一种光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统，尤其适用于独立式海岛，包括光伏发电装置、风力发电装置、整流调压控制器、蓄电装置、PEM电解水制氢系统、AEL电解水制氢系统、海水净化系统、氢燃料电池发电系统和氢气燃烧器。通过光伏和风力发电，经整流调压控制器转换为稳定的直流电和交流电，一部分用于岛内自循环使用，一部分以电解水制氢方式把电能转化成氢能。通过耦合PEM和AEL电解制氢系统，既能满足启停速度快，又能保证大规模制氢储能。该系统应用于独立式海岛可完全解决孤岛电能、供水、燃气系统，以光能、风能终极能源，海水为载体的自然平衡生态圈系统，无需任何外部介入，可实现生态圈内部自给自足，稳态发展。发展。发展。

【技术实现步骤摘要】
一种光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统


[0001]本技术属于光伏发电、风力发电、电解水制氢、氢燃料电池发电
，尤其涉及一种光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统，尤其涉及一种适用于独立式海岛的光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统。

技术介绍

[0002]目前，海岛电力用户主要以柴油发电为主，第一柴油发电会对环境产生极大的污染，第二，轮船等运输工具对海岛不定期提供柴油也会产生较大费用，轮船主要以柴油发电为主，同样污染环境。由于光、风发电的实效及稳定性受天气影响很大，以及能量储存设备本身容量限制等问题，对海岛电力用户的生活质量产生很大影响。如何将光能、风能、储能有机结合在一起，为海岛、孤岛用户提供稳定、清洁的绿色能源是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的缺陷，本技术的目的在于，提供一种光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统，尤其适用于解决偏远、独立式海岛上的供电需求。
[0004]本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005]本技术提供一种光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统，包括光伏发电装置、风力发电装置、整流调压控制器、蓄电装置、PEM电解水制氢系统、AEL电解水制氢系统、海水净化系统、氢燃料电池发电系统和氢气燃烧器；
[0006]所述光伏发电装置和风力发电装置分别与整流调压控制器的输入端连接，整流调压控制器的输出端分别与蓄电装置、PEM电解水制氢系统、AEL电解水制氢系统连接，所述海水净化系统的输出端分别与PEM电解水制氢系统的输入端和AEL电解水制氢系统的输入端连接；PEM电解水制氢系统的输出端分别与氢燃料电池发电系统和氢气燃烧器连接，AEL电解水制氢系统的输出端与氢气燃烧器连接。
[0007]优选地，所述光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统还包括氢气储存系统和氧气储存系统，分别用于储存PEM电解水制氢系统和AEL电解水制氢系统制备的氢气和氧气；
[0008]所述PEM电解水制氢系统包括PEM电解槽、第一氢气气水分离器、第一氧气气水分离器；所述PEM电解槽分别与第一氢气气水分离器、第一氧气气水分离器连接；
[0009]所述AEL电解水制氢系统包括AEL电解槽、第二氢气气水分离器、第二氧气气水分离器、氢气洗涤器、氧气洗涤器；所述AEL电解槽分别与第二氢气气水分离器、第二氧气气水分离器连接，所述氢气洗涤器与第二氢气气水分离器连接，氧气洗涤器与第二氧气气水分离器连接；
[0010]所述第一氢气气水分离器流出的氢气和氢气洗涤器流出的氢气经过设置的氢气纯化器后与氢气储存系统连接；所述第一氧气气水分离器流出的氧气、氧气洗涤器流出的氧气经过设置的氧气纯化器后与氧气储存系统连接。
[0011]优选地，所述整流调压控制器通过第一DC/DC转换器与PEM电解槽连接，整流调压控制器通过第二DC/DC转换器与AEL电解槽连接。
[0012]优选地，所述蓄电装置为锂电池蓄电装置，锂电池蓄电装置可通过设置的AC/DC转换器(直流转交流转换器)与各种负载应用端连接，作为应急供电；
[0013]所述整流调压控制器还连接中央控制器和各种负载应用端；所述中央控制器通过可视化操作平台，显示和控制整体集光伏发电装置、风力发电装置、海水净化系统、PEM电解水制氢系统、AEL电解水制氢系统、氢燃料电池发电系统、氢气燃烧器以及其他系统设备中的传感控制元件等。
[0014]优选地，所述海水净化系统包括依次连接的水泵、第一储水箱、海水净化器、水箱、去离子器。通过水泵泵吸海水或自来水厂的水(如海岛备用自来水厂)后，储存在第一蓄水箱中，然后通过海水净化器去除海水或自来水厂的水中内部盐类、有机物杂质等，再进一步储存在水箱中备用，然后水箱中的水流经去离子器去除水中离子后，进入PEM 电解槽和AEL电解槽中，为其提供稳定水源。
[0015]优选地，所述去离子器分别与PEM电解水制氢系统中的PEM电解槽以及设置在AEL 电解水制氢系统前端的热处理器连接。
