【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電解水制氫，具體涉及一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統。
技術介紹
1、我國電力生產與消費地域分布不均，遠距離外送的技術制約，加上可再生能源發電所固有的隨機性、波動性、季節性和反調峰特性，使得風電和光電存在分布不均和發電量不穩定的缺點，對其并網帶來一定困難。目前國內很多地區可供并網的風電、光伏裝機容量已達上限，導致棄風、棄光、棄水情況嚴重。采用電解水制氫技術來回收利用廢棄的風光電力，既有效解決我國可再生能源消納及并網穩定性問題，也可解決未來冶金、化工行業碳排放的問題。
2、風光耦合制氫可形成一種新的能源供應系統，能夠有效地解決傳統能源供應的弊端。在發電機組容量相同時，風光互補發電制氫系統相較于單一風電或光電制氫的系統具有明顯優點。利用風能、太陽能的互補性，風電間歇時可由光伏補充，可以獲得比較穩定的輸出電流，系統有較高的穩定性和可靠性。以蘇州的氣候為例，在日間蘇州的風力弱、光照強，在夜間則是光照弱、風力強，利用風能、太陽能的互補優勢可以設計風光互補的制氫電源，因此風光耦合輸出的電流比單純風電或者單純光伏的波動性更小，可以更好地匹配電解槽的工況，提高能量利用效率，獲得更好的社會效益和經濟效益。
3、目前風光耦合制取綠氫主要具有3個技術難點。首先，光伏和風電的隨機性和波動性很大，每天日照最強的時間是在11點~15點之間，而晚上沒有光照；風電的波動性更大，意味著光伏和風電輸出的電流和電壓隨機波動。其次，光伏輸出直流電（dc），而風電輸出交流電（ac），國際上沒有成熟的方案可基于ac、dc耦合技術
技術實現思路
1、本專利技術的主要目的在于提供一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，從而克服現有技術的不足。
2、為實現前述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案包括：一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，包括：
3、制氫電源，用于輸入制氫所需的電能，以及根據電解槽的運行信息及輸入的所述電能的強度變化對所述電能的直流電和交流電耦合及動態調整轉化為電解槽所需的電流，所述電能至少包括輸出直流電的光伏和/或輸出交流電的風力；
4、電解槽，與所述制氫電源相連，用于在所述制氫電源的供電作用下電解制氫。
5、在一優選實施例中，輸入的所述光伏和所述風力的電能占比均為1%~99%，且所述風力與光伏的能源輸入比大于0.25小于2。
6、在一優選實施例中，所述制氫電源包括控制模塊，所述控制模塊通過通訊信號獲得電解槽的所述運行信息，所述運行信息包括不同溫度下電解槽的極化曲線信息；所述控制模塊還包括根據光伏和風力的強度獲得所述光伏和風力的最大輸出功率，在最大輸出功率點對所述電能的直流電和交流電耦合及動態調整轉化輸出為匹配電解槽極化曲線的電流。
7、在一優選實施例中，所述制氫電源還包括與控制模塊和電解槽均相連的電源轉換模塊，所述電源轉換模塊至少包括dc/dc轉換器和/或ac/dc整流器，所述dc/dc轉換器和所述ac/dc整流器分別用于將光伏輸出的直流電及風力輸出的交流電做電源轉換，最終輸出直流電給電解槽。
8、在一優選實施例中，所述dc/dc轉換器和ac/dc整流器均具有動態追蹤最大輸出功率點的最大輸出功率點功能模塊。
9、在一優選實施例中，所述電解槽在額定功率的10%~110%區間運行，所述電解槽至少包括堿性電解槽、質子交換膜電解槽和陰離子交換膜電解槽，所述控制模塊還用于根據光伏和風力的輸出電量的變化，判斷分別給所述堿性電解槽、質子交換膜電解槽和陰離子交換膜電解槽分配電量的大小。
10、在一優選實施例中，當光伏和風力的輸出電量低于20%裝機容量時，所述控制模塊優先給所述堿性電解槽供電，多余的電量分配給所述質子交換膜電解槽和陰離子交換膜電解槽。
11、在一優選實施例中，所述堿性電解槽的換熱器與所述質子交換膜電解槽和/或所述陰離子交換膜電解槽的換熱器相連，且所述電解槽與室外換熱；所述電解槽正常運行時，所述電解槽與室外換熱，當所述光伏和風力的輸出電量低于20%裝機容量時，所述電解槽停止與室外換熱，所述堿性電解槽將熱量傳遞給所述質子交換膜電解槽和/或所述陰離子交換膜電解槽。
12、在一優選實施例中，所述系統還包括儲氫系統和儲能系統，所述儲氫系統與所述電解槽相連，用于儲存由所述電解槽電解產生的氫氣，所述儲能系統與所述制氫電源相連，用于在外部電能無法輸入制氫電源時，為電解槽提供電能。
13、在一優選實施例中，所述儲能系統包括鋰電池儲能系統或者燃料電池的儲能供能系統。
14、與現有技術相比較，本專利技術的有益效果至少在于：
15、本專利技術基于風電、光伏耦合互補技術來設計電解槽的制氫電源，具體通過獲得電解槽的運行信息，如不同溫度下電解槽的極化曲線信息，判斷電解槽所需要的電解電壓和電流。隨后，再根據光伏和風力的強度，獲得光伏和風力的最大輸出功率，在最大功率點通過光伏和風電的電源轉換模塊輸出能匹配電解槽極化曲線的電壓和電流，可以降低電解水的能耗，而且大大提高了制氫系統的智能性、穩定性和可靠性。
16、本專利技術還可以根據光伏和風力輸出能量的變化，靈活地給電解槽中各電解槽分配相應的電量，且結合新型的換熱器連接技術，可以將熱量充分利用。
