[發明專利]一種可再生能源耦合梯級制氫系統及制氫方法

在審

• 申請號: 202211345062.7
• 申請日: 2022-10-31
• 公開（公告）號: CN115637447A
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 高翔;宋超;高超;苗云濤;田家彬;夏海龍;謝淑賢
• 申請（專利權）人: 中車山東風電有限公司
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/65;C25B9/67;C25B15/02;C25B9/70;F03D9/19;H02J3/28;H02J3/38;H02M3/04;H02M7/04
• 代理公司: 山東舜源聯合知識產權代理有限公司 37359
• 代理人: 張亮

1.一種可再生能源耦合梯級制氫系統，其特征在于，包括：電控裝置和制氫裝置；

電控裝置包括：可再生能源控制模塊、分流控制模塊以及燃料電池控制模塊以及制氫需求控制模塊；

制氫裝置包括：梯級制氫子系統、燃料電池熱電聯供子系統、氣液分離模塊、純化模塊、緩沖罐以及儲氫罐；

可再生能源控制模塊設有供電單元，可再生能源控制模塊通過分流控制模塊向梯級制氫子系統供電，滿足梯級制氫子系統對電能的需求；

燃料電池控制模塊用于控制燃料電池熱電聯供子系統根據預設制氫工藝向梯級制氫子系統供水；

梯級制氫子系統的輸出端依次與氣液分離模塊、純化模塊、緩沖罐以及儲氫罐連接；

制氫需求控制模塊判斷可再生能源控制模塊最大輸出功率下是否滿足用氫需求；

如不滿足，可再生能源控制模塊切換至電網給梯級制氫子系統供電，增加梯級制氫子系統制氫效率；

如制氫需求控制模塊判斷當前已經滿足用氫需求，則制氫需求控制模塊向可再生能源控制模塊發送滿足用氫需求信號，可再生能源控制模塊停止給梯級制氫子系統供電，梯級制氫子系統停止制氫。

2.根據權利要求1所述的可再生能源耦合梯級制氫系統，其特征在于，

在梯級制氫子系統啟動前，通過燃料電池熱電聯供子系統的燃料電池在電池反應過程中產生的熱能為梯級制氫子系統預加熱，實現堿性電解槽的冷啟動。

3.根據權利要求1所述的可再生能源耦合梯級制氫系統，其特征在于，

燃料電池控制模塊根據可再生能源控制模塊輸入的指令控制燃料電池熱電聯供子系統的兩個出水口開合和流量；

梯級制氫子系統工作前2小時，燃料電池控制模塊控制燃料電池熱電聯供子系統關閉出水口B，控制燃料電池熱電聯供子系統開啟出水口C，為梯級制氫子系統預加熱；

在梯級制氫子系統啟動成功并正常工作后，控制燃料電池熱電聯供子系統關閉出水口C，并使出水口B正常工作。

4.根據權利要求1所述的可再生能源耦合梯級制氫系統，其特征在于，

供電單元包括：光伏發電機構和風力發電機構；

光伏發電機構通過DC/DC轉換器向梯級制氫子系統供電；

風力發電機構通過AC/DC轉換器向梯級制氫子系統供電。

5.根據權利要求1所述的可再生能源耦合梯級制氫系統，其特征在于，

梯級制氫子系統包括多個主堿性電解槽D和多個輔助堿性電解槽E；

分流控制模塊對多個主堿性電解槽D和多個輔助堿性電解槽E的工作狀態進行調控。

6.根據權利要求5所述的可再生能源耦合梯級制氫系統，其特征在于，

分流控制模塊根據對梯級制氫子系統的功率分配控制策略，控制可再生能源控制模塊向梯級制氫子系統輸出功率，使梯級制氫子系統執行制氫工序；

控制策略為可再生能源控制模塊輸出功率滿足輔助堿性電解槽E設定的功率閾值時，梯級制氫子系統中輔助堿性電解槽E開始工作，在可再生能源控制模塊輸出功率大于輔助堿性電解槽E工作閾值，且滿足主堿性電解槽D設定的功率閾值時，主堿性電解槽D開始工作。

7.根據權利要求1所述的可再生能源耦合梯級制氫系統，其特征在于，

梯級制氫子系統輸出的氫氣經過氣液分離模塊后進入純化模塊，純化模塊處理后的氫氣存入緩沖罐，通過壓力傳感器對緩沖罐進行壓力檢測，緩沖罐的壓力達到設定閾值時，氫氣進入儲氫罐，實現氫氣的存儲。

8.根據權利要求5所述的可再生能源耦合梯級制氫系統，其特征在于，

梯級制氫子系統中的主堿性電解槽D的輸出端對應連接至氣液分離裝置F；輔助堿性電解槽E的輸出端對應連接至氣液分離裝置H，實現氫氣和電解液的分離，經分離后的氫氣共同進入到純化模塊。