用于光伏电站调峰调频的飞轮-制氢-燃料电池发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于光伏电站调峰调频的飞轮‑制氢‑燃料电池发电系统，包括光伏发电系统、光伏逆变器、功率协调控制系统、电解制氢系统、电网、飞轮储能系统、储氧罐、储氢罐及燃料电池；光伏发电系统经光伏逆变器与功率协调控制系统相连接，功率协调控制系统与电解制氢系统、电网及飞轮储能系统相连接，电解制氢系统的氧气出口与储氧罐相连接，电解制氢系统的氢气出口与储氢罐相连通，储氢罐的出口与燃料电池的氢气入口相连通，燃料电池的输出端与电网相连接，该系统能够有效解决光伏电站电能输出不稳定对电网造成的冲击，同时避免出现大量弃光的现象。

【技术实现步骤摘要】
用于光伏电站调峰调频的飞轮-制氢-燃料电池发电系统
本技术属于飞轮储能及电解水制氢混合调峰调频领域，涉及一种用于光伏电站调峰调频的飞轮-制氢-燃料电池发电系统。
技术介绍
2019年全国光伏发电量达2243亿千瓦时，弃光电量46亿千瓦时。从重点区域看，光伏消纳问题主要出现在西北地区，其中西藏、新疆、甘肃弃光率分别为24.1％、7.4％、4.0％，青海受新能源装机大幅增加、负荷下降等因素影响，弃光率提高至7.2％，同比提高2.5个百分点。同时，光伏发电上网电价呈持续下降趋势，且逐步与传统上网电价趋同。再者，由于光伏发电固有的间歇性、随机不确定性等特点，将对接入电网的安全稳定运行产生诸多不利影响，也导致对发电企业考核增加，影响发电企业受益。因此，改善接入电网的电能质量亦成为目前亟需解决的问题。飞轮储能系统具有高倍率、长寿命的优势，能够瞬间吸收能量，大功率、短时频繁充放电，可有效解决光伏电站电能频率稳定性问题。同时，将光伏弃电用于电解水制氢，可有效消纳浪费资源，产生氢能。同时，在需要电能时，氢能可通过方式燃料电池转换为电能输送上网，实现电能存储与释放。而氢能作为新的绿色能源主力，受到了越来越广泛的关注。近两年，在新能源各行业补贴普遍退坡的情况下，氢能保持着补贴力度的持续不变。相比于采用市电制氢，在光伏电站利用低廉的光伏弃电电解水制氢有着无可比拟的优势，不仅可以实现清洁能源生产清洁能源，有效地消纳光伏发电，可以实现两种重要新能源之间的有效结合应用。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于光伏电站调峰调频的飞轮-制氢-燃料电池发电系统，该系统能够有效解决光伏电站电能输出不稳定对电网造成的冲击，同时避免出现大量弃光的现象。为达到上述目的，本技术所述的用于光伏电站调峰调频的飞轮-制氢-燃料电池发电系统包括光伏发电系统、光伏逆变器、功率协调控制系统、电解制氢系统、交流母线、电网、飞轮储能系统、储氧罐、储氢罐及燃料电池；光伏发电系统、飞轮储能系统、电解水制氢系统将各自的功率信号接入功率协调控制器。光伏发电系统经光伏逆变器接入交流母线；交流母线经第二AC-DC变换器与飞轮储能系统的输入端相连接，飞轮储能系统经DC-AC双向变流器与交流母线的连接；交流母线经AC-DC变流器与电解制氢系统的电源接口相连接。电解制氢系统的氢气出口经氢气压缩机与储氢罐相连通。电解制氢系统的氧气出口经氧气压缩机与储氧罐相连通。燃料电池的输出端经第二DC-AC变换器与交流母线相连接。本技术具有以下有益效果：本技术所述的用于光伏电站调峰调频的飞轮-制氢-燃料电池发电系统在具体操作时，将光伏发电系统、飞轮储能系统、电解制氢系统及燃料电池相结合来解决光伏电站输出波动性大及大量弃光问题，以提高光伏电站的发电利用效率；另外，本技术采用飞轮储能系统、电解制氢系统及燃料电池联动的方式，充分利用飞轮储能系统响应速度快、功率密度高的诸多特点，来平抑光伏发电波动，实现快速调频功能，同时还可减小光伏发电波动对电网、电解制氢系统、燃料电池的冲击，有效弥补光伏等可再生能源发电间歇性、波动性的缺点，改善电场输出功率的可控性，提升发电的稳定性水平。附图说明图1为本技术的结构示意图。其中，1为光伏发电系统、2为光伏逆变器、3为功率协调控制系统、4为第一DC-AC变换器、5为第二AC-DC变换器、6为第一AC-DC变换器、7为电解制氢系统、8为飞轮储能系统、9为储氢罐、10为氧气压缩机、11为储氧罐、12为燃料电池、13为第二DC-AC变换器、14为氢气压缩机、16为交流母线、17为电网。