一种离网式光伏制氢耦合控制系统技术方案

本发明专利技术提出一种离网式光伏制氢耦合控制系统，通过光伏发电设备进行发电，产生的电能通过耦合控制模块的调控，使部分电量存储于蓄电池中，剩余则供给制氢模块进行制氢工作。通过本发明专利技术，能够在光氢耦合情况下，实现太阳能、电能、氢能和热能的有效转化和利用，实现离网分布式光伏能源的有效消纳，提高了可再生能源制备绿色电力的综合利用效率，实现制氢智能化控制和保护。控制和保护。控制和保护。

【技术实现步骤摘要】
一种离网式光伏制氢耦合控制系统


[0001]本专利技术涉及新能源
，尤其涉及一种离网式光伏制氢耦合控制系统。

技术介绍

[0002]目前，我们正面临着严峻的能源结构问题，煤、石油、天然气等化石能源目前占能源需求总量的85％左右，到2030年非化石能源占一次能源消费比重将达到25％左右。由于光伏、风电等可再生能源出力具有随机性和间歇性的特点，难以保证供电的连续性和稳定性，因此通常配备一定容量的储能与其联合运行，但电化学电池受限于寿命、成本和容量等，大规模应用困难。而氢能作为一种能量密度高、环境友好、易于存储的清洁能源，将其与可再生能源配合起来联合运行，构成电氢综合能源系统，在提升系统供电可靠性与稳定性的同时，可以提高能源利用率，减少碳排放量，为实现“双碳目标”提供新的解决思路。
[0003]截至2020年底，全球有16个国家已制定国家级别的氢能战略，另有11个国家正在制定此种战略，以有力支撑低碳化能源转型。在过去十年里光伏发电成本下降了90％，风电成本下降了25％～40％，储能成本下降幅度超过80％，所以利用光伏发电、风电等可再生能源电力的电解水制氢，是未来“绿氢”能源发展的趋势。通过风电、光伏等可再生能源制氢，不仅能够实现“零碳排放”，获得真正洁净的“绿氢”，还能够将间歇、不稳定的可再生能源转化储存为化学能，促进新能源电力的消化。
[0004]目前的可再生能源制氢系统多以并网集中制氢方案为主，原因是有电网作为稳定能源支撑且各主要设备成熟。但随着可再生能源制氢规模的不断扩大，在并网制氢条件下，由于系统内电能需要经过逆变、升压、整流多次变换，导致损耗较大，最终电能利用效率偏低。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种离网式光伏制氢耦合控制系统，旨在实现离网分布式光伏能源的有效消纳，提高了可再生能源制备绿色电力的综合利用效率。
[0006]为此，本专利技术的技术目的在于提出一种离网式光伏制氢耦合控制系统，包括：
[0007]光伏发电模块，用于通过光伏发电设备，基于光电效应产生电能，进行供电；
[0008]制氢模块，用于利用光伏发电模块产生的电能进行电解水制氢；
[0009]耦合控制模块，连接于光伏发电模块和制氢模块之间，用于代替并网供电，以离网模式调控光伏发电模块产生的电能用于制氢模块制氢的用电比，并将制氢模块制氢用电量之外的电能进行存储和利用。
[0010]其中，耦合控制模块和制氢模块之间设置一电源变换模块，用于将光伏发电模块产生的直流电转换为制氢模块的电解槽适配的直流电。
[0011]其中，制氢模块包括多个电解槽、氢气处理机构及氢气存储机构；其中，
[0012]每一电解槽均通过耦合控制模块传输的、光伏发电模块产生的电能进行水电解，产生氢气；
[0013]每一电解槽均连接氢气处理机构，以进行氢气的干燥和纯化；
[0014]氢气存储机构为储氢罐，连接氢气处理机构，以将干燥、纯化后的氢气存储到储氢罐中，储氢罐根据氢气的使用频率和时间选择压力和容量。
[0015]其中，耦合控制模块连接其它用电模块；其它用电模块包括蓄电池、家庭用电设备和系统负荷；其中，
[0016]耦合控制模块通过分析光伏发电模块的发电量和其它用电模块的用电量，调控其它用电模块和制氢模块的用电比，以平抑快速波动的光伏发电功率，同时实现连续供电。
[0017]其中，耦合控制模块基于其它用电模块的用电量，对制氢模块进行制氢的用电比进行调控；其中，
[0018]耦合控制模块通过监控其它用电模块中的蓄电池的电量储备，以及家庭用电设备和系统负荷的平均用电量；
[0019]若蓄电池的电量储备在满足家庭用电设备和系统负荷在未来的预设时间间隔内的用电量时，剩余电量储备大于设定的电量储备阈值，则将对制氢模块进行制氢的用电比调控为第一设定用电比；否则，调控为第二设定用电比；
[0020]其中，第一设定用电比大于第二设定用电比。
[0021]其中，若蓄电池的电量储备在满足家庭用电设备和系统负荷在未来的预设时间间隔内的用电量时，剩余电量储备小于设定的最小电量储备阈值，则停止向制氢模块供电，调控向蓄电池进行充电。
[0022]其中，制氢模块电解槽的适配直流电压为50
‑
300V，通过耦合控制模块，以将光伏发电模块产生的直流电压转换为制氢电解槽的适配直流电压。
[0023]其中，氢气存储机构的储氢罐连接氢燃料电池和氢燃料车；其中，
[0024]氢燃料电池用于将氢能转换为电能和热能；氢燃料车用于将氢气转移至加氢站。
