电解器与能量系统技术方案

一种电解器在能量系统内工作以例如提供电网服务、能量存储或燃料，或利用从可再生能源生产的电力来产生氢。电解器既可以以频繁或快速变化的电力消耗速率工作，又可以以指定的功耗工作。在操作电解器的一种方法中，接收表明一段时间内的指定功耗的一系列调度。调度每30分钟至少出现一次。根据调度来操作电解器。将电解器所生产的氢排放到天然气系统中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请根据35USC119，本申请要求于2012年5月28日提交的美国临时申请61/652，263号的优先权。通过引用的方式将美国临时申请61/652，263号并入。
本说明书涉及在能量系统中的电解器以及操作电解器的方法，例如用于产生用作能量存储或燃料的氢，或提供电网服务。
技术介绍
通过引用的方式合并于此的欧洲专利EP1177154B1说明了一种能量分配网络，其用于从电解器提供用户所需的一定量的氢。该网络包括电能源、电解器以及控制器。控制器接收并处理控制输入，该控制输入包含与用户对氢的需求有关的数据。控制器与电解器相连，并至少在一定程度上基于控制输入来控制由电解器进行的氢的生成。通过引用的方式合并于此的加拿大专利CA2511632C说明了通过电网互连具有多个发电站与多个负荷的能量网络。负荷可以包括电解器。网络具有与发电站与负荷相连的控制器。控制器可被操作以改变来自发电站的可用电力或调整来自电解器的需求，从而提供供应与需求的期望匹配。氢可被生产为具有具体可验证的排放特性的运输燃料。
技术实现思路
以下讨论意在向读者介绍接下来的详细说明，并且不是意在限制或限定任何要求保护的专利技术。电解器在能量系统内工作以例如提供电网服务、能量存储或燃料，或利用从可再生资源生产的电力来产生氢。电解器可以以频繁或快速变化的电力消耗速率工作，或者可以以指定的功耗工作。在一些情况下，一种方法具有以下步骤：提供电解器，以及接收一系列调度，该调度表明一段时间内指定的功耗。该调度每30分钟至少出现一次。根据调度操作电解器。将电解器在操作期间所生产的氢排放到天然气系统中。在一些情况下，一种能量系统具有电网、电解器以及天然气系统。电解器用于提供电网服务并将氢排放到天然气系统中。在一些情况下，一种方法具有以下步骤：提供电解器，根据来自电网运营者的调度指令或根据电网服务合约来操作电解器，并将这样操作时所生产的氢排放到天然气管线中。在一些情况下，一种用于储存电网中过量的电能的方法具有以下步骤：将过量的能量转换成氢并将氢注入到天然气系统中。在一些情况下，进行电力的虚拟传输的方法，其包括下列步骤：通过运行在电网内的第一位置的电解器消耗电力以生产氢，在第一位置将氢注入到天然气系统，在第二位置从天然气系统取出天然气，燃烧天然气以生产电力，以及将生产的电力供应到电网内的第二位置。在一些情况下，一种在市场上进行氢的虚拟销售的方法，其包括下列步骤：通过电解器消耗电力来生产氢，将氢注入到天然气系统中，测量注入到天然气系统中的氢的量，测量用户从天然气系统取回的天然气的量，以及针对氢消耗的量向用户开具账单，氢消耗的量至少相当于取回的天然气的量的一部分。可选地，电力可以包括实际产自或视为已产自可再生能源的电力。在一些情况下，一种电解器具有多个层叠组件，每个层叠组件具有独立的电源。可选地，电解器具有用于同时以不同的功耗速率操作多个层叠组件的控制器。在一些情况下，一种电解器具有向上通往共用的气体分离器的多个层叠组件。在一些情况下，一种电解器具有控制器以及电计量器。控制器适合于操作直流电源以预定的速率消耗电力。可选地，控制器可以操作直流电源，使得当电力在预定的价格以下可用时以预定的速率消耗电力。在一些情况下，一种操作电网的方法，其包括下列步骤：输入不平衡能量，并且通过与天然气系统相连的电解器消耗不平衡能量。在一些情况下，一种操作电网的方法，其包括以下步骤：操作发电机以生产超过操作电网所需的量的电力，以及在与天然气系统相连的电解器中消耗过量的所述电力。还可以存在其他步骤，将过量的所述电力的边际成本减去不生产过量的电力的任何成本的差与氢的市场价值进行比较。在一些情况下，一种方法包括下列步骤：在第一时段期间，通过电解器来消耗电力，并将氢注入到天然气系统中，以及在第二时段期间，燃烧天然气以生产电力。在一些情况下，一种天然气系统具有包括氢浓度传感器的用户气体计量器。与流率和氢浓度有关的数据被转换成天然气的等效流率。在一些情况下，一种操作天然气燃料站或天然气发电站的方法，其包括下列步骤：测量从管线取回的天然气中氢的浓度，以及添加氢以生产具有指定的氢浓度的气体混合物。在一些情况下，一种操作天然气燃料站或天然气发电站的方法，其包括下列步骤：浓缩从管线取回的氢与天然气的混合物，以及添加天然气以生产具有指定的氢浓度的气体混合物。在一些情况下，一种操作电解器的方法，其包括下列步骤：接收与可以被注入到气体管线中的最大量氢有关的数据，以及a)控制电解器，使其消耗不超过生产最大量氢的电量，b)排放过量的氢，或c)向电网运营者发送信号，信号表明能被生产的相应的最大量氢。数据包括管线中的天然气的流率。上述情况中说明的元件以及步骤可被应用到各种情况中所描述的组合中、具有可在其他情况或下面的详细说明中找到的任意元件或步骤的上述情况中的任意一者的组合中、或其他组合中。附图说明图1是包括电解器的能量系统的示意图。图2是包括电解器与气体管线之间的连接的图1的能量系统的一部分的示意图。图3是图1的电解器的各种电气部件的示意图。图4是图1的电解器的液气回路的示意图。图5是图1的能量系统的可选的富氢气体取出系统的示意图。具体实施方式在本说明书中水电解被称作电解，其将电能转换成氢的形式的化学能。当氢以基本上纯燃料或工业化学品而被消耗时价值最大。然而，当与其他气体混合时，氢也具有价值，这种价值大致上随着氢浓度而降低。也可以将氢转换回电力。此外，在一些情况下，电解器消耗功率的能力可以提供有价值的服务，例如，帮助平衡或调节相互连接的输电系统(也被称为电网)。氢可被认为是燃料或工业化学品，但也可以被视作能量存储或运输媒介。电解器可被认为是用于生产氢的设备，并且也可被视作用于提供电网服务的设备。电网服务也可以被称作辅助服务或储备，其包括帮助维持电网的可靠运行的各种服务。电网系统运营者有时被称作独立系统运营者(ISO)、电力系统运营者(ESO)或输电系统运营者(TSO)，其可提供不同种类的电网服务合约。电网服务包括辅助电网运营者管理控制区域，或可用于降低或促进控制区域间的能量转移的操作。这里特别感兴趣的是，出于平衡电网上的总的生产和消耗的目的，一些电网服务合约要求可变负荷的所有者对由电网系统运营者做出的调度指令做出响应，例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括下列步骤：a)提供电解器；b)接收一系列调度，所述一系列调度表明一段时间内指定的功耗，所述调度每30分钟至少出现一次；c)根据所述调度操作所述电解器；以及，d)将步骤c)期间所产生的氢排放到天然气系统中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.28 US 61/652,2631.一种方法，其包括下列步骤：
a)提供电解器；
b)接收一系列调度，所述一系列调度表明一段时间内指定的功耗，
所述调度每30分钟至少出现一次；
c)根据所述调度操作所述电解器；以及，
d)将步骤c)期间所产生的氢排放到天然气系统中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调度每10分钟至少出
现一次。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤c)包括：根据调度
指令在指定的容限范围内操作所述电解器。
4.根据权利要求1～3中任一项的方法，其中，步骤d)包括：在将
所述氢注入到天然气管线之前，将所述氢转换成甲烷。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述电解器具
有控制器以及电计量器，并且其中，所述控制器适合于操作直流电源以
预定的速率消耗电力。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，
根据所述调度按照如下集合中的一部分来操作所述电解器，所述集合是
i)多个电解器，或ii)至少一个电解器以及至少一个其他的可变负荷。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的方法，其还包括下列步骤：
a)在第一位置将所述氢注入到所述天然气系统中；
b)测量在所述第一位置注入到所述天然气系统中的所述氢的量；
c)测量用户在第二位置从所述天然气系统取回的天然气的量；以及，
d)生成用户账单，所述用户账单表明了或基于与取回的所述天然气

