一种风光气互补联合储能制氢系统及协调控制方法技术方案

本发明专利技术属于储能技术领域，公开一种风光气互补联合储能制氢系统及协调控制方法；所述系统，包括：风力发电机、光伏发电机、燃气轮机、蓄电池、制氢装置和储氢装置；风力发电机的输出端连接电网、蓄电池和制氢装置；光伏发电机的输出端连接电网、蓄电池和制氢装置；蓄电池的输出端和燃气轮机的输出端均连接制氢装置；制氢装置的氢气出口连接储氢装置的输入端。本发明专利技术通过在蓄电池的基础上配置燃气轮机，能够更好的支撑制氢装置在最佳功率范围内工作，提高电解槽工作稳定性、性能和使用寿命，并降低成本；所制取的氢气可以灵活应用于钢铁、冶金、化工等行业的气负荷，以及在电网需求时，通过氢燃料电池为电网供电，提高电网供电的可靠性。提高电网供电的可靠性。提高电网供电的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种风光气互补联合储能制氢系统及协调控制方法


[0001]本专利技术属于储能
，特别涉及一种风光气互补联合储能制氢系统及协调控制方法。

技术介绍

[0002]由于能源危机、全球变暖和其他环境问题，可再生能源发电在电力系统中的渗透率迅速增长。然而，高比例可再生能源的接入导致电力系统面临着频率和电压波动等电能质量下降的问题。
[0003]储能系统可以缓解风电场的输出波动，蓄电池储能具有响应速度更快，循环寿命长的优势，但是由于储能系统的能量容量有限，储能系统很难长期存储风电场的多余功率。氢能成为一种来源广阔、清洁灵活、使用场合多样化的二次能源，可以成为电力的主要能源转化载体，能够灵活地进行电
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氢双向转化，然而，由于技术的限制，对电解槽的性能和寿命造成不好的影响。
[0004]风光互补耦合发电储能制氢系统由风力发电系统、太阳能发电系统、蓄电池、电解水制氢装置及氢能储存和利用系统组成，其工作原理为：当区域电网中风光资源富余时，将弃风弃光资源优先用于蓄电池充电，过剩的电能用于电解水制氢并储存；当电网电力不足时，氢能通过蓄电池以及燃料电池为电网供电，达到削峰填谷的作用，同时提升风光资源的利用率及并网稳定性。
[0005]目前，光伏发电、风力发电主要采用效率较高的蓄电池储能，但是能量密度低、储存时间短、容量有限等劣势限制了蓄电池储能的进一步发展应用。氢能是一种质量能量密度高、储存期长的高效储能方式，利用氢储能来调节、储存转化能量，能够进一步缓解风光互补发电系统的弃风、弃光问题。但是，由于技术的限制，风光波动性容易对电解槽的性能、寿命造成不好的影响，且制氢量无法保持最大，而且蓄电池储能的支撑作用有限。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种风光气互补联合储能制氢系统及协调控制方法，以解决风光波动性容易对电解槽的性能、寿命造成不良影响的技术问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种风光气互补联合储能制氢系统，包括：风力发电机、光伏发电机、燃气轮机、蓄电池、制氢装置和储氢装置；
[0009]风力发电机的输出端连接电网、蓄电池和制氢装置；
[0010]光伏发电机的输出端连接电网、蓄电池和制氢装置；
[0011]蓄电池的输出端和燃气轮机的输出端均连接制氢装置；
[0012]制氢装置的氢气出口连接储氢装置的输入端。
[0013]本专利技术进一步的改进在于：还包括燃料电池；
[0014]所述储氢装置的输出端通过燃料电池连接电网。
[0015]本专利技术进一步的改进在于：还包气负荷；
[0016]所述储氢装置的输出端连接气负荷。
[0017]本专利技术进一步的改进在于：还包括采集模块；所述采集模块用于采集风力发电机和光伏发电机的出力；
[0018]如果风力发电机和光伏发电机的风光功率位于制氢装置的最佳工作功率范围内，控制风力发电机和光伏发电机直接向制氢装置供电；燃气轮机和蓄电池不工作；
[0019]如果风力发电机和光伏发电机的风光功率大于制氢装置的最佳工作功率范围最大值，控制风力发电机和光伏发电机向制氢装置供电，使制氢装置工作在最佳工作功率范围内；多余的风光功率对蓄电池充电，当蓄电池荷电状态达到最大值时停止充电；若还有剩余风光功率，则接入电网；燃气轮机不工作；
[0020]如果风力发电机和光伏发电机的风光功率小于制氢装置的最佳工作功率范围最小值，控制风力发电机和光伏发电机向制氢装置供电，同时通过蓄电池向制氢装置供电，若蓄电池出力难以满足使制氢装置工作在最佳工作功率范围内时，再通过燃气轮机发电进行补充制氢装置用电，使制氢装置工作在最佳工作功率范围内。
[0021]第二方面，本专利技术提供一种风光气互补联合储能制氢系统的协调控制方法，基于所述的一种风光气互补联合储能制氢系统，包括：
[0022]获取风力发电机和光伏发电机的发电出力，计算风力发电机和光伏发电机的风光功率，风光功率＝风力发电机的发电出力+光伏发电机的发电出力；
[0023]判断风光功率与制氢装置最佳工作功率范围的关系，协调控制风力发电机、光伏发电机、燃气轮机蓄电池的工作状态。
[0024]本专利技术进一步的改进在于：所述判断风光功率与制氢装置最佳工作功率范围的关系，协调控制风力发电机、光伏发电机、燃气轮机蓄电池的工作状态的步骤具体包括：
[0025]若风光功率在制氢装置最佳工作功率范围内时：P_ele1<风光功率<P_ele2；其中，P_ele1为制氢装置最佳工作功率最小值，P_ele2为制氢装置最佳工作功率最大值；
[0026]若以风光功率制得的氢气量满足储氢装置的储存容量时，制氢装置以风光功率运行，蓄电池和燃气轮机不工作；
[0027]若以风光功率制得的氢气量大于储氢装置的储存容量时，若储氢装置储满所需功率大于等于P_ele1，多余功率能完全存入蓄电池中，制氢装置以储氢装置储满所需功率运行，蓄电池存入功率为多余功率，燃气轮机不工作，风光功率不上网；
[0028]若以风光功率制得的氢气量大于储氢装置的储存容量时，若储氢装置储满所需功率大于等于P_ele1，多余功率不能完全存入蓄电池中，制氢装置以储氢装置储满所需功率运行，蓄电池存入功率为蓄电池储满所需功率，上网功率为风光功率减去制氢装置运行功率再减去蓄电池存入功率，燃气轮机不工作；
[0029]若以风光功率制得的氢气量大于储氢装置的最大容量时，若储氢装置储满所需功率小于P_ele1，多余功率能完全存入蓄电池中，制氢装置不工作，蓄电池存入功率为多余功率，风光功率不上网，燃气轮机不工作；
[0030]若以风光功率制得的氢气量大于储氢装置的储存容量时，若储氢装置储满所需功率小于P_ele1，多余功率不能完全存入蓄电池中，制氢装置不工作，蓄电池存入功率为蓄电池储满所需功率，上网功率为风光功率减去蓄电池存入功率，燃气轮机不工作；
[0031]若以风光功率制得的氢气量小于储氢装置最小容量时，若满足储氢装置所需最小值的功率大于等于P_ele1，蓄电池满足所缺功率，制氢装置运行功率为储氢装置所需最低功率，蓄电池放电功率为所缺功率，风光功率不上网，燃气轮机不工作
[0032]若以风光功率制得的氢气量小于储氢装置最小容量时，若满足储氢装置所需最小值的功率大于等于P_ele1，蓄电池不能满足所缺功率，制氢装置运行功率为储氢装置所需最低功率，蓄电池放出全部功率，燃气轮机工作，功率为所缺功率减去蓄电池放出功率。
[0033]本专利技术进一步的改进在于：所述判断风光功率与制氢装置最佳工作功率范围的关系，协调控制风力发电机、光伏发电机、燃气轮机蓄电池的工作状态的步骤具体包括：
[0034]若风光功率大于制氢装置最佳工作功率范围最大值P_ele2时；P_ele2为制氢装置最佳工作功率最大值；
[0035]若制氢装置以最佳工作功率范围最大值P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风光气互补联合储能制氢系统，其特征在于，包括：风力发电机(1)、光伏发电机(2)、燃气轮机(3)、蓄电池(4)、制氢装置(5)和储氢装置(6)；风力发电机(1)的输出端连接电网(9)、蓄电池(4)和制氢装置(5)；光伏发电机(2)的输出端连接电网(9)、蓄电池(4)和制氢装置(5)；蓄电池(4)的输出端和燃气轮机(3)的输出端均连接制氢装置(5)；制氢装置(5)的氢气出口连接储氢装置(6)的输入端。2.根据权利要求1所述的一种风光气互补联合储能制氢系统，其特征在于，还包括燃料电池(8)；所述储氢装置(6)的输出端通过燃料电池(8)连接电网(9)。3.根据权利要求1所述的一种风光气互补联合储能制氢系统，其特征在于，还包气负荷(7)；所述储氢装置(6)的输出端连接气负荷(7)。4.