电解器电力转换制造技术

一种用于电解器的电力控制装置，其经配置以：从多个电源接收电流；对来自所述多个电源的第一子集的交流电进行整流；对来自所述多个电源的第二子集的直流电进行转换；将电力从电源的所述第一子集和所述第二子集提供到能量总线；以及在所述电解器处从所述能量总线接收电力。电力。电力。

【技术实现步骤摘要】
电解器电力转换
[0001]优先权信息
[0002]本申请要求2022年3月4日提交的第63/316,964号美国临时专利申请的权益，所述申请以全文引用的方式并入本文中。


[0003]本专利技术的实施例大体上涉及电解器系统，且更具体地说，涉及电解器系统的电力转换。

技术介绍

[0004]电解器为消耗电力以便通过分解水分子或其它烃燃料分子产生氢气的装置。电解器的输入电源可以是主电网(即，公用电网)、微电网或其组合。一般来说，微电网可经配置以包含一或多个分布式电力资源(DER)，例如太阳能、风能、地热能、水能、储能、常规电力资源等。主电网还可包含若干分布式电力资源。
[0005]电力系统(EPS)，无论它是主电网还是微电网，都会经历由EPS网络上的总发电功率与总负载功率之间的平衡的中断引起的各种波动。因为DER中连接的可再生能源产生的电力具有间歇性质，所以此类波动越来越明显。当网络上的发电功率量大于总负载功率时，那么电力系统的电压和/或频率增加。类似地，当总负载功率量大于发电功率时，那么电力系统的电压和/或频率减小。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术的实施例涉及电解器电力转换，其大体上消除由相关技术的局限性和缺点导致的一或多个问题。
[0007]以下描述将阐述本专利技术的额外特征和优点，并且这些特征和优点的一部分将在描述中显而易见，或者可通过实践本专利技术而习得。本专利技术的目标和其它优点将通过在书面描述和其权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和获得。
>[0008]为了实现这些和其它优点，并且根据本专利技术的目的，如具体实施和广泛描述的，所述电解器电力转换包含一种用于电解器的电力控制装置，其经配置以：从多个电源接收电流；对来自所述多个电源的第一子集的交流电进行整流；对来自所述多个电源的第二子集的直流电进行转换；将电力从电源的所述第一子集和所述第二子集提供到能量总线；以及在所述电解器处从所述能量总线接收电力。
[0009]应理解，前述一般描述和以下详细描述均为示例性的和解释性的，并旨在提供对所要求的本专利技术的进一步解释。
附图说明
[0010]附图被包含在内以提供本专利技术的进一步理解，并且并入在本说明书中并构成本说明书的一部分，其图示本专利技术的实施例且与描述内容一起用来解释本专利技术的原理。
[0011]图1说明根据本专利技术的实例实施例的具有电负载的电解器系统。
[0012]图2说明根据本专利技术的实例实施例的具有多个DC电源和多个负载的系统。
[0013]图3说明根据本专利技术的实例实施例的具有用于具有不同电源的电解器的第一级架构的系统。
[0014]图4说明根据本专利技术的实例实施例的具有用于具有不同电源的电解器的第二级架构的系统。
[0015]图5说明根据本专利技术的实例实施例的具有两级电力转换的系统。
[0016]图6说明基于DC总线电压的堆DCDC和加热器DCDC的电力缩减。
具体实施方式
[0017]将参考附图详细描述各种实施例。在可能的情况下，将在整个附图中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。对特定实例和实施方案作出的参考是出于说明性目的，且并不意图限制本专利技术实施例或权利要求书的范围。
[0018]电解器为消耗电能和热能以通过分解水分子产生氢气的装置。电解器所需的热能可由电解器内部的电能产生。替代地或另外，可从外部源供应热能，通常通过例如其它工艺的副产物供应热能。在电解器中，在热能来源于电能的情况下，电解所需的总电能是堆所需的电能以及用于产生所需热能的电能的总和。
[0019]一或多个电源可用于电能。电解器的输入电源可以是主电网(即，公用电网)、微电网或其组合。一般来说，微电网包含一或多个分布式电力资源(DER)，例如太阳能、风能、地热能、水能、储能(例如，电池)、常规电力资源等。
