本发明专利技术公开了一种利用新能源发电的离网电解槽电源控制方法和装置，该电源控制方法和装置先利用卸载控制，将小功率难以利用的新能源电力通过卸载回路卸载，再利用直流降压斩波方式，将电压波动范围非常大的新能源电力的电压控制在一个精准的电压范围内，并增大电流作为水电解制氢的电源，以有效利用新能源电力而不需要电网电或电池作为辅助电源进行电解，并保护电解槽在低电压、低功率状态下的安全性，以达到使用低成本的新能源电力直接进行水电解制氢而不依赖电网和电池的目的。解制氢而不依赖电网和电池的目的。解制氢而不依赖电网和电池的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种利用新能源发电的离网电解槽电源控制方法和装置
[0001]本专利技术涉及电化学方法的电解技术。
技术介绍
[0002]氢气、氧气都是一种重要的工业原料，同时氢气也具有高燃值的特性，是一种完全清洁的能源，氢能的用途也越来越广泛而受到人类的喜爱。
[0003]现有电解制氢工业中，电解槽中平行、直立地设置若干组电极，每组电极分别设置为阳极和阴极，阳极接电源正极，阴极接电源负极，阴阳极板中间用隔膜隔离，从而组成一个电解室，各电解室相互串联组成一个电解槽，电解槽根据电源的直流电压值设置串联电解室数，根据电源的总功率(电流值)设置电解槽(电极板)尺寸。在上述电解槽中，根据电解类型，碱性水电解槽每个电解室的基准电源电压为2伏左右的直流电压(允许变化范围为2伏的 0.6
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1.1倍)，电极的尺寸按每平方厘米0.25安培，在PEM电解槽中基准电压可设置在直流3 伏左右，电流每平方厘米1安培的电流为依据，电解槽总电压为各电解室电压之和，总电流各电解室相同，因此电解槽需较为稳定的电压，在电解制氢过程中，阳极产生氧气，阴极产生氢气。
[0004]由于新能源发电尤其风电、太阳能发电的随机性，其发电功率、电压、电流变化范围极大，而水电解制氢中的电解槽虽然可以承受较大范围的电流变化，但对于电压变化较为敏感，一般难以承受大范围的电压变化，当电解室的电压低于设定值的50％以后，氢、氧易于渗透，造成一定的安全隐患。但新能源发电的特点首先是随着环境变化引起电压变化，再引起电流和功率的变化。
[0005]虽然本人也申请了不依赖电网的离网式电解控制结构和方式、以及离网式电解槽结构和电极控制方法的专利技术专利用，可以使用离网的风能/太阳能等可再生能源作为制氢的电源，降低了电解制氢的电力成本，但都是对电极数接入、切出的控制，相对而言增加了电解槽的制造成本，而能源产品对成本差异非常敏感，成本越低、越有利于推广应用。
技术实现思路
[0006]鉴于电解槽更需要较为稳定的电压，难于直接使用新能源发电用于电解制氢和不增加电解槽成本为出发点，本专利技术是利用设置卸载开关和直流降压斩波方法，将电压变化非常大的新能源发电稳定在一个设置的范围内。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0008]电解槽为常规碱性水或纯水电解槽，电解槽正负极和该电源控制装置的输出端并联连接，电源控制装置为直流降压斩波控制器，并在输入端具有一个卸载控制回路，如图1是该控制装置的电路结构示意图。
[0009]为了说明该装置是如何用于水电解装置的(碱性水电解槽或PEM电解槽)，下面用不同新能源发电参数加以说明。风力发电机的输出功率伴随风速的大小而变化，通常都会按风况条件设置一个额定输出功率，在额定功率下伴随一个额定输出电压和额定输出电
流。风能能量的变化是风速变化的指数函数，风能能量和风速呈三次方关系，一般风力发电机的切入风速和额定风速相差3
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4倍甚至于更大，而风速相差一倍，能量相差8倍，比如风速从3米/秒变化到6米/秒，能量相差8倍，风速从6米/秒变化到12米/秒，能量又相差8倍，如果风速从3米/秒变化到12米/秒，能量相差64倍，而真实环境下风速的变化范围更大；同样，太阳能发电也有一个额定最大功率，对应一个额定工作电压；阴雨天和夏天太阳高照下，太阳能功率变化也有数十倍之巨，电压变化范围也有数倍，远高于电解水中对电压稳定性的要求。
