氢电耦合新能源系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于新能源技术领域，具体提供一种氢电耦合新能源系统及其控制方法，旨在解决在新能源系统中，如何实现氢电耦合的问题。为此目的，本发明专利技术的内容包括：氢电耦合新能源系统由新能源电站、储能电站、等离子体制氢站、燃气发电机、氢气一氧化碳分离设备、第一储气罐和第二储气罐等部分组成；根据电能负载需求、新能源电站的输出功率、储能电站的电量、第一储气罐的压力和第二储气罐等数据，控制各个设备的运行和各设备之间管道的开启或闭合。应用本发明专利技术的方法，在降低新能源电网弃风弃光率同时，还可以减轻新能源发电的不确定性所导致的电网波动问题，余电制氢过程中还可以消耗大气中的二氧化碳温室气体，实现能源利用与环境保护的双重效果。护的双重效果。护的双重效果。

【技术实现步骤摘要】
氢电耦合新能源系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于新能源
，具体提供一种氢电耦合新能源系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]能源行业是我国实现碳达峰、碳中和目标的关键行业，发展清洁能源是主要路径，其中，传统电力转型清洁电力是重中之重。氢能源是公认的清洁能源，具有燃烧性好、发热值高、无毒、无污染等特点；并且氢能源作为一种二次能源，通过可再生能源制绿氢，可以有效解决可再生能源的发展瓶颈问题。因此，将氢能源纳入终端能源体系，与电力协同互补，未来将成为终端能源消费主体。
[0003]新能源电力系统在我国发展迅速，新能源发电装机容量不断增加。但是风、光等新能源受自然环境影响较大，一方面全国平均弃风弃光率仍然不低，甚至部分地区高达30％；另一方面，新能源电网有时会出现供电不足的情况。因此，如何通过氢电耦合，利用新能源产生的富余的电能制氢，为氢能源设备提供动力，同时存储的氢能源还可以作为新能源电力系统的备用能源，在需要时将氢能转化成电能。并且，在制氢过程中如何进一步消耗二氧化碳，实现能源利用与环境保护双重效果，也是新能源建设需要考虑的问题。
[0004]相应地，本领域需要一种新的方案来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决如何在新能源系统中实现氢电耦合，利用新能源产生余电制氢，存储氢能源用于补充新能源的不足和/或为用氢设备提供能源，同时在制氢过程中进一步消耗二氧化碳的问题。在第一方面，本专利技术提出了一种氢电耦合新能源系统，所述系统包括：新能源电站、储能电站、等离子体制氢站、燃气发电机、氢气一氧化碳分离设备、第一储气罐和第二储气罐；所述新能源电站与电网主线连接，为新能源系统提供电能；所述储能电站与所述电网主线连接，存储所述新能源系统多余的电能，为所述新能源系统提供备用电能；所述等离子体制氢站通过第一管道与所述第一储气罐连接，所述等离子体制氢站为所述第一储气罐提供气源；所述等离子体制氢站通过第三管道与所述氢气一氧化碳分离设备连接，所述等离子体制氢站为所述氢气一氧化碳分离设备提供气源；所述等离子体制氢站与所述电网主线连接，由所述电网主线供电；所述氢气一氧化碳分离设备与所述电网主线连接，由所述电网主线供电；所述氢气一氧化碳分离设备通过第二管道与天然气管网连接，所述氢气一氧化碳分离为所述天然气管网提供气源；所述氢气一氧化碳分离设备通过第四管道与所述第一储气罐连接，所述第一储气
罐为所述氢气一氧化碳分离设备提供气源；所述氢气一氧化碳分离设备通过第五管道与所述第二储气罐连接，所述氢气一氧化碳分离设备为所述第二储气罐提供气源；所述燃气发电机通过第六管道与所述第一储气罐连接，所述第一储气罐为所述燃气发电机提供气源；所述燃气发电机通过第七管道与所述天然气管网连接，所述天然气管网为所述燃气发电机提供气源；所述燃气发电机与所述电网主线连接，为所述新能源系统提供备用电能，其中所述等离子体制氢站采用甲烷与二氧化碳催化重整反应的方法制取氢气，所述等离子体制氢站的输入原料包括甲烷和二氧化碳，所述等离子体制氢站的输出包括氢气和一氧化碳。
[0006]在第二方面，本专利技术提出了一种氢电耦合新能源系统的控制方法，所述方法包括下列步骤：S1，获取电能负载需求、新能源电站的输出功率、储能电站的电量、第一储气罐的压力和第二储气罐的压力；S2，根据所述电能负载需求、所述新能源电站的输出功率、所述储能电站的电量、所述第一储气罐的压力和所述第二储气罐的压力中的至少一项，控制储能电站、等离子体制氢站、燃气发电机、氢气一氧化碳分离设备工作，以及控制所述七根管道的开启和关闭。