[0025]其中，耦合控制模块为分层结构，包括：云平台层、主控系统层、分布式控制层和底层设备控制层；其中，
[0026]云平台层用于对光伏发电模块的光伏发电设备、制氢模块的电解槽及其它用电模块的各用电设备进行系统评估和升级管理；
[0027]主控系统层用于进行制氢管理、储氢管理、供电管理和保护管理；对制氢模块进行监视和控制，以进行能量优化；
[0028]分布式控制层用于进行光伏发电模块、制氢模块及其它用电模块的工作数据的采集和传输；
[0029]底层设备控制层用于对光伏发电模块、制氢模块及其它用电模块的运行进行监控。
[0030]其中，分布式控制层分别设置光伏发电模块控制区、储能控制区、负荷控制区、储氢控制区；其中，
[0031]光伏发电模块控制区连接光伏发电模块，以进行光伏发电的数据传输；
[0032]储能控制区连接其它用电模块的蓄电池，以进行蓄电池的充放电数据传输；
[0033]负荷控制区连接其它用电模块中家庭用电设备的电力传输设备和系统负荷，以进行对家庭用电和负荷用电数据进行传输；
[0034]储氢控制区连接氢气存储机构，以进行氢气存储数据的传输。
[0035]区别于现有技术，本专利技术提供的离网式光伏制氢耦合控制系统，通过光伏发电设备进行发电，产生的电能通过耦合控制模块的调控，使部分电量存储于蓄电池中，剩余则供给制氢模块进行制氢工作。通过本专利技术，能够在光氢耦合情况下，实现太阳能、电能、氢能和热能的有效转化和利用，实现离网分布式光伏能源的有效消纳，提高了可再生能源制备绿色电力的综合利用效率，实现制氢智能化控制和保护。
附图说明
[0036]本专利技术的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0037]图1是本专利技术提供的一种离网式光伏制氢耦合控制系统的结构示意图。
[0038]图2是本专利技术提供的一种离网式光伏制氢耦合控制系统的原理示意图。
[0039]图3是本专利技术提供的一种离网式光伏制氢耦合控制系统的分层结构示意图。
具体实施方式
[0040]下面详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离网式光伏制氢耦合控制系统，其特征在于，包括：光伏发电模块，用于通过光伏发电设备，基于光电效应产生电能，进行供电；制氢模块，用于利用所述光伏发电模块产生的电能进行电解水制氢；耦合控制模块，连接于所述光伏发电模块和制氢模块之间，用于代替并网供电，以离网模式调控所述光伏发电模块产生的电能用于所述制氢模块制氢的用电比，并将所述制氢模块制氢用电量之外的电能进行存储和利用。2.根据权利要求1所述的离网式光伏制氢耦合控制系统，其特征在于，所述耦合控制模块和制氢模块之间设置一电源变换模块，用于将光伏发电模块产生的直流电转换为所述制氢模块的电解槽适配的直流电。3.根据权利要求2所述的离网式光伏制氢耦合控制系统，其特征在于，所述制氢模块包括多个电解槽、氢气处理机构及氢气存储机构；其中，每一所述电解槽均通过所述耦合控制模块传输的、光伏发电模块产生的电能进行水电解，产生氢气；每一所述电解槽均连接所述氢气处理机构，以进行氢气的干燥和纯化；所述氢气存储机构为储氢罐，连接所述氢气处理机构，以将干燥、纯化后的氢气存储到所述储氢罐中，所述储氢罐根据氢气的使用频率和时间选择压力和容量。4.根据权利要求3所述的离网式光伏制氢耦合控制系统，其特征在于，所述耦合控制模块连接其它用电模块；所述其它用电模块包括蓄电池、家庭用电设备和系统负荷；其中，所述耦合控制模块通过分析所述光伏发电模块的发电量和所述其它用电模块的用电量，调控所述其它用电模块和所述制氢模块的用电比，以平抑快速波动的光伏发电功率，同时实现连续供电。5.根据权利要求4所述的离网式光伏制氢耦合控制系统，其特征在于，所述耦合控制模块基于其它用电模块的用电量，对制氢模块进行制氢的用电比进行调控；其中，所述耦合控制模块通过监控所述其它用电模块中的蓄电池的电量储备，以及家庭用电设备和系统负荷的平均用电量；若所述蓄电池的电量储备在满足所述家庭用电设备和系统负荷在未来的预设时间间隔内的用电量时，剩余电量储备大于设定的电量储备阈值，则将对制氢模块进行制氢的用电比调控为第一设定用电比；否则，调控为第二设定用电比；其中，所述第一设定用电比大于第二设定用电比。6.根据权利要求5所述的离网式光伏制氢耦合控制系统，其特征在于，若所述蓄电池的电量储备在满足所述家庭用电设备和系统负荷在未来的预设时间间隔内的用电量时，剩余电量储备小...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐显明，王金意，张畅，王鹏杰，巩玉栋，潘龙，吴展，
申请(专利权)人：四川华能氢能科技有限公司华能集团技术创新中心有限公司四川华能太平驿水电有限责任公司四川华能宝兴河水电有限责任公司四川华能嘉陵江水电有限责任公司四川华能东西关水电股份有限公司四川华能康定水电有限责任公司四川华能涪江水电有限责任公司华能明台电力有限责任公司，
类型：发明
国别省市：