一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统及方法。包括太阳能电池板、风能发电装置、海洋能发电装置、电能变换装置Ⅰ、电能变换装置Ⅱ、电能变换装置Ⅲ、显示控制台、汇流装置、电网系统、交流负载、直流负载、氢储能系统。太阳能电池板、风能发电装置、海洋能发电装置分别与3个电能变换装置连接。3个电能变换装置分别与显示控制台连接，再与汇流装置连接，汇流装置分别与交流负载、氢储能系统连接，电网系统连接交流负载，氢储能系统经DC/AC变换器、DC/DC变换器分别于交流负载和直流负载连接。本发明专利技术综合利用海上多种新能源，以氢储能为储能环节，通过电解水储存富余的电能，在海上能源发电不足时再向负载供电，无需额外储能装置。

An integrated system and method of power generation and hydrogen storage by comprehensive utilization of offshore energy

【技术实现步骤摘要】
一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统及方法
本专利技术涉及新能源发电与储能
，具体涉及一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统。
技术介绍
随着人类社会的不断进步与发展，化石燃料的储量已经不能满足人类发展的需求了，而且大量使用的化石燃料以及令全球的环境问题污染日益严重，生态平衡遭到严重的破坏，危及到人类的生存与发展。新世纪以来，人们一直在寻找能够代替化石燃料的可再生新能源。随着科技的不断进步，目前的新能源发电技术已经覆盖到太阳能、风能、海洋能、核能、生物质能等多个领域。新能源发电技术具有无污染性、可再生性、存储量大、分布广泛等优点，随着人们对新能源发电技术的研究日益成熟起来，新能源发电技术必将成为未来发电技术的主要形式。一般来说，风能、太阳能和海洋能都具有间歇性，不能连续发电，而人们对电能的需求却是连续不断的，这就导致单一的新能源发电可能无法满足人们的生活需求。因此综合利用这三种形式的能源对于提供稳定的电能具有重要意义。此外，蓄电池是常规的储能装置，但是其成本高、污染较大、寿命短一直是难以攻克的难题，本专利技术采用的氢储能系统在一定程度上解决了上述问题。风光海综合式发电与氢储能一体化系统的研究和利用在一定程度上解决了沿海以及岛屿居民的用电问题。目前，我国对于这种多种新能源综合式发电与氢储能一体化系统的研究还尚不成熟，由于要综合考虑经济性、稳定性、广泛性等多方面因素，因此还需要较长的一段时间进行研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是建立一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统，尽量多的利用海上资源为沿海以及岛屿居民提供一种节能环保型的供电与储能一体化系统，传统的储能系统大多数为铅酸蓄电池，有容量小、使用次数少等不足之处，且废旧的电池容易对环境产生污染。采用电解水制氢系统刚好利用海边海水丰富的特点，而且工艺过程简单，对环境没有污染。解决周围居民用电难问题的同时缓解了大电网的压力。本专利技术的技术方案是：一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统，包括太阳能电池板、风能发电装置、海洋能发电装置、电能变换装置Ⅰ、电能变换装置Ⅱ、电能变换装置Ⅲ、显示控制台、汇流装置、电网系统、交流负载、直流负载、氢储能系统；所述的太阳能电池板与电能变换装置Ⅰ连接，所述的风能发电装置与电能变换装置Ⅱ连接，所述的海洋能发电装置与电能变换装置Ⅲ连接。所述的电能变换装置Ⅰ、电能变换装置Ⅱ、电能变换装置Ⅲ分别与显示控制台连接。所述的电能变换装置Ⅰ、电能变换装置Ⅱ、电能变换装置Ⅲ分别与汇流装置连接，所述的汇流装置分别与交流负载、氢储能系统连接，所述的电网系统连接交流负载，所述的氢储能系统经DC/AC变换器、DC/DC变换器分别于交流负载和直流负载连接。所述的电能变换装置Ⅰ包括多个DC/DC变换器和一个逆变器，每个DC/DC变换器及其连接的太阳能电池板拥有独立的MPPT电路，所有的太阳能电池板可独立工作在最大功率点，最大限度地发挥太阳能电池板的效能。所述的电能变换装置Ⅱ包括机侧变换器与网侧变换器，采用背靠背双PWM变换器结构，可以控制整流部分，也可控制逆变部分。所述的电能变换装置Ⅲ包括机侧变流器与网侧变流器，其中机侧变流器包括标量控制器和矢量控制器，网侧变流器包括定向控制和直接功率控制，且采用背靠背全桥式变流器。所述的汇流装置是完成三种不同的发电装置发出的电能汇集与分配管理的装置。所述的显示控制台包括主控制器、远程监控、故障检测及保护动作。远程监控可以实时监控三种电能变换装置的实时信息以完成对系统的控制。故障检测和保护动作可以实时对电能转换装置的关键器件进行检测，一旦发生故障及时启动保护动作。所述的氢储能系统包括AC/DC变换器、质子交换膜水电解槽、氢罐、燃料电池、DC/DC变换器和DC/AC变换器。上述系统的工作方法如下：当负载用电功率接近发电功率时，系统工作在正常自发自用模式；当负载的用电功率小于发电功率时，系统通过光伏发电优先满足负载用电，并将剩余的电通过电解水的方式制氢储存起来；当负载的用电功率大于发电功率时，系统采用能源发电与燃料电池联合发电模式。由海上太阳能、风能和海洋能提供，海上能源转化为电能，再电解水制备成氢气作为燃料电池的燃料，燃料电池燃烧释放电能给用户。