[0007]在上述氢电耦合新能源系统的控制方法一个实施方式中，所述步骤S2具体包括：情形1：当P
NER
>P
LOAD
，U
ESS
<U
ESS_max
，p2>p2_l，且(P
NER
‑
P
LOAD
)≤P
BAT_in
时，所述储能电站启动存储多余的电能，所述燃气发电机停止工作，所述等离子体制氢站停止工作，所述氢气一氧化碳停止工作，关闭全部所述七根管道；并且/或者情形2：当P
NER
>P
LOAD
，U
ESS
<U
ESS_max
，p2<p2_l，(P
NER
‑
P
LOAD
)≤P
BAT_in
，且p1>p1_l时，所述储能电站启动存储多余的电能，开启所述氢气一氧化碳分离设备，所述等离子体制氢站停止工作，所述燃气发电机停止工作；开启所述第四管道，开启所述第五管道，关闭其它所述五根管道；并且/或者情形3：当P
NER
>P
LOAD
，U
ESS
<U
ESS_max
，p2<p2_l，(P
NER
‑
P
LOAD
)≤P
BAT_in
，且p1≤p1_l时，所述储能电站启动存储多余的电能，开启所述等离子体制氢站，开启所述氢气一氧化碳分离设备，所述燃气发电机停止工作；开启所述第三管道，开启所述第五管道，关闭其他所述五根管道；并且/或者情形4：当P
NER
>P
LOAD
，U
ESS
<U
ESS_max
，p2>p2_l，(P
NER
‑
P
LOAD
)>P
BAT_in
，且p1<p1_h时，所述储能电站启动存储多余的电能，开启所述等离子体制氢站，所述燃气发电机停止工作，所述氢气一氧化碳分离设备停止工作，开启所述第一管道，关闭所述其它六根管道；并且/或者情形5：当P
NER
>P
LOAD
，U
ESS
<U
ESS_max
，p1≥p1_h，(P
NER
‑
P
LOAD
)>P
BAT_in
，且p2<p2_h时，所述储能电站启动存储多余的电能，开启所述等离子体制氢站，开启所述氢气一氧化碳分离设备，所述燃气发电机停止工作，开启所述第三管道，开启所述第五管道，关闭其它所述五根管道；并且/或者情形6：当P
NER
>P
LOAD
，U
ESS
<U
ESS_max
，p1≥p1_h，p2≥p2_h，且(P
NER
‑
P
LOAD...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢电耦合新能源系统，其特征在于，所述系统包括：新能源电站、储能电站、等离子体制氢站、燃气发电机、氢气一氧化碳分离设备、第一储气罐和第二储气罐；所述新能源电站与电网主线连接，为新能源系统提供电能；所述储能电站与所述电网主线连接，存储所述新能源系统多余的电能，为所述新能源系统提供备用电能；所述等离子体制氢站通过第一管道与所述第一储气罐连接，所述等离子体制氢站为所述第一储气罐提供气源；所述等离子体制氢站通过第三管道与所述氢气一氧化碳分离设备连接，所述等离子体制氢站为所述氢气一氧化碳分离设备提供气源；所述等离子体制氢站与所述电网主线连接，由所述电网主线供电；所述氢气一氧化碳分离设备与所述电网主线连接，由所述电网主线供电；所述氢气一氧化碳分离设备通过第二管道与天然气管网连接，所述氢气一氧化碳分离为所述天然气管网提供气源；所述氢气一氧化碳分离设备通过第四管道与所述第一储气罐连接，所述第一储气罐为所述氢气一氧化碳分离设备提供气源；所述氢气一氧化碳分离设备通过第五管道与所述第二储气罐连接，所述氢气一氧化碳分离设备为所述第二储气罐提供气源；所述燃气发电机通过第六管道与所述第一储气罐连接，所述第一储气罐为所述燃气发电机提供气源；所述燃气发电机通过第七管道与所述天然气管网连接，所述天然气管网为所述燃气发电机提供气源；所述燃气发电机与所述电网主线连接，为所述新能源系统提供备用电能，其中所述等离子体制氢站采用甲烷与二氧化碳催化重整反应的方法制取氢气，所述等离子体制氢站的输入原料包括甲烷和二氧化碳，所述等离子体制氢站的输出包括氢气和一氧化碳。2.一种权利要求1所述的氢电耦合新能源系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：S1，获取电能负载需求、新能源电站的输出功率、储能电站的电量、第一储气罐的压力和第二储气罐的压力；S2，根据所述电能负载需求、所述新能源电站的输出功率、所述储能电站的电量、所述第一储气罐的压力和所述第二储气罐的压力中的至少一项，控制储能电站、等离子体制氢站、燃气发电机、氢气一氧化碳分离设备工作，以及控制所述七根管道的开启和关闭。3.根据权利要求2所述的氢电耦合新能源系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：情形1：当P
