【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电解制氢，尤其涉及一种拓展碱性电解槽负荷范围的系统及方法。
技术介绍
1、传统的碱性水电解制氢系统，来自氢分离器的碱液，会溶解少量氢气，来自氧分离器的碱液，会溶解少量氧气，两部分碱液混合后，进入电解槽的阴极电解小室和阳极电解小室，溶解在碱液中的氧气会影响阴极电解小室氢气的纯度，溶解在碱液中的氢气会影响阳极电解小室氧气的纯度。电解槽低负荷操作时，产气量小，这种影响越明显，既降低氢气和氧气纯度，又存在安全隐患，最终导致碱性水电解制氢系统的负荷范围一般为30％～100％，低于30％负荷下，碱性电解制氢设备不能运行。
2、同时，我国正积极提升可再生能源制氢产能，大规模使用绿氢替代灰氢、蓝氢，助力工业、交通、建筑等领域实现深度脱碳。但可再生能源具有波动性和间接性，比如光伏在早晚或阴雨天的光伏输出能量范围低于设计发电容量的50％，风电在一天内的功率输出波动范围则更大。如果要保证制氢系统的气体纯度合格，光伏、风电容量和制氢容量的配比要远高于1:1，这样会造成风光系统建设成本的增加，且在高峰时不能完全被制氢系统利用，存在弃风弃光现象。
技术实现思路
1、为解决现有技术的存在的问题，针对电解水制氢系统的能源来自于可再生能源，尤其是风能和光能的电解水制氢技术，本专利技术提供了一种拓展碱性电解槽负荷范围的方法，该方法需要在电解制氢系统的基础上增加设置有高纯氢气储存系统和高纯氧气储存系统。此时，该方法包括：
2、s1. 获取电解槽当前运行负荷信息f。当f＜q时，进行步
3、s2. 控制高纯氢气储存系统向电解水制氢系统的氢侧气液分离器中充入高纯氢气，控制高纯氧气储存系统向电解水制氢系统的氧侧气液分离器中充入高纯氧气。
4、当满足以下条件之一时，停止电解槽的电解动作：
5、当f＜k时；其中k为预设阈值，k的取值范围为3-6%；
6、当f＜q且高纯氢气储存系统或高纯氧气储存系统储存的高纯氢气或高纯氧气压力不足时；
7、当f＜q，且电解槽的运行时间达到n时，n为电解槽在f负荷下的最大运行时长。
8、进一步的，执行步骤s2时，氧气掺混流速y1 nm3/h须满足如下关系式：
9、y1= [w1*x％*(100%-2.0%)+99.6%*y1]/(w1* x％+y1)≥98.5%；其中w1为氧气纯化系统的额定流量，单位nm3/h；
10、同时，氢气掺混流速y2 nm3/h须满足如下关系式：
11、y2= [w2*x％*(100%-0.5%)+99.999%*y2]/w2* x％+y2)≥99.8%；其中w2为氢气纯化系统的额定流量，单位nm3/h。
12、进一步的，所述电解槽在f负荷下的最大运行时长n=min(z1*p1*f*100/y1，z2*p2*f*100/y2)，其中z1为高纯氧气储存系统的最大氧气储量，p1为高纯氧气储存系统的工作压力，z2为高纯氢气储存系统的最大氢气储量，p1为高纯氢气储存系统的工作压力。
13、此外，本专利技术还提供了一种拓展碱性电解槽负荷范围的系统，包括：电解水制氢系统、高纯氢气储存系统、高纯氧气储存系统、控制系统。
