心和能源智能微网调度中心，本实用新型实现负荷中心采用微网模式，实现去中心化的“氢-电”耦合能源网络。每个微网拥有自己的能源调度系统，电网传统调度的压力将被缓解，甚至替代。
能源调度中心中的氢能调度机构和电能调度机构相互协调，形成互补竞争“双网双待”氢电耦合的能源网络格局，整个能源系统中传统电能的需求比例将逐步降低，随着燃料电池技术的进步以及氢能产业链成本的持续降低，氢能高效发电、供热、制冷的优势将对传统电力系统形成竞争优势。
附图说明
图1为本申请一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案、优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。
以下将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本实用新型的一部分实例，并不是全部的实例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
如图1所示，一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，效仿生命体的能量供给体系，包括新能源发电单元、核电单元、新能源制氢站、第一氢能发电厂、输氢路网和能源调度中心；
该系统效仿生命体的能量供给体系，以能源“微网”为新型电力系统的“细胞”，以电制氢为基础构建一种新型的能源系统，将可再生能源间歇性、波动性的电力，转化为具有物理形态的二次能源氢，进一步通过燃气轮机转化为稳定的、具有调峰能力的优质电源，模式贯穿发电、储电、输电、配电、用电各环节。
新能源制氢站基于新能源发电单元制氢，新能源制氢站通过输氢路网与第一氢能发电厂相连接，新能源制氢站通过输氢路网将氢能输送到电网的输变电侧、配电侧和用电侧；
核电单元对输变电侧电网输电供电。
发电侧利用光伏、风力发电和水电站制氢，通过氢能输送路网，一方面给传统火电厂供氢，另一方面以压缩氢、氨或者甲醇的形式传输到整体输氢网路中去。同时改造传统火电厂为氢能发电厂，采用氢燃气轮机发电，利用原有的电网输电供电。
能源调度中心用于对电力和氢能进行调度，能源调度中心包括氢电集控中心、高压网络调度中心、配网调度中心和能源智能微网调度中心。
能源调度中心根据管辖范围不同，可分为氢电集控中心、高压网络调度中心、配网调度中心和能源智能微网调度中心。氢电集控中心用于发电侧电力和氢能的生产控制，氢电集控中心与高压网络调度中心之间进行信息通讯，在输变电侧能源安全供给的同时，实现发电侧的经济高效产能；高压网络调度中心包括电力网调和氢能网调，用于下达对氢电集控中心的调度命令，协调输变电侧的电力和氢能的输送和存储；配网调度中心包括电力配调和氢能配调，配网调度中心与高压网络调度中心进行通讯，协调配电侧电力和氢能的输送和存储；能源智能微网调度中心用于用电侧智能微网系统内各发电设备和负荷的协调优化运行，与配网调度中心进行通信。
本实例还包括氢能压缩装置，氢能压缩装置设置在输氢路网上，新能源制氢站输出的氢能通过氢能压缩装置后输送到电网的输变电侧、配电侧和用电侧。
输变电侧设置有第二氢能发电厂、第一制氢储氢单元、抽蓄电站和储氢站；第二氢能发电厂从输氢路网中获取氢能发电，第一制氢储氢单元从电网获取电量制氢；储氢站连接路网上，通过高压网络调度中心进行氢能网调，通过配网调度中心进行氢能配调，储氢站用于高峰期多余氢能的存储和低谷期氢能的释放；抽蓄电站基于抽水蓄能将电网负荷低时的多余电能转变为电网高峰时期的电能；第二氢能发电厂、第一制氢储氢系统和抽蓄电站与高压网络调度中心相连接，储氢系统与氢能网调相连接。
第一制氢储氢单元和储氢站接受高压网络调度中心的调度，从而满足输变电侧电网负荷的调节需求，共同为电网稳定运行提供惯量、调频、调压服务，又可以将受端新能源接入造成的反向潮流问题限制在配网范围内，避免对大电网造成影响。
配电侧设置有第二制氢储氢单元和燃料电池，第二制氢储氢单元从电网获取电量制氢并存储，燃料电池利用氢气制电，第二制氢储氢单元和燃料电池连接电路系统的配网调度中心。
第一制氢储氢单元、第二制氢储氢单元和燃料电池共同接受能源调度中心的调度，实现配网的负荷调节。
用电侧设置有燃料电池车、氢燃料电池和制氢设备，能源智能微网调度中心与燃料电池车、氢燃料电池和制氢设备相连接；
所述燃料电池车连接输氢路网，燃料电池车从输氢网路中获取氢气发电；氢燃料电池连接输氢路网，氢燃料电池从输氢路网中获取氢气制电，供给电负荷和冷热系统；制氢设备将氢能输送至输氢网路。
用电侧负荷中心采用以氢为核心的综合能源智能微网，用电测用电对象包括加氢站/充电站、住宅/综合体以及工矿企业。加氢站/充电站中包括分布式光伏、锂电池车和燃料电池车，分布式光伏发电用于给锂电池车充电，余量上网，当锂电池车需求较大时从电网获取电能，燃料电池车从输氢网路中获取氢气发电。住宅/综合体中，电负荷需求来自分布式光伏、电网以及氢燃料电池，氢燃料电池从输氢路网中获取氢气制电，供给电负荷和冷热系统，可以满足家庭的热、冷需求，以及所有的家用电器及电动汽车用电需求。工矿企业能源结构是在住宅/综合体的基础上增加了副产品制氢，设置制氢设备，制氢设备并将氢能输送至输氢网路。能源智能微网调度中心将负荷端分布式多余电力限制在低压配网范围内，用来制氢不上网，不影响大电网的潮流。
