【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及新能源制氢，具体涉及一种制氢系统及其运行方法。
技术介绍
1、新能源发电与氢能相结合是实现“碳达峰”与“碳中和”目标的重要途径之一。但是间歇性和不确定性是风电、光伏等新能源发电的显著特点，而碱性水电解制氢也有冷启时间长，以及纯化投入运行后产出合格气体前需浪费较多氢气的特点。目前，新能源发电的波动性导致其在低负荷运行工况下无法与传统碱性电解槽有效匹配，以往的多电解槽组合制氢多采用相同的大功率电解槽组合使用，导致整个制氢系统能耗高，且会出现气体纯度不合格的情况。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种制氢系统及其运行方法，通过设置至少两个电解槽，有利于在系统低负荷运行时，选择合适的电解槽工作，从而降低系统运行负荷且有利于保证气体的纯度处于正常范围。
2、第一方面，本专利技术提供一种制氢系统，包括：电源系统、分离器、控制器和至少两个电解槽、至少两个碱液泵和回流管路；
3、电源系统，用于对电解槽提供电能；
4、至少两个电解槽用于对输入的碱性电解液进行电解，生成目标气体，并将目标气体输入分离器；
5、至少两个电解槽相互并联设置，至少两个电解槽的额定功率由小到大依次记为pen-1，pen，pen+1，......，n≥1，其中，pen-1>pen的30％，pen>pen+1的30％，且所有电解槽中至少两个所述电解槽的额定功率不同；
6、每个碱液泵对应设置在连通每个电解槽入口的管路上
7、回流管路并联在每个碱液泵的入口和出口之间，回流管路用于调节进入每个电解槽中的碱性电解液的流量；
8、控制器，用于获取电源系统的提供的制氢功率，根据制氢功率和每个电解槽的额定功率，控制每个电解槽的工作状态。
9、作为可选的方案，回流管路上设置有第一调节阀，第一调节阀用于调节碱性电解液的回流量。
10、作为可选的方案，控制器，还用于获取每个电解槽中碱性电解液的实际流量，根据实际流量与预设的每个电解槽中碱性电解液的额定流量，控制第一调节阀的开度。
11、作为可选的方案，控制器，还用于获取目标气体的实际纯度，根据实际纯度与预设阈值，控制第一调节阀的开度。
12、作为可选的方案，制氢系统还包括：碱液循环管路，碱液循环管路的一端与分离器的液体出口连通，碱液循环管路的另一端分别与至少两个电解槽的入口连通，碱液循环管路用于将至少两个电解槽中的部分随目标气体外流的碱性电解液收集并分别将收集后的碱性电解液输送至各电解槽中。
13、作为可选的方案，碱液循环管路上安装有冷却器，冷却器的输入口与分离器的液体出口连通，用于冷却部分随目标气体外流的碱性电解液，冷却器的输出口与将收集的碱性电解液输送至每个电解槽的管路连通。
14、作为可选的方案，分离器包括氢分离器和氧分离器，氢分离器的入口分别与每个电解槽的氢气出口连通，氢分离器的碱液出口通过碱液循环管路分别连通于各电解槽的入口，氧分离器的入口分别与每个电解槽的氧气出口连通，氧分离器的碱液出口通过碱液循环管路分别连通于各电解槽的入口。
15、作为可选的方案，氢分离器的数量为多个且多个氢分离器并联或者串联布置，和/或，氧分离器的数量为多个且多个氧分离器并联或者串联布置。
16、作为可选的方案，第二调节阀，第二调节阀安装在冷却器的冷却液进口管路上，第二调节阀用于调节进入冷却器的冷却液的流量；
17、控制器根据每个电解槽的运行温度，控制第二调节阀的开度，用以调整每个电解槽的运行温度处于50℃-90℃。
18、作为可选的方案，还包括洗涤设备，洗涤设备的入口与分离的气体出口连通，用于净化目标气体。
19、第二方面，本专利技术提供一种第一方面的制氢系统的运行方法，包括如下步骤：
20、获取制氢功率；
21、根据制氢功率和至少两个电解槽的额定功率，控制每个电解槽工作状态。
22、作为可选的方案，根据制氢功率和至少两个电解槽的额定功率，控制每个电解槽工作状态，包括：
23、当制氢功率小于等于预定阈值时，根据制氢功率和至少两个电解槽的额定功率，确定第一额定功率对应的第一电解槽为目标电解槽，控制目标电解槽的启动；其中，第一额定功率为最小的额定功率；
24、当制氢功率大于预定阈值时，根据第一预设周期获取目标气体的当前纯度；
25、根据制氢功率、预设的负荷分配比例、当前纯度和额定功率，控制每个电解槽的工作状态。
26、作为可选的方案，工作状态包括每个电解槽的开启或关闭，以及每个电解槽的实际工作功率，根据制氢功率、预设的负荷分配比例、当前纯度和额定功率，控制每个电解槽的工作状态，包括：
27、当制氢功率小于第一额定功率的85％，根据制氢功率、第一阈值和目标气体的纯度，控制第一额定功率对应的第一电解槽的开启或关闭；