[0010]为了利用新能源发电装置直接进行水电解制氢而不依赖电网或备用电源，又不至于有太多浪费的电能，通过设置一个卸载控制开关和斩波电路输出，将波动范围极大的新能源电力直接用于水电解制氢。卸载控制开关用于在低风速或弱阳光下将很小的功率通过假负载进行卸载，并通过斩波器保持新能源发电输出的直流电压稳定性，保证水电解装置的安全。
附图说明
图1是风电或太阳能单独作为水电解装置电源的卸载、斩波示意图。图2是风电和太阳能混合作为水电解装置电源的卸载、斩波示意图。
具体实施方式
[0011]由于新能源发电的不稳定性特点，而且发电规模可根据需求组合，下面将结合具体实施例，对本专利技术的具体实施方式做进一步详细的说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围，应当理解，本领域技术人员可以在不背离权利要求书限定范围的前提下，根据本专利的方法对这些实施例中新能源发电装置的额定电压、最大工作电压、卸载电压、斩波电压设置新的组合，产生新的具体实施方式，也都包括在本专利技术的保护范围之内。
[0012]实施例1 （风力发电机作为电解供电的实施例）
[0013]选取一台额定功率20千瓦的风力发电机，发电机为三相永磁同步发电机，发电机额定电压三相210伏，经过整流后直流额定工作电压280伏，额定风速12米/秒，切入风速2.1米/秒，切出风速25米/秒。下表一为该20千瓦风力发电机在不同风速下的功率输出特性：
[0014][0015]上述20千瓦风力发电机的额定电压为三相交流210伏，整流后额定直流电压约为280伏，风机最大整流电压约为288伏。在风速低于4米/秒区间，直流功率输出小于650瓦，该风机在 4米/秒风速下直流功率为650瓦，对应整流电压为93伏，电流为7安培，最大功率时风机功率22千瓦，对应最大电流71.9安培。风力发电机通过整流后首先判断整流电压的高低，当整流电压低于93伏时，卸载开关控制卸载回路始终处于导通状态，新能源电力通过假负载进行卸载，此时IGBT处于断开状态，电解槽始终处于开路状态；当整流电压高于93伏后，卸载开关断开卸载回路，此时IGBT导通，新能源电力通过斩波器后输入到电解槽的正负端，电解槽开始工作。因为卸载控制电压要高于、等于斩波电压，又因为考虑到尽可能提高新能源电力在低功率状态下的电流值，因此设置斩波电压为80伏，当因风速增加，整流电压高于93 伏后，卸载回路始终处于断开状态，电解槽作为负载接入开始电解，斩波回路开始工作，无论新能源电力如何变化，只要整流电压高于93伏，通过该控制装置，输出电压始终保持在斩波电压值。实施例1中的电解槽为碱性水双极板电解槽，根据输出电压特性，该电解槽设置 35个电极，每个电极电压约为2.3伏，斩波控制装置最大输出电流275安，电解槽有效尺寸设置为1100平方厘米。如果用于纯水电解槽(PEM电解)，按电极的基准电压3伏左右、每平方厘米1安培设置电解槽有效尺寸，可设置26个电极，电解槽有效尺寸为275平方厘米。此风机被浪费的最大功率低于650瓦，小于最大功率的3％。
[0016]实施例2（太阳能作为电解供电的实施例）
[0017]由于太阳能电池在不同的光照强度下电压
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功率具有不同的输出特性，且该特性是非线性的，通过对某太阳能电池试验获得已知光照强度下对应的太阳能电池电压变化如下表。从下表可以在光照强度剧烈变化时，在一定光照强度下，电压变化的速率远低于电流变化，只有当光照强度大幅降低后，电压变化才较为迅速，因此当太阳能电池的输出电压低于额定工作电压的29％时，输出功率只占最大功率本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用新能源发电的离网电解槽电源控制方法和装置，其特征在于，该控制装置控制新能源发电作为电解槽独立的供电电源，该装置具有一个卸载控制开关，并通过直流降压斩波后输出，并和电解槽的正负极并联连接。2.根据权利要求1所述的内容，其特征在于，该控制装置设置一个卸载控制开关，通过设置卸载控制电压，将低电压下的新能源电力通过假负载卸载，卸载电压值设置为高于或等于载波电压值。3.根据权利要求2所述的内容，其特征在于，该电源控制装置的卸载电压设置为小于、等于风力发电机额定电压的35％。4.根据权利要求2所述的内容，其特征在于，该电源控制装置的卸载电压设置为小于、等于太阳能电站...
【专利技术属性】
技术研发人员：严强，
申请(专利权)人：严强，
类型：发明
国别省市：
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