本专利技术的有益效果：1、把光伏发电、风能发电、海洋能发电三种新能源发电方式与氢气储能联系在了一起，解决了沿海及岛屿居民的用电问题的同时也缓解了大电网的压力。保证系统供电的连续性，实现了能源的最大利用率及效益的最大化。2、本专利技术综合利用海上多种新能源，并以氢储能为储能环节，通过电解水储存富余的电能，在海上能源发电不足时再向负载供电，无需额外储能装置。附图说明图1是本专利技术一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统的结构示意图；图2是本专利技术一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统的氢储能结构示意图；图3是本专利技术一种综合式利用新能源发电系统的电能变换装置结构示意图。其中，1、太阳能电池板；2、电能变换装置Ⅰ；3、风能发电装置；4、电能变换装置Ⅱ；5、海洋能发电装置；6、电能变换装置Ⅲ；7、显示控制台；8、汇流装置；9、电网系统；10、交流负载；11、氢储能系统；12、AC/DC变换器；13、质子交换膜水电解槽；14、氢罐；15、燃料电池；16、DC/DC变换器；17、直流负载；18、DC/AC变换器；19、DC/DC变换器；20、逆变器；21、机侧变换器；22、网侧变换器；23、机侧变流器；24、网侧变流器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。为了使本专利技术的技术方案更加清楚明白，以下结合附图并通过实例对本专利技术作进一步的详细说明。参见图1-3，本实施例一种综合式利用新能源发电系统，包括太阳能电池板1、风能发电装置3、海洋能发电装置5、电能变换装置Ⅰ2、电能变换装置Ⅱ4、电能变换装置Ⅲ6、显示控制台7、汇流装置8、电网系统9、交流负载10、直流负载17、氢储能系统11。所述的电能变换装置Ⅰ2包括DC/DC变换器19和逆变器20，所述的电能变换装置Ⅱ4包括机侧变换器21和网侧变换器22，所述的电能变换装置Ⅲ6包括机侧变流器23和网侧变流器24；所述的氢储能系统11包括AC/DC变换器12；质子交换膜水电解槽13；氢罐14；燃料电池15；DC/DC变换器16；DC/AC变换器18，所述的太阳能电池板1与电能变换装置Ⅰ2连接，所述的风能发电装置3与电能变换装置Ⅱ4连接，所述的海洋能发电装置5与电能变换装置Ⅲ6连接。所述的电能变换装置Ⅰ2、电能变换装Ⅱ4、电能变换装Ⅲ6分别于显示控制台7连接。所述的电能变换装置Ⅰ2、电能变换装置Ⅱ4、电能变换装置Ⅲ6分别于汇流装置8连接，所述的汇流装置8分别与交流负载10、氢储能系统连接11，所述的电网系统9连接交流负载10，所述的氢储能系统11经DC/AC变换器18、DC/DC变换器16分别于交流负载10和直流负载17连接。所述的电能变换装置Ⅰ包括多个DC/DC变换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统，其特征在于，包括太阳能电池板、风能发电装置、海洋能发电装置、电能变换装置Ⅰ、电能变换装置Ⅱ、电能变换装置Ⅲ、显示控制台、汇流装置、电网系统、交流负载、直流负载、氢储能系统。所述的太阳能电池板与电能变换装置Ⅰ连接，所述的风能发电装置与电能变换装置Ⅱ连接，所述的海洋能发电装置与电能变换装置Ⅲ连接。所述的电能变换装置Ⅰ、电能变换装置Ⅱ、电能变换装置Ⅲ分别与显示控制台连接；所述的电能变换装置Ⅰ、电能变换装置Ⅱ、电能变换装置Ⅲ分别与汇流装置连接，所述的汇流装置分别与交流负载、氢储能系统连接，所述的电网系统连接交流负载，所述的氢储能系统经DC/AC变换器、DC/DC变换器分别于交流负载和直流负载连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统，其特征在于，包括太阳能电池板、风能发电装置、海洋能发电装置、电能变换装置Ⅰ、电能变换装置Ⅱ、电能变换装置Ⅲ、显示控制台、汇流装置、电网系统、交流负载、直流负载、氢储能系统。所述的太阳能电池板与电能变换装置Ⅰ连接，所述的风能发电装置与电能变换装置Ⅱ连接，所述的海洋能发电装置与电能变换装置Ⅲ连接。所述的电能变换装置Ⅰ、电能变换装置Ⅱ、电能变换装置Ⅲ分别与显示控制台连接；所述的电能变换装置Ⅰ、电能变换装置Ⅱ、电能变换装置Ⅲ分别与汇流装置连接，所述的汇流装置分别与交流负载、氢储能系统连接，所述的电网系统连接交流负载，所述的氢储能系统经DC/AC变换器、DC/DC变换器分别于交流负载和直流负载连接。


2.根据权利要求1所述的一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统，其特征在于，所述电能变换装置Ⅰ包括多个DC/DC变换器和一个逆变器。


3.根据权利要求1所述的一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统，其特征在于，所述电能变换装置Ⅱ包括机侧变换器与网侧变换器，采用背靠背双PWM变换器结构。


4.根据权利要求1所述的一种综合利用海上能源发电与氢储能一体化系统，其特征在于，所述电能变换装置Ⅲ包括机侧变流器(标量控制器和矢量控制器)与网侧变流器(定向控制和直接功率控制)，采用背靠背全桥式变流器。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚海涛，谭伦农，吴嘉雯，孙云清，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32