14、所述电解水制氢系统包括：碱性电解槽。所述碱性电解槽电解产生的氢气通入氢侧气液分离器，电解产生的氧气通入氧侧气液分离器。由氢侧气液分离器分离产生的液相组分经过碱液冷却器冷却后由碱液循环泵循环回碱性电解槽的电解液槽中，由氢侧气液分离器分离产生的气相组分经过氢侧气水分离器分离后进入氢气纯化装置，经纯化后作为氢气产品气由氢气压缩机向外部其他装置输送。由氧侧气液分离器分离产生的液相组分经过碱液冷却器冷却后由碱液循环泵循环回碱性电解槽的电解液槽中，由氧侧气液分离器分离产生的气相组分经过氧侧气水分离器分离后进入氧气纯化装置，经纯化后作为氧气产品气由氧气压缩机向外部其他装置输送。
15、所述氢气产品气部分进入高纯氢气储存系统，所述氧气产品气部分进入高纯氧气储存系统。所述高纯氢气储存系统的出气端与氢侧气液分离器气相排出端连通，所述高纯氧气储存系统的出气端与氧侧气液分离器气相排出端连通。所述控制系统与碱性电解槽、高纯氢气储存系统、高纯氧气储存系统信号连接，并执行如上所述的拓展碱性电解槽负荷范围的方法中的控制步骤。
16、进一步的，所述高纯氢气储存系统包括：氢气掺混储罐。所述氢气掺混储罐的进气端通过氢气掺混储罐入口调节阀与氢气产品气输送管连通。所述氢气掺混储罐的出气端通过依次设置的氢气掺混储罐出口调节阀和氢气掺混储罐出口单向阀与氢侧气液分离器气相排出端连通。所述氢气掺混储罐入口调节阀、氢气掺混储罐出口调节阀、氢气掺混储罐出口单向阀均为电控阀且与控制系统信号连接。
17、进一步的，所述氢气掺混储罐与氢气掺混储罐压力变送器连接，所述氢气掺混储罐压力变送器将氢气掺混储罐内压力信息发送至氢气掺混储罐压力控制器和控制系统，氢气掺混储罐压力控制器根据接收的氢气掺混储罐内压力信息控制氢气掺混储罐入口调节阀的开度。
18、进一步的，所述高纯氧气储存系统包括：氧气掺混储罐。所述氧气掺混储罐的进气端通过氧气掺混储罐入口调节阀与氧气产品气输送管连通。所述氧气掺混储罐的出气端通过依次设置的氧气掺混储罐出口调节阀和氧气掺混储罐出口单向阀与氧侧气液分离器气相排出端连通。所述氧气掺混储罐入口调节阀、氧气掺混储罐出口调节阀、氧气掺混储罐出口单向阀均为电控阀且与控制系统信号连接。
19、进一步的，所述氧气掺混储罐与氧气掺混储罐压力变送器连接，所述氧气掺混储罐压力变送器将氧气掺混储罐内压力信息发送至氧气掺混储罐压力控制器和控制系统，氧气掺混储罐压力控制器根据接收的氧气掺混储罐内压力信息控制氧气掺混储罐入口调节阀的开度。
20、本专利技术的优点主要在于：
21、1.本专利技术并不需要显著改变现有的新能源电解制氢生产线结构，因此改造成本较低，改造难度较小。
22、2.本专利技术可以将新能源电解制氢的单台碱性电解槽负荷调节范围由现有的30%~100%，拓展至5%-100%，显著改善了能源电解制氢的电解槽负荷调节范围，使得低负荷下也可以相对安全的进行电解制氢，从而可以在可再生能源制氢场景中提高绿电利用率。
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1.一种拓展碱性电解槽负荷范围的方法，其特征在于，电解水制氢系统的能源来自于可再生能源，并设置有高纯氢气储存系统和高纯氧气储存系统，所述拓展碱性电解槽负荷范围的方法包括：
2.根据权利要求1所述拓展碱性电解槽负荷范围的方法，其特征在于，执行步骤S2时，氧气掺混流速Y1 Nm3/h须满足如下关系式：
3.根据权利要求1所述拓展碱性电解槽负荷范围的方法，其特征在于，所述电解槽在F负荷下的最大运行时长N=min(Z1*P1*F*100/Y1，Z2*P2*F*100/Y2)，其中Z1为高纯氧气储存系统的最大氧气储量，P1为高纯氧气储存系统的工作压力，Z2为高纯氢气储存系统的最大氢气储量，P1为高纯氢气储存系统的工作压力。
4.一种拓展碱性电解槽负荷范围的系统，其特征在于，包括：电解水制氢系统、高纯氢气储存系统、高纯氧气储存系统、控制系统；
5.根据权利要求4所述拓展碱性电解槽负荷范围的系统，其特征在于，所述高纯氢气储存系统包括：氢气掺混储罐；所述氢气掺混储罐的进气端通过氢气掺混储罐入口调节阀与氢气产品气输送管连通；所述氢气掺混储罐的出气端通
6.根据权利要求5所述拓展碱性电解槽负荷范围的系统，其特征在于，所述氢气掺混储罐与氢气掺混储罐压力变送器连接，所述氢气掺混储罐压力变送器将氢气掺混储罐内压力信息发送至氢气掺混储罐压力控制器和控制系统，氢气掺混储罐压力控制器根据接收的氢气掺混储罐内压力信息控制氢气掺混储罐入口调节阀的开度。
7.根据权利要求4所述拓展碱性电解槽负荷范围的系统，其特征在于，所述高纯氧气储存系统包括：氧气掺混储罐；所述氧气掺混储罐的进气端通过氧气掺混储罐入口调节阀与氧气产品气输送管连通；所述氧气掺混储罐的出气端通过依次设置的氧气掺混储罐出口调节阀和氧气掺混储罐出口单向阀与氧侧气液分离器气相排出端连通；所述氧气掺混储罐入口调节阀、氧气掺混储罐出口调节阀、氧气掺混储罐出口单向阀均为电控阀且与控制系统信号连接。
8.根据权利要求7所述拓展碱性电解槽负荷范围的系统，其特征在于，所述氧气掺混储罐与氧气掺混储罐压力变送器连接，所述氧气掺混储罐压力变送器将氧气掺混储罐内压力信息发送至氧气掺混储罐压力控制器和控制系统，氧气掺混储罐压力控制器根据接收的氧气掺混储罐内压力信息控制氧气掺混储罐入口调节阀的开度。
...【技术特征摘要】
1.一种拓展碱性电解槽负荷范围的方法，其特征在于，电解水制氢系统的能源来自于可再生能源，并设置有高纯氢气储存系统和高纯氧气储存系统，所述拓展碱性电解槽负荷范围的方法包括：
2.根据权利要求1所述拓展碱性电解槽负荷范围的方法，其特征在于，执行步骤s2时，氧气掺混流速y1 nm3/h须满足如下关系式：
3.根据权利要求1所述拓展碱性电解槽负荷范围的方法，其特征在于，所述电解槽在f负荷下的最大运行时长n=min(z1*p1*f*100/y1，z2*p2*f*100/y2)，其中z1为高纯氧气储存系统的最大氧气储量，p1为高纯氧气储存系统的工作压力，z2为高纯氢气储存系统的最大氢气储量，p1为高纯氢气储存系统的工作压力。
4.一种拓展碱性电解槽负荷范围的系统，其特征在于，包括：电解水制氢系统、高纯氢气储存系统、高纯氧气储存系统、控制系统；
5.根据权利要求4所述拓展碱性电解槽负荷范围的系统，其特征在于，所述高纯氢气储存系统包括：氢气掺混储罐；所述氢气掺混储罐的进气端通过氢气掺混储罐入口调节阀与氢气产品气输送管连通；所述氢气掺混储罐的出气端通过依次设置的氢气掺混储罐出口调节阀和氢气掺混储罐出口单向阀与氢侧气液分离器气相排出端连通；所述氢气掺混储罐入口...
【专利技术属性】
技术研发人员：李冬芳，陈明轩，郁章涛，王文雍，贾宏晶，张宝平，
申请(专利权)人：三峡科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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