[發明專利]一種堿性水電解制氫系統寬功率波動運行裝置及方法

在審

• 申請號: 202211686823.5
• 申請日: 2022-12-26
• 公開（公告）號: CN115992370A
• 公開（公告）日: 2023-04-21
• 發明（設計）人: 王彥東;成博;柳鵬飛;楊炎;張海龍;孫敬軒
• 申請（專利權）人: 陜西華秦新能源科技有限責任公司
• 主分類號: C25B15/08
• 分類號: C25B15/08;C25B15/02;C25B9/00;C25B1/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種堿性水電解制氫系統寬功率波動運行裝置及方法，在水電解制氫系統的產品氣出口設置兩組負荷調節裝置，其由并聯的氣動調節執行機構組成，水電解制氫系統可根據可再生能源電力負荷情景智能匹配啟用相對應的調節執行機構，精確控制不同負荷下系統液位平衡，從而控制寬功率波動下系統運行時的氣體純度，確保制氫系統在任何功率波動下的安全穩定運行，達到適應可再生電力能源寬功率波動下運行的目的。

技術領域

本發明涉及水電解制氫裝備領域，具體為一種堿性水電解制氫系統寬功率波動運行裝置及方法。

背景技術

氫能作為綠色低碳的二次能源，水電解制氫是眾多制氫技術路線中的一種，其技術路線主要有堿性水電解技術(AE)、質子交換膜水電解技術(PEM)和固體氧化物水電解技術(SOEC)，其中，堿性水電解制氫技術是發展最為成熟的水電解制氫方式，其電極制造不使用貴金屬資源，是水電解制氫市場的重要組成部分。

在可再生能源開發利用中，風光發電對電網負荷很大，加之風電、光伏的間歇性和隨機性特點，電網的輸電容量、調峰能力和負荷需求不足，導致電網近年來棄風、棄光問題非常嚴重。氫氣作為儲能載體，其儲存能量大，可儲存時間長，因此將光伏發電和堿性水電解制氫相耦合進行儲能可緩解棄光問題?，F行堿性水電解制氫系統中，氫氧兩側容器液位平衡至關重要，其影響系統氣體純度和運行穩定性，若液位控制頻繁出現兩側液位波動幅度大、液位差值大等現象，易導致氫氧兩側壓力差偏高，影響電解槽隔膜布分離效果，出現氣體純度不達標問題，長時間運行將影響隔膜布使用壽命，出現隔膜布破損出現竄氣現象，引發安全問題。

因此，在堿性水電解制氫設備生產運行中，為保證氣體純度和系統安全穩定性，氫氧兩側氣動調節閥需快速響應確保氫氧兩側容器液位動態平衡，當制氫系統負荷較低時，由于通過氫氧兩側氣動調節閥內氣體流量過少，易引起閥門調節響應速度和調節精度降低，造成氫氧兩側容器液位動態平衡反饋時間延長，導致氣體純度和系統運行穩定性均無法保證，使設備無法正常工作。目前，市場上絕大多數堿性水電解制氫設備的操作彈性范圍在30％～110％。由于光伏發電具有隨天氣呈周期性和隨機性變化的特點，電量輸出波動很大，為與光伏發電的特點相匹配，制氫系統不僅要滿足寬負荷下正常產氣的要求，還要滿足在不同負荷頻繁波動工況下產氣的要求，這就對現行制氫系統的操作彈性范圍、調節響應速度和精度提出了更高的要求，因此，增加堿性水電解制氫設備操作彈性范圍的下限，提高系統在不同負荷下的響應速度是當前需解決的難題。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種堿性水電解制氫系統寬功率波動運行的方法，解決傳統堿性水電解制氫設備在低負荷下運行氫氧兩側液位平衡問題。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種堿性水電解制氫系統寬功率波動運行裝置，包括水電解制氫系統和兩組負荷調節裝置，兩組負荷調節裝置分別用于連接水電解制氫系統的氫氣出口和氧氣出口，負荷調節裝置包括氣體分離器和多個氣動調節執行機構；

所述氣體分離器的入口連接電解制氫系統的出口，多個氣動調節執行機構并聯并與氣體分離器的出口連接，從多個氣動調節執行機構的產品氣出口輸出產品氣，根據水電解制氫系統的運行負荷啟動對應的氣動調節執行機構。

優選的，所述多個氣動調節執行機構的負荷調節范圍不相同。

優選的，所述多個氣動調節執行機構的負荷調節范圍逐級遞減。

優選的，所述氣動調節執行機構為氣動薄膜調節閥。

優選的，所述氣動調節執行機構的產品氣出口連接氣動三通球閥的入口，氣動三通球閥的產品氣出口連接止回閥，通過止回閥輸出產品氣，氣動三通球閥的廢氣出口連接放空管道。

優選的，所述氣動調節執行機構的出口還設置有第一手動球閥，第一手動球閥的出口連接放空管道。