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1.一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：所述系統包括：
2.根據權利要求1所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：輸入的所述光伏和所述風力的電能占比均為1%~99%，且所述風力與光伏的能源輸入比大于0.25小于2。
3.根據權利要求1所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：所述制氫電源包括控制模塊，所述控制模塊通過通訊信號獲得電解槽的所述運行信息，所述運行信息包括不同溫度下電解槽的極化曲線信息；所述控制模塊還包括根據光伏和風力的強度獲得所述光伏和風力的最大輸出功率，在最大輸出功率點對所述電能的直流電和交流電耦合及動態調整轉化輸出為匹配電解槽極化曲線的電流。
4.根據權利要求3所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：所述制氫電源還包括與控制模塊和電解槽均相連的電源轉換模塊，所述電源轉換模塊至少包括DC/DC轉換器和/或AC/DC整流器，所述DC/DC轉換器和所述AC/DC整流器分別用于將光伏輸出的直流電及風力輸出的交流電做電源轉換，最終輸出直流電給電解槽。
5.根據
6.根據權利要求3所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：所述電解槽在額定功率的10%~110%區間運行，所述電解槽至少包括堿性電解槽、質子交換膜電解槽和陰離子交換膜電解槽，所述控制模塊還用于根據光伏和風力的輸出電量的變化，判斷分別給所述堿性電解槽、質子交換膜電解槽和陰離子交換膜電解槽分配電量的大小。
7.根據權利要求6所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：當光伏和風力的輸出電量低于20%裝機容量時，所述控制模塊優先給所述堿性電解槽供電，多余的電量分配給所述質子交換膜電解槽和陰離子交換膜電解槽。
8.根據權利要求6所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：所述堿性電解槽的換熱器與所述質子交換膜電解槽和/或所述陰離子交換膜電解槽的換熱器相連，且所述電解槽與室外換熱；所述電解槽正常運行時，所述電解槽與室外換熱，當所述光伏和風力的輸出電量低于20%裝機容量時，所述電解槽停止與室外換熱，所述堿性電解槽將熱量傳遞給所述質子交換膜電解槽和/或所述陰離子交換膜電解槽。
9.根據權利要求1所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：所述系統還包括儲氫系統和儲能系統，所述儲氫系統與所述電解槽相連，用于儲存由所述電解槽電解產生的氫氣，所述儲能系統與所述制氫電源相連，用于在外部電能無法輸入制氫電源時，為電解槽提供電能。
10.根據權利要求9所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：所述儲能系統包括鋰電池儲能系統或者燃料電池的儲能供能系統。
...【技術特征摘要】
1.一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：所述系統包括：
2.根據權利要求1所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：輸入的所述光伏和所述風力的電能占比均為1%~99%，且所述風力與光伏的能源輸入比大于0.25小于2。
3.根據權利要求1所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：所述制氫電源包括控制模塊，所述控制模塊通過通訊信號獲得電解槽的所述運行信息，所述運行信息包括不同溫度下電解槽的極化曲線信息；所述控制模塊還包括根據光伏和風力的強度獲得所述光伏和風力的最大輸出功率，在最大輸出功率點對所述電能的直流電和交流電耦合及動態調整轉化輸出為匹配電解槽極化曲線的電流。
4.根據權利要求3所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：所述制氫電源還包括與控制模塊和電解槽均相連的電源轉換模塊，所述電源轉換模塊至少包括dc/dc轉換器和/或ac/dc整流器，所述dc/dc轉換器和所述ac/dc整流器分別用于將光伏輸出的直流電及風力輸出的交流電做電源轉換，最終輸出直流電給電解槽。
5.根據權利要求4所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：所述dc/dc轉換器和ac/dc整流器均具有動態追蹤最大輸出功率點的最大輸出功率點功能模塊。
6.根據權利要求3所述的一種離網風電、光伏互補耦合發電制氫系統，其特征在于：所述電解槽在額定功率的1...
【專利技術屬性】
技術研發人員：唐叔賢，沈楊彬，汪昌紅，房煥之，郭春顯，
申請(專利權)人：蘇州科技大學，
類型：發明
國別省市：
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