[發(fā)明專利]一種離網(wǎng)型風電制氫系統(tǒng)及其容量匹配方法

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• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111668869A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 田江南;周軍;涂宏;劉軍梅;徐淑姣;張?zhí)?/a>
• 申請（專利權）人: 中國電力工程顧問集團華北電力設計院有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/28;H02J3/32;C25B1/04;C25B9/00
• 代理公司: 北京申翔知識產(chǎn)權代理有限公司 11214
• 代理人: 艾晶

本發(fā)明一種離網(wǎng)型風電制氫系統(tǒng)及其容量匹配方法，該系統(tǒng)包含風力發(fā)電機和分別對應連接于每個風力發(fā)電機輸出端的整流器，直流母線，電池儲能裝置，電解制氫裝置以及儲氫裝置；直流母線與整流器的匯總輸出端相連，電池儲能裝置通過直流支路連接于直流母線，電解制氫裝置通過直流支路連接于直流母線，儲氫裝置通過氫氣管道連接于電解制氫裝置；本發(fā)明還提供一種基于該離網(wǎng)型風電制氫系統(tǒng)的容量匹配方法。本發(fā)明主要解決了以風力發(fā)電作為制氫系統(tǒng)電源的電能不穩(wěn)定性問題，適用性廣、控制簡單、易于實現(xiàn)工業(yè)化，利于促進新能源制氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

技術領域

本發(fā)明屬于新能源發(fā)電制氫技術領域，涉及一種風電制氫系統(tǒng)及容量匹配方法，尤其涉及以制氫為主要目的的離網(wǎng)運行的風電制氫系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的容量匹配方法。

背景技術

氫能因具有可再生、來源多樣、清潔高效和熱值高等特點而備受關注，近年來成為能源領域的一大熱點。目前，市場上絕大多數(shù)的氫能均來源于煤氣化制氫，一小部分來源于電解水制氫。而制氫技術的發(fā)展已趨于成熟，其中電解水制氫的原料為水，生產(chǎn)過程僅產(chǎn)生少量的堿液廢水，相對而言是一種綠色環(huán)保的制氫技術。

另一方面，近年來我國風電總裝機容量迅速增長，但因風電限電上網(wǎng)而出現(xiàn)了大量的棄風現(xiàn)象。我國的風電裝機容量主要集中在三北地區(qū)和東部沿海地區(qū)，風電設施一般都是規(guī)模化集中建設，而這些區(qū)域的風電可上網(wǎng)量遠遠大于電網(wǎng)的可接納量。此外，風電具有間歇性、隨機性和波動性的特點，而電網(wǎng)對于并網(wǎng)風電的品質(zhì)有較高的要求。因此，這些風資源集中的區(qū)域往往會出現(xiàn)大量的棄風現(xiàn)象。

發(fā)展風電制氫技術有利于解決風電就地消納問題，并可實現(xiàn)分散式風力發(fā)電技術的規(guī)模化、實現(xiàn)風電的多途徑高效利用。風電與制氫技術耦合，既可將氫氣作為清潔燃氣對用戶供氣，實現(xiàn)電力到燃氣的互補轉換，還可將氫能直接利用在電力、化工和汽車等領域。

但由于風電系統(tǒng)具有間歇性和隨機性兩大特點，這兩種特點會對電解制氫系統(tǒng)的安全性、可靠性和制氫效率造成不利影響。而且由于風電是波動的，風電輸出的功率也是變化的，這就導致風機容量和電解制氫系統(tǒng)出力之間的匹配存在一定的難度。

CN 202444308U公開了一種非并網(wǎng)風電制氫系統(tǒng)，包括風機、控制裝置、制氫裝置、能量平衡裝置和蓄電池等主要設備。運行方式為：當風機輸出電壓大于蓄電池電壓時，風機為蓄電池充電同時為制氫裝置供電；當風機輸出電壓低于蓄電池電壓，蓄電池和風力發(fā)電同時為制氫裝置供電；當風機輸出電壓大于制氫裝置上限或小于制氫裝置下限時，制氫裝置停機。風機輸出電壓在一定范圍時可保證制氫裝置穩(wěn)定運行，但是仍未解決由于風速變化導致的風電寬功率的問題，制氫裝置面臨頻繁停機的威脅。

CN 110190629A公開了一種氫燃料電池的孤島綜合能源系統(tǒng)。其中發(fā)電單元包含光伏發(fā)電、波浪能發(fā)電、風力發(fā)電和潮汐發(fā)電；儲能單元包括鋰電池儲能電池組、氫氣儲能單元和壓縮空氣儲能。系統(tǒng)利用多能互補和多方式儲能的方法解決了風電寬功率波動的問題，但是由于系統(tǒng)所需單元眾多，導致設備造價高、各單元容量匹配難度大的缺陷，并不利于實現(xiàn)工程落地。

因此，提升離網(wǎng)風電制氫系統(tǒng)的穩(wěn)定性和風電對電解制氫系統(tǒng)的適應性很有必要，提出基于離網(wǎng)風電制氫系統(tǒng)的主要設備及容量匹配方法迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術問題即在于提供一種離網(wǎng)型風電制氫系統(tǒng)及其容量匹配方法，實現(xiàn)風電能源與制氫技術的耦合，以制氫為目的的離網(wǎng)運行系統(tǒng)，主要設備出力可根據(jù)當?shù)厥袌龅臍淠苄枨罅窟M行適當調(diào)配。

本發(fā)明所采用的技術手段如下所述。