NER
＞P
LOAD
，U
ESS
＜U
ESS_max
，p2＞p2_l，且(P
NER
‑
P
LOAD
)≤P
BAT_in
时，所述储能电站启动存储多余的电能，所述燃气发电机停止工作，所述等离子体制氢站停止工作，所述氢气一氧化碳停止工作，关闭全部所述七根管道；并且/或者情形2：当P
NER
＞P
LOAD
，U
ESS
＜U
ESS_max
，p2＜p2_l，(P
NER
‑
P
LOAD
)≤P
BAT_in
，且p1＞p1_l时，所述储能电站启动存储多余的电能，开启所述氢气一氧化碳分离设备，所述等离子体制氢站停
止工作，所述燃气发电机停止工作；开启所述第四管道，开启所述第五管道，关闭其它所述五根管道；并且/或者情形3：当P
NER
＞P
LOAD
，U
ESS
＜U
ESS_max
，p2＜p2_l，(P
NER
‑
P
LOAD
)≤P
BAT_in
，且p1≤p1_l时，所述储能电站启动存储多余的电能，开启所述等离子体制氢站，开启所述氢气一氧化碳分离设备，所述燃气发电机停止工作；开启所述第三管道，开启所述第五管道，关闭其他所述五根管道；并且/或者情形4：当P
NER
＞P
LOAD
，U
ESS
＜U
ESS_max
，p2＞p2_l，(P
NER
‑
P
LOAD
)＞P
BAT_in
，且p1＜p1_h时，所述储能电站启动存储多余的电能，开启所述等离子体制氢站，所述燃气发电机停止工作，所述氢气一氧化碳分离设备停止工作，开启所述第一管道，关闭所述其它六根管道；并且/或者情形5：当P
NER
＞P
LOAD
，U
ESS
＜U
ESS_max
，p1≥p1_h，(P
NER
‑
P
LOAD
)＞P
BAT_in
，且p2＜p2_h时，所述储能电站启动存储多余的电能，开启所述等离子体制氢站，开启所述氢气一氧化碳分离设备，所述燃气发电机停止工作，开启所述第三管道，开启所述第五管道，关闭其它所述五根管道；并且/或者情形6：当P
NER
＞P
LOAD
，U
ESS
＜U
ESS_max
，p1≥p1_h，p2≥p2_h，且(P
NER
‑
P
LOAD
)＞P
BAT_in
时，所述储能电站启动存储多余的电能，开启所述等离子体制氢站，开启所述氢气一氧化碳分离设备，所述燃气发电机停止工作，开启所述第二管道，开启所述第三管道，关闭其它所述五根管道；并且/或者情形7：当P
NER
＞P
LOAD
，U
ESS
≥U
ESS_max
，p2＞p2_l，且p1＜p1_h时，开启所述等离子体制氢站，所述储能电站停止工作，所述燃气发电机停止工作，所述氢气一氧化碳分离设备停止工作，开启所述第一管道，关闭其它所述六根管道；并且/或者情形8：当P
NER
＞P
LOAD
，U
ESS
≥U
ESS_max
，p1≥p1_h，且p2＜p2_h时，开启所述等离子体制氢站，开启所述氢气一氧化碳分离设备，所述燃气发电机停止工作，所述储能电站停止工作，开启所述第三管道，开启所述第五管道，关闭其它所述五根管道；并且/或者情形9：当P
NER
＞P
LOAD
，U
ESS
≥U
ESS_max
，p1≥p1_h，且p2≥p2_h时，开启所述等离子体制氢站，开启所述氢气一氧化碳分离设备，所述储能电站停止工作，所述燃气发电机停止工作，开启所述第二管道，开启所述第三管道，关闭其它所述五根管道；其中，P
LOAD
为所述电能负载需求；P
NER
为所述新能源电站的输出功率；P
BAT_in
为所述储能电站存储电能时的输入功率；U
ESS
为所述储能电站的电量值，U
ESS_max
为所述储能电站的电量上限阈值；p1为所述第一储气罐的压力值，p1_l为所述第一储气罐的压力下限阈值，p1_h为所述第一储气罐的压力上限阈值；p2为所述第二储气罐的压力值，p2_l为所述第二储气罐的压力下限阈值，p2_h为所述第二储气罐的压力上限阈值。4.根据权利要求2所述的氢电耦合新能源系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S2还具体包括：当所述新能源电站的输出功率小于所述电能负载需求时，选择性的优先启动所述储能电站或所述燃气发电机作为备用电能。5.根据权利要求6所述的氢电耦合新能源系统的控制方法，其特征在于，“当所述新...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍群海，王文勇，张宁宇，尹靖元，韦统振，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：