[0016]优选地，所述热处理器与AEL电解水制氢系统中的AEL电解槽连接，热处理器的一端还连接碱液储罐。
[0017]优选地，所述第一氢气气水分离器、第一氧气气水分离器、氧气纯化器分离后的水通过设置的第一回水缓冲箱后进入去离子器或PEM电解槽中；
[0018]所述第二氢气气水分离器、第二氧气气水分离器、氢气洗涤器、氧气洗涤器、氢气纯化器分离后的水通过设置的第二回水缓冲箱后进入热处理器中。
[0019]所述第二回水缓冲箱出口端流入热处理器的水与去离子器流入热处理器的水以及碱液储罐流入热处理器的KOH溶液混合形成一定温度的30％浓度的KOH溶液。
[0020]优选地，所述氢气储存系统与氢燃料电池发电系统之间设置有第一调节器，氢气储存系统与氢气燃烧器之间设置有第二调节器，氧气储存系统与氢气燃烧器之间设置有第三调节器。
[0021]优选地，所述氢气储存系统包括高压储氢罐、中低压储氢罐、固态储氢罐中的一种或多种；
[0022]所述PEM电解槽、AEL电解槽各为一个或多个；当PEM电解槽为多个时，通过并联或串联连接；当AEL电解槽为多个时，通过并联或串联连接；
[0023]所述氢燃料电池发电系统包括一个或多个氢燃料电池；所述氢燃料电池发电系统的电能输出端与整流调压控制器连接。
[0024]本技术的光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统用于海岛时，由于海岛有丰富的光能、风能资源，由此利用光伏发电装置和风力发电装置将发电汇聚到整流调压控制器中，整流调压控制器主要能汇集光伏发电装置、风力发电装置发出的不稳定的直流电，一部分电通过其中的转换器把直流电转换成交流电供给用户(即各种负载应用端)，一部分电通过其中的交流转直流转换器转换成380V稳定直流电用于PEM电解水制氢系统和AEL电解水制氢系统进行电解水制氢，余电以锂电池蓄电方式存贮电能。
[0025]所述整流调压控制器可以对外输出稳定交流电、直流电，直接输出用于各种负载
应用端，利用光伏和风电发电的剩余电储存在蓄电装置中。
[0026]本技术所述PEM电解槽是质子交换膜电解槽，该电解槽电解效率高，一键启动， 5分钟产生合格氢气，无需人工值守，关机后即可停止产氢，0～200Nm3/h氢气产能,0～100％全范围可调，氢气纯度≥99.9995，制氢压力0～3MPa,初始投资费用高，运行费用低等特点；
[0027]本技术所述AEL电解槽是碱液水电解槽，氢气纯度≥99.9，该电解槽制氢量大， 0～1000Nm3/h氢气产能，制氢压力0～3MPa,设备价格低，但是响应慢，电耗高，冷启动需要1～2小时；
[0028]本技术通过PEM和AEL电解水制氢耦合系统，耦合PEM电解槽和AEL电解槽两种电解槽的技术特点，既能快速响应随时制氢，1分钟之内制氢，制氢调节能力从0～100％任意调节，又能高产氢量制氢0～1000本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统，其特征在于，包括光伏发电装置、风力发电装置、整流调压控制器、蓄电装置、PEM电解水制氢系统、AEL电解水制氢系统、海水净化系统、氢燃料电池发电系统和氢气燃烧器；所述光伏发电装置和风力发电装置分别与整流调压控制器的输入端连接，整流调压控制器的输出端分别与蓄电装置、PEM电解水制氢系统、AEL电解水制氢系统连接，所述海水净化系统的输出端分别与PEM电解水制氢系统的输入端和AEL电解水制氢系统的输入端连接；PEM电解水制氢系统的输出端分别与氢燃料电池发电系统和氢气燃烧器连接，AEL电解水制氢系统的输出端与氢气燃烧器连接。2.根据权利要求1所述的光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统，其特征在于，所述光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统还包括氢气储存系统和氧气储存系统，分别用于储存PEM电解水制氢系统和AEL电解水制氢系统制备的氢气和氧气；所述PEM电解水制氢系统包括PEM电解槽、第一氢气气水分离器、第一氧气气水分离器；所述PEM电解槽分别与第一氢气气水分离器、第一氧气气水分离器连接；所述AEL电解水制氢系统包括AEL电解槽、第二氢气气水分离器、第二氧气气水分离器、氢气洗涤器、氧气洗涤器；所述AEL电解槽分别与第二氢气气水分离器、第二氧气气水分离器连接，所述氢气洗涤器与第二氢气气水分离器连接，氧气洗涤器与第二氧气气水分离器连接；所述第一氢气气水分离器流出的氢气和氢气洗涤器流出的氢气经过设置的氢气纯化器后与氢气储存系统连接；所述第一氧气气水分离器流出的氧气、氧气洗涤器流出的氧气经过设置的氧气纯化器后与氧气储存系统连接。3.根据权利要求2所述的光、风发电耦合电解水制氢自然平衡生态系统，其特征在于，所述整流调压控制器通过第一DC/DC转换器与PEM电解槽连接，整流调压控制器通过第二DC/DC转换器与AEL电解槽连接。4.根据权利要求1或3所述的光、风发电耦合电解水制氢自然平衡...

【专利技术属性】
技术研发人员：董彪，罗坚，谭轶童，徐淑通，
申请(专利权)人：上海毅镤新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：