[0020]电力系统(EPS)，无论它是主电网还是微电网，都会经历由EPS网络上的总发电功率与总负载功率之间的平衡的中断引起的各种波动。因为DER中连接的可再生能源产生的电力具有间歇性质，所以此类波动越来越明显。当网络上的发电功率量大于总负载功率时，那么电力系统的电压和/或频率增加。类似地，当总负载功率量大于发电功率时，那么电力系统的电压和/或频率减小。另外，举例来说，微电网中的分布式电源可为AC耦合的微电网或DC耦合的微电网，或其组合。
[0021]因此，本专利技术人已经开发了一种架构，其足够灵活以接受电源和负载的变化而不需要在每一部位处进行定制。各种实施例对电解器电源实施两级电力转换。此处，电解器设备中的氢气生产速率基于输入电源的条件，并且可以根据输入电源的条件进行调整。
[0022]另外，各种实施例提供了灵活的电架构，以组合电资源的不同组合，并通过遵循预设的优先级将所述电力分配到不同负载。此架构允许添加和移除不同的发电机资源和负载，而不需要定制解决方案。
[0023]电解的电力要求
[0024]无论是在低温还是高温下，电解器都利用电能和热能两者来分解水分子。
[0025]低温电解器通过电解槽自身(即通过电解槽中的I2R损耗)产生用于化学反应的热能，其中I是电流且R是电阻。因此，在一些实施例中，不将单独的热能供应到电解器堆。然而，高温电解器(例如固体氧化物电解器(SOEC))利用额外热能以将所述堆保持在所需的高温下(例如，大于750℃)。此外，SOEC通常在比热中性电压低得多的电池电压下开始操作，使得需要额外热能来补偿SOEC中的吸热反应。此热能在补偿吸热反应的同时使电解器堆保持
为热，且可由外部源引起和/或可由电能和加热器(例如堆加热器和空气加热器)产生。
[0026]与以液态水为输入的低温电解器不同，高温电解器SOEC需要蒸汽作为输入。这可以通过直接从外部源获得蒸汽和/或可以通过使用水加热器(例如蒸发器)在电解器内部产生蒸汽来实现。
[0027]根据供应到电解器堆的电能(电力)的量确定氢气生产的量或速率。供应到所述堆的电力等于电解器堆电压乘以供应到电解器堆的电流。堆电压又是堆电流和其它物理和化学参数的函数。由于其它物理和化学参数在正常操作期间保持恒定，因此实施例导出可由单个变量(即，堆电流)控制的堆电力。在实施例中，各种电化学系统可能需要额外电力来覆盖电厂辅助设施组件，例如鼓风机、风扇、阀门、监测设备等。
[0028]图1说明根据本专利技术的实例实施例的具有电负载的电解器系统100。系统100描绘实例固体氧化物电解器系统。实例电负载包含用于将电解器堆保持在热箱内所需高温下的加热器、用于将液态水转换为蒸汽的加热器、电解器堆和电厂辅助设施。
[0029]如图1中所说明，系统100包含固体氧化物电解器堆201、堆加热器202、空气加热器203和蒸发器204。将堆500的电能供应到SOEC堆201。将堆加热器501的电能供应到堆加热器202。将空气加热器502的电能供应到空气加热器203，且将蒸发器503的电能供应到蒸发器204。空气输入600在环境温度下供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电解器的电力控制装置，其经配置以：从多个电源接收电流；对来自所述多个电源的第一子集的交流电进行整流；对来自所述多个电源的第二子集的直流电进行转换；将电力从电源的所述第一子集和所述第二子集提供到能量总线；以及在所述电解器处从所述能量总线接收电力。2.根据权利要求1所述的电力控制装置，其中所述多个电源的所述第一子集包含电网。3.根据权利要求2所述的电力控制装置，其中所述电网是公用电网、微电网或其组合。4.根据权利要求1所述的电力控制装置，其中所述多个电源的所述第二子集包含太阳能系统或电池能量存储系统。5.根据权利要求1所述的电力控制装置，其中第一级在所述能量总线之前，且第二级由所述能量总线供电。6.根据权利要求1所述的电力控制装置，其中所述电解器的不同负载元件响应于可用电力的减小而具有不同优先级。7.根据权利要求6所述的电力控制装置，其中加热器的优先级高于电解器堆。8.根据权利要求6所述的电力控制装置，其中所述电解器的负载元件根据在相应负载元件处编程的下降特性而进行优先级排序。9.根据权利要求6所述的电力控制装置，其中响应于可用电力的减小，将堆电力减小到零。10.一种用于电解器的电力控制方...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：博隆能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：