\t的量的至少一部分相当的氢消耗的量。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其中，所述电解器具
有多个层叠组件，每个所述层叠组件具有独立的电源和用于同时以不同
的功耗速率操作所述多个层叠组件的控制器。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的方法，其还包括下列步骤：
a)将所述电解器分为成组的分立层叠组件；
b)根据所述调度指令操作第一组分立层叠组件；以及，
c)关闭第二组分立层叠组件，将所述第二组分立层叠组件置于待机
模式，或仅当电价在指定值以下时操作所述第二组分立组件以生产所述
氢。
10.根据权利要求9所述的方法，其还包括下列步骤：
a)估算一段时期内电网服务所需的基准功耗；
b)操作所述第一组分立层叠组件的子组以提供所述基准功耗；以
及，
c)操作所述第一组分立层叠组件的其余子组，从而提供变化的功
耗。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的方法，其中，从电力生产
一定量的氢，所述电力包括实际产自或视为已经产自可再生能源的电力，
并且将所述一定量的氢标记为已经产自可再生能源。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的方法，其还包括下列步骤：
a)接收与可被注入到气体管线的最大量氢有关的数据；以及，
b)完成如下步骤中的至少一项，这些步骤为：i)控制所述电解器，
使其消耗不超过生产所述最大量氢的电量，(ii)排放过量的氢，并且(iii)
向电网运营者发送信号，所述信号表明能被生产的相应的最大量氢。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述数据包括所述管线中

\t的天然气的流率。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的方法，所述电解器具有向
上通往共用的气体分离器的多个层叠组件。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的方法，其包括下列步骤：
a)从所述天然气系统取回天然气；
b)测量从所述天然气系统取回的所述天然气中氢的浓度；以及，
c)通过如下步骤来生产具有指定氢浓度的气体混合物，所述步骤
为：i)将氢添加到所述天然气中，或ii)将所述天然气与从管线取回的氢
和天然气的富氢混合物相混合。
16.一种在市场上进行氢的虚拟销售的方法，其包括下列步骤：
a)通过电解器消耗电力以生产氢；
b)将所述氢注入到天...

【专利技术属性】
技术研发人员：纳撒尼尔·伊恩·约斯，约瑟夫·卡内里，
申请(专利权)人：水吉能公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA