一种制氢系统及能量管理方法技术方案

本发明专利技术提供一种制氢系统及能量管理方法，涉及水电解制氢技术领域，包括电解槽

【技术实现步骤摘要】
一种制氢系统及能量管理方法


[0001]本专利技术涉及水电解制氢
，具体而言，尤其涉及一种制氢系统及能量管理方法
。

技术介绍

[0002]能源和环境是全世界各国共同面临的问题，随着化石能源消耗速度的增加，能源危机日益加剧，环境污染和温室效应问题越来越突出
。
在此背景下，我国提出碳达峰
、
碳中和目标
。
为了应对上述问题，风能
、
太阳能和水能等可再生能源在人类社会的能源体系中占比越来越高，但可再生能源普遍存在稳定性差
、
利用率低等问题
。
可再生能源的消纳是制约可再生能源发展的关键技术之一
。
[0003]氢储能是可再生能源消纳问题的有效解决方法之一，可再生能源制氢，不仅增加了电网的清洁性，还可利用氢气实现电网的调峰储能，提高消纳比例
。PEM
水电解制氢技术，具有工作电流密度更高，效率高，动态响应速度快等特点，被认为是极具发展前景的水电解制氢技术
。
[0004]虽然纯水制氢系统具有上述的各种优点，但当其与可再生能源联用时，可再生能源通过整流柜直接作用于电解槽
。
尤其是可再生能源存在间歇性
、
周期性及随机性等特点，导致后端产氢量变化，影响用户使用，严重时还会造成经济损失
。
另外，可再生能源间歇性
、
周期性及随机性还会增加电解槽的启停变载次数，影响电解槽寿命
。
专利
技术实现思路

[0005]根据上述提出现有可再生能源制氢系统能量波动的技术问题，而提供一种制氢系统及能量管理方法
。
本专利技术主要通过设置能量缓冲装置，从而起到对制氢系统的能量管理控制的作用
。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种制氢系统，：包括电解槽
、
原料水系统
、
气体分离纯化装置
、
氢气压缩存储装置
、
水热管理系统
、
整流柜
、
能量缓冲装置及电气控制系统；
[0008]所述电解槽的正负接线端子与整流柜的直流输出侧电连接，所述电解槽的进水口与循环泵的出口连接，所述电解槽的氢气出口与氢分离器的入口连接，所述电解槽的氧气出口与氧分离器连接；所述电解槽用以通过电化学反应电解水制取氢气；
[0009]所述气体分离纯化装置包括水汽分离装置和氢气纯化装置；所述水汽分离装置包括氢分离器和氧分离器，所述氢分离器的出气口与氢气纯化装置的进气口连接，所述氢气纯化装置的出气口与氢气压缩存储装置的进气口连接，所述氢气纯化装置采用三塔结构，所述氧分离器的出气口与氧气放空口连接；
[0010]所述水热管理系统包括纯水箱
、
循环泵
、
补水泵
、
板式换热器和冷却装置；
[0011]所述能量缓冲装置与整流柜内直流母线并联，所述能量缓冲装置为二次电池，用以在前端发电装置电量充足时存储电能，后端负荷高时输出电能
。
[0012]进一步地，所述原料水系统包括纯水机，所述纯水机的入口与自来水管路相连，所述吹水机的出口与纯水箱的入口相连，所述纯水机用以将自来水净化为纯水后储存至纯水箱
。
[0013]进一步地，所述氢气压缩存储装置包括依次连接的入口氢气缓冲罐
、
氢气压缩机和氢气储罐，用以将合格氢气经氢气压缩机压缩后充入氢气储罐
。
[0014]进一步地，所述整流柜包括
AC/DC
单元和
DC/DC
单元，所述整流柜的交流侧输入端与变压器交流输出端电连接，所述整流柜用以将交流电转化为直流电并发送至电解槽
。
[0015]进一步地，所述电气控制系统包括本地控制器
、
就地上位机和能量管理控制器，所述本地控制器用以对电解槽
、
整流柜和制氢辅助系统进行控制，所述就地上位机用以进行本地监控，所述能量管理控制器用以实现交流侧及能量缓冲装置间的能量分配
。
[0016]进一步地，所述氢分离器出口与氢气纯化装置之间设置有氢气调压装置，所述氧分离器出口与氧气放空口之间设置氧气调压装置
。
[0017]进一步地，所述纯水箱的出水口与补水泵的入水口连接，所述补水泵的出水口与氧分离器的入水口连接，所述氧分离器的出口与循环泵的入口连接，所述循环泵与电解槽之间设置有板式换热器的热端，所述板式换热器的冷端分别与冷却装置的进水口和回水口连接，所述板式换热器的冷端水路入口设置有流量调节装置，所述冷却装置分别与水汽分离装置和氢气纯化装置连接
。
[0018]进一步地，所述能量管理控制器通过能量缓冲装置的容量进行交流侧及能量缓冲装置间的能量分配
。
[0019]本专利技术还提供了一种制氢系统的能量管理方法，基于上述任一项制氢系统实现，包括如下步骤：
[0020]所述能量管理控制器实时获取当前制氢需求功率
、
交流侧可放电功率和能量缓冲装置容量并进行判断；
[0021]当交流侧功率满足制氢功率需求时，能量缓冲装置
SOC
高，交流侧提供制氢功率；
[0022]当交流侧功率满足制氢功率需求时，能量缓冲装置
SOC
低，交流侧提供制氢功率，同时向能量缓冲装置充电；
[0023]当交流侧功率不满足制氢功率需求时，能量缓冲装置
SOC
高，交流侧和能量缓冲装置共同提供制氢功率；
[0024]当交流侧供电异常，能量缓冲装置
SOC
高，能量缓冲装置提供制氢功率；
[0025]当交流侧供电异常，能量缓冲装置
SOC
低，电解槽降功率运行，能量缓冲装置提供制氢功率
。
[0026]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0027]本专利技术为了适用于可再生能源纯水电解制氢，在整流柜内部引入能量缓冲装置，将其与整流柜内直流母线并行连接
。
所述能量管理装置在前端发电装置电量充足时存储电能，后端负荷高时输出电能，可维持整流柜的电能输出，更能满足用户对产气量的需求；
[0028]本专利技术增加能量管理控制器，对能量缓冲装置充放电进行管控，使能量缓冲装置电量处于合适区间，可以减少电解槽启停变载次数，提高电解槽寿命
。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0030]图1为本专利技术系统结构示意图
。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种制氢系统，其特征在于：包括电解槽
、
原料水系统
、
气体分离纯化装置
、
氢气压缩存储装置
、
水热管理系统
、
整流柜
、
能量缓冲装置及电气控制系统；所述电解槽的正负接线端子与整流柜的直流输出侧电连接，所述电解槽的进水口与循环泵的出口连接，所述电解槽的氢气出口与氢分离器的入口连接，所述电解槽的氧气出口与氧分离器连接；所述电解槽用以通过电化学反应电解水制取氢气；所述气体分离纯化装置包括水汽分离装置和氢气纯化装置；所述水汽分离装置包括氢分离器和氧分离器，所述氢分离器的出气口与氢气纯化装置的进气口连接，所述氢气纯化装置的出气口与氢气压缩存储装置的进气口连接，所述氢气纯化装置采用三塔结构，所述氧分离器的出气口与氧气放空口连接；所述水热管理系统包括纯水箱
、
循环泵
、
补水泵
、
板式换热器和冷却装置；所述能量缓冲装置与整流柜内直流母线并联，所述能量缓冲装置为二次电池，用以在前端发电装置电量充足时存储电能，后端负荷高时输出电能
。2.
根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述原料水系统包括纯水机，所述纯水机的入口与自来水管路相连，所述吹水机的出口与纯水箱的入口相连，所述纯水机用以将自来水净化为纯水后储存至纯水箱
。3.
根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述氢气压缩存储装置包括依次连接的入口氢气缓冲罐
、
氢气压缩机和氢气储罐，用以将合格氢气经氢气压缩机压缩后充入氢气储罐
。4.
根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述整流柜包括
AC/DC
单元和
DC/DC
单元，所述整流柜的交流侧输入端与变压器交流输出端电连接，所述整流柜用以将交流电转化为直流电并发送至电解槽
。5.
根据权利要求1所述的制氢系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王萌，邵志刚，俞红梅，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：