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细描述：参考图1，本技术所述的用于光伏电站调峰调频的飞轮-制氢-燃料电池发电系统包括光伏发电系统1、光伏逆变器2、功率协调控制系统3、电解制氢系统7、交流母线16、电/17、飞轮储能系统8、储氧罐11、储氢罐9及燃料电池12；光伏发电系统1、飞轮储能系统8、电解水制氢系统7将各自的功率信号接入功率协调控制器3；光伏发电系统1经光伏逆变器2接入交流母线16；交流母线16经第二AC-DC变换器5与飞轮储能系统8的输入端相连接，飞轮储能系统8经DC-AC双向变流器4与交流母线16的连接；交流母线16经AC-DC变流器6与电解制氢系统7的电源接口相连接。电解制氢系统7的氢气出口经氢气压缩机14与储氢罐9相连通；电解制氢系统7的氧气出口经氧气压缩机10与储氧罐11相连通。燃料电池12的输出端经第二DC-AC变换器13与交流母线16相连接。本技术的具体工作过程为：功率协调控制系统3对各模块进行通讯和控制；当光伏发电系统1的发电功率不同于电网需求时，功率协调控制系统3控制飞轮储能系统8及燃料电池12发电以满足电网需求，其中，先优先通过飞轮储能系统8满足电网需求，当飞轮储能系统8不能满足电网需求时，则启动燃料电池12进行补充。当光伏发电系统1的发电功率大于电网指令功率时，功率协调控制系统3控制优先将多余的电能经过第二AC-DC变换器5整流调压后对飞轮储能系统8进行充电，同时超出飞轮储能系统8储能功率的部分，经过第一AC-DC变换器6稳压整流后输入到电解制氢系统7中，通过电解制氢系统7进行电解水制氢；当功率波动较小时，则优先控制飞轮储能系统8进行充放电，充分利用飞轮储能系统8充放电速率快、循环寿命长的特点，减少电解水制氢系统的功率波动，延长电解水制氢系统的使用寿命；当光伏发电功率远小于电网需求时，飞轮储能系统8经过第一DC-AC变换器4对电网放电，至容量为30％时，启动燃料电池12发电，经过DC-AC将直流电转化为交流电，向电网供电。具体的，电解制氢系统7采用电导率较高的常规碱性电解液(30％KOH溶液)，电解池阴极材料为Pt、Ru、Rh、Ir、Ni、Co、Fe、Zn、Ti等金属的一种或数种的合金，阳极材料为镍基金属或合金氧化物。电解制氢产物分别经过氢气缓冲罐及氧气缓冲罐纯化，然后通过氢气压缩机14及氧气压缩机10压缩，最后存储到储氧罐11及储氢罐9中。本技术在工作时，对于较小的功率波动，飞轮储能系统8始终处于充放电波动中，因此，采用具有快速响应的飞轮储能系统8，可有效改善风电场的调频速度和精度。在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的
技术实现思路
，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光伏电站调峰调频的飞轮-制氢-燃料电池发电系统，其特征在于，包括光伏发电系统(1)、光伏逆变器(2)、功率协调控制系统(3)、电解制氢系统(7)、飞轮储能系统(8)、储氧罐(11)、储氢罐(9)、燃料电池(12)、交流母线(16)及电网(17)；/n光伏发电系统(1)、飞轮储能系统(8)、电解制氢系统(7)将各自的功率信号接入功率协调控制系统(3)；/n光伏发电系统(1)经光伏逆变器(2)接入交流母线(16)；/n交流母线(16)经第二AC-DC变换器(5)与飞轮储能系统(8)的输入端相连接，飞轮储能系统(8)经DC-AC双向变流器(4)与交流母线(16)连接；/n交流母线(16)经AC-DC变流器(6)与电解制氢系统(7)的电源接口相连接；/n燃料电池(12)的输出端经第二DC-AC变换器(13)与交流母线(16)相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于光伏电站调峰调频的飞轮-制氢-燃料电池发电系统，其特征在于，包括光伏发电系统(1)、光伏逆变器(2)、功率协调控制系统(3)、电解制氢系统(7)、飞轮储能系统(8)、储氧罐(11)、储氢罐(9)、燃料电池(12)、交流母线(16)及电网(17)；
光伏发电系统(1)、飞轮储能系统(8)、电解制氢系统(7)将各自的功率信号接入功率协调控制系统(3)；
光伏发电系统(1)经光伏逆变器(2)接入交流母线(16)；
交流母线(16)经第二AC-DC变换器(5)与飞轮储能系统(8)的输入端相连接，飞轮储能系统(8)经DC-AC双向变流器(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹曦，刘明义，陈生顺，何众宁，占生辉，曹传钊，郑建涛，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，华能哈密风力发电有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11