根据权利要求1所述的一种风光气互补联合储能制氢系统，其特征在于，还包括采集模块；所述采集模块用于采集风力发电机(1)和光伏发电机(2)的出力；如果风力发电机(1)和光伏发电机(2)的风光功率位于制氢装置(5)的最佳工作功率范围内，控制风力发电机(1)和光伏发电机(2)直接向制氢装置(5)供电；燃气轮机(3)和蓄电池(4)不工作；如果风力发电机(1)和光伏发电机(2)的风光功率大于制氢装置(5)的最佳工作功率范围最大值，控制风力发电机(1)和光伏发电机(2)向制氢装置(5)供电，使制氢装置(5)工作在最佳工作功率范围内；多余的风光功率对蓄电池(4)充电，当蓄电池(4)荷电状态达到最大值时停止充电；若还有剩余风光功率，则接入电网(9)；燃气轮机(3)不工作；如果风力发电机(1)和光伏发电机(2)的风光功率小于制氢装置(5)的最佳工作功率范围最小值，控制风力发电机(1)和光伏发电机(2)向制氢装置(5)供电，同时通过蓄电池(4)向制氢装置(5)供电，若蓄电池(4)出力难以满足使制氢装置(5)工作在最佳工作功率范围内时，再通过燃气轮机(3)发电进行补充制氢装置(5)用电，使制氢装置(5)工作在最佳工作功率范围内。5.一种风光气互补联合储能制氢系统的协调控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种风光气互补联合储能制氢系统，包括：获取风力发电机(1)和光伏发电机(2)的发电出力，计算风力发电机(1)和光伏发电机(2)的风光功率，风光功率＝风力发电机(1)的发电出力+光伏发电机(2)的发电出力；判断风光功率与制氢装置最佳工作功率范围的关系，协调控制风力发电机(1)、光伏发电机(2)、燃气轮机(3)蓄电池(4)的工作状态。6.根据权利要求5所述的一种风光气互补联合储能制氢系统的协调控制方法，其特征在于，所述判断风光功率与制氢装置最佳工作功率范围的关系，协调控制风力发电机(1)、光伏发电机(2)、燃气轮机(3)蓄电池(4)的工作状态的步骤具体包括：若风光功率在制氢装置(5)最佳工作功率范围内时：P_ele1<风光功率<P_ele2；其中，P_ele1为制氢装置(5)最佳工作功率最小值，P_ele2为制氢装置(5)最佳工作功率最大值；若以风光功率制得的氢气量满足储氢装置(6)的储存容量时，制氢装置(5)以风光功率运行，蓄电池(4)和燃气轮机(3)不工作；
若以风光功率制得的氢气量大于储氢装置(6)的储存容量时，若储氢装置(6)储满所需功率大于等于P_ele1，多余功率能完全存入蓄电池(4)中，制氢装置(5)以储氢装置(6)储满所需功率运行，蓄电池(4)存入功率为多余功率，燃气轮机(3)不工作，风光功率不上网；若以风光功率制得的氢气量大于储氢装置(6)的储存容量时，若储氢装置(6)储满所需功率大于等于P_ele1，多余功率不能完全存入蓄电池(4)中，制氢装置(5)以储氢装置(6)储满所需功率运行，蓄电池(4)存入功率为蓄电池储满所需功率，上网功率为风光功率减去制氢装置(5)运行功率再减去蓄电池(4)存入功率，燃气轮机(3)不工作；若以风光功率制得的氢气量大于储氢装置(6)的最大容量时，若储氢装置(6)储满所需功率小于P_ele1，多余功率能完全存入蓄电池(4)中，制氢装置(5)不工作，蓄电池(4)存入功率为多余功率，风光功率不上网，燃气轮机(3)不工作；若以风光功率制得的氢气量大于储氢装置(6)的储存容量时，若储氢装置(6)储满所需功率小于P_ele1，多余功率不能完全存入蓄电池(4)中，制氢装置(5)不工作，蓄电池(4)存入功率为蓄电池储满所需功率，上网功率为风光功率减去蓄电池存入功率，燃气轮机(3)不工作；若以风光功率制得的氢气量小于储氢装置(6)最小容量时，若满足储氢装置(6)所需最小值的功率大于等于P_ele1，蓄电池(4)满足所缺功率，制氢装置(5)运行功率为储氢装置(6)所需最低功率，蓄电池(4)放电功率为所缺功率，风光功率不上网，燃气轮机(3)不工作若以风光功率制得的氢气量小于储氢装置(6)最小容量时，若满足储氢装置(6)所需最小值的功率大于等于P_ele1，蓄电池(4)不能满足所缺功率，制氢装置(5)运行功率为储氢装置(6)所需最低功率，蓄电池(4)放出全部功率，燃气轮机(3)工作，功率为所缺功率减去蓄电池(4)放出功率。7.根据权利要求5所述的一种风光气互补联合储能制氢系统的协调控制方法，其特征在于，所述判断风光功率与制氢装置最佳工作功率范围的关系，协调控制风力发电机(1)、光伏发电机(2)、燃气轮机(3)蓄电池(4)的工作状态的步骤具体包括：若风光功率大于制氢装置(5)最佳工...

【专利技术属性】
技术研发人员：李扬，康建东，万金明，闫华光，李俊辉，韩笑，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：