氢能网络调度中心与高压网络调度中心、配网调度中心和智能微网调度中心之间通过SDH通讯网络连接。
本实施例中输氢路网通过燃气管道传输，实际使用中，也可以输氢路网为单独铺设的不锈钢管道。
输氢路网中安装氢气监测系统，所述氢气监测系统基于输氢网路的流量和压力监测氢气泄漏情况。通过各级氢能网络调度中心得出输氢路网的健康状况和故障诊断结果，保障输氢路网安全运行传输。
能源调度中心包括氢电集控中心，监控电网发电侧、输变电侧、配电侧和用电侧各个环节的能源信息，并实现能源优化与管理。能源智能微网调度中心申报的需求在氢电集控中心的协调下，实现能源的最优调度，氢电集控中心同时响应电力网络调度中心和氢能网络调度中心的需求做好生产。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims (10)

1.一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，其特征在于，效仿生命体的能量供给体系，包括新能源发电单元、核电单元、新能源制氢站、第一氢能发电厂、输氢路网和能源调度中心；
新能源制氢站基于新能源发电单元制氢，新能源制氢站通过输氢路网与第一氢能发电厂相连接，新能源制氢站通过输氢路网将氢能输送到电网的输变电侧、配电侧和用电侧；
核电单元对输变电侧电网输电供电。
2.根据权利要求1所述的一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，其特征在于，
能源调度中心用于对电力和氢能进行调度，能源调度中心包括氢电集控中心、高压网络调度中心、配网调度中心和能源智能微网调度中心；
氢电集控中心用于发电侧电力和氢能的生产控制，氢电集控中心与高压网络调度中心之间进行信息通讯；高压网络调度中心包括电力网调和氢能网调，用于下达对氢电集控中心的调度命令；配网调度中心包括电力配调和氢能配调，配网调度中心用于与高压网络调度中心进行通讯，协调配电侧电力和氢能的输送和存储；能源智能微网调度中心用于用电侧智能微网系统内各发电设备和负荷的协调运行，与配网调度中心进行通信。
3.根据权利要求1所述的一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，其特征在于，
还包括氢能压缩装置，氢能压缩装置设置在输氢路网上，新能源制氢站输出的氢能通过氢能压缩装置后输送到电网的输变电侧、配电侧和用电侧。
4.根据权利要求2所述的一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，其特征在于，输变电侧设置有第二氢能发电厂、第一制氢储氢单元、抽蓄电站和储氢站；第二氢能发电厂从输氢路网中获取氢能发电，第一制氢储氢单元从电网获取电量制氢；储氢站连接路网上，通过高压网络调度中心进行氢能网调，通过配网调度中心进行氢能配调，储氢站用于高峰期多余氢能的存储和低谷期氢能的释放；抽蓄电站基于抽水蓄能将电网负荷低时的多余电能转变为电网高峰时期的电能；第二氢能发电厂、第一制氢储氢系统和抽蓄电站与高压网络调度中心相连接，储氢系统与氢能网调相连接。
5.根据权利要求1所述的一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，其特征在于，配电侧设置有第二制氢储氢单元和燃料电池，第二制氢储氢单元从电网获取电量制氢并存储，燃料电池用于利用氢气制电，第二制氢储氢单元和燃料电池连接电路系统的配网调度中心。
6.根据权利要求1所述的一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，其特征在于，
用电侧设置有燃料电池车、氢燃料电池和制氢设备，能源智能微网调度中心与燃料电池车、氢燃料电池和制氢设备相连接；
所述燃料电池车连接输氢路网，燃料电池车从输氢网路中获取氢气发电；氢燃料电池连接输氢路网，氢燃料电池从输氢路网中获取氢气制电，供给电负荷和冷热系统；制氢设备用于将氢能输送至输氢网路。
7.根据权利要求2所述的一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，其特征在于，
氢电集控中心与高压网络调度中心、配网调度中心和智能微网调度中心之间通过SDH通讯网络连接。
8.根据权利要求1所述的一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，其特征在于，输氢路网通过燃气管道传输。
9.根据权利要求1所述的一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，其特征在于，
输氢路网为单独铺设的不锈钢管道。
10.根据权利要求1所述的一种氢电深度耦合的智能微网仿生能源系统，其特征在于，
输氢路网中设置氢气监测系统，所述氢气监测系统基于输氢网路的流量和压力监测氢气泄漏情况。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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