28、执行下述指定操作，指定操作包括：
29、当制氢功率大于等于第一额定功率的85％，根据制氢功率、第二额定功率、第二阈值和预设的负荷分配比例，控制第一额定功率对应的第一电解槽或第二额定功率对应的第二电解槽的工作状态；
30、其中，第二额定功率为除第一额定功率对应的第一电解槽以外的其他电解槽的额定功率，第一额定功率小于第二额定功率；
31、根据至少两个电解槽的额定功率的大小，更新所述第一额定功率和所述第二额定功率，执行指定操作，直至每个电解槽满负荷运行。
32、作为可选的方案，第一阈值为第一额定功率的30％，根据制氢功率、第一阈值和目标气体的纯度，控制第一额定功率对应的第一电解槽的开启或关闭，包括：
33、当制氢功率大于第一阈值，控制第一电解槽启动；
34、当制氢功率小于等于第一阈值，且目标气体的纯度大于预设阈值，控制制氢系统停机。
35、作为可选的方案，第二阈值为第二额定功率的30％，根据制氢功率、第二额定功率、第二阈值和预设的负荷分配比例，控制第一额定功率对应的第一电解槽或第二额定功率对应的第二电解槽的工作状态，包括：
36、当制氢功率大于第二阈值且小于第二额定功率的85％，根据负荷分配比例控制第一电解槽启动或关闭，且同时控制所述第二电解槽启动，并调整所述第一电解槽和所述第二电解槽的实际工作功率；
37、当制氢功率小于等于第二阈值，控制第一电解槽和第二电解槽启动，且根据负荷分配比例增加第一电解槽的实际工作功率和降低第二电解槽的实际工作功率。
38、作为可选的方案，根据制氢功率和至少两个电解槽的额定功率，控制每个电解槽工作状态，还包括：
39、获取每个电解槽累计的运行时间；
40、控制额定功率相同的电解槽中运行时间最短的电解槽启动。
41、作为可选的方案，工作状态包括电解槽本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制氢系统，其特征在于，包括：电源系统、分离器、控制器、至少两个电解槽、至少两个碱液泵和回流管路；
2.根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述回流管路上设置有第一调节阀，所述第一调节阀用于调节碱性电解液的回流量。
3.根据权利要求2所述的制氢系统，其特征在于，所述控制器，还用于获取每个所述电解槽中碱性电解液的实际流量，根据所述实际流量与预设的所述每个所述电解槽中碱性电解液的额定流量，控制所述第一调节阀的开度。
4.根据权利要求2所述的制氢系统，其特征在于，所述控制器，还用于获取所述目标气体的实际纯度，根据所述实际纯度与预设阈值，控制所述第一调节阀的开度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制氢系统，其特征在于，所述制氢系统还包括：碱液循环管路，所述碱液循环管路的一端与所述分离器的液体出口连通，所述碱液循环管路的另一端分别与所述至少两个电解槽的入口连通，所述碱液循环管路用于将至少两个所述电解槽中的部分随所述目标气体外流的碱性电解液收集并分别将收集后的碱性电解液输送至各所述电解槽中。
6.根据权利要求5所述的制
7.根据权利要求5所述的制氢系统，其特征在于，所述分离器包括氢分离器和氧分离器，所述氢分离器的入口分别与每个所述电解槽的氢气出口连通，所述氢分离器的碱液出口通过所述碱液循环管路分别连通于各所述电解槽的入口，所述氧分离器的入口分别与每个所述电解槽的氧气出口连通，所述氧分离器的碱液出口通过所述碱液循环管路分别连通于各所述电解槽的入口。
8.根据权利要求7所述的制氢系统，其特征在于，所述氢分离器的数量为多个且多个所述氢分离器串联或并联布置，和/或，所述氧分离器的数量为多个且多个所述氧分离器串联或并联布置。
9.根据权利要求6所述的制氢系统，其特征在于，还包括：第二调节阀，所述第二调节阀安装在所述冷却器的冷却液进口管路上，所述第二调节阀用于调节进入所述冷却器的冷却液的流量；
10.根据权利要求1-4任一项所述的制氢系统，其特征在于，还包括洗涤设备，所述洗涤设备的入口与所述分离的气体出口连通，用于净化所述目标气体。
11.一种权利要求1-10任一项所述制氢系统的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，根据所述制氢功率和所述至少两个电解槽的额定功率，控制每个所述电解槽工作状态，包括：
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述工作状态包括每个电解槽的开启或关闭，以及每个所述电解槽的实际工作功率，根据所述制氢功率、预设的负荷分配比例、所述当前纯度和所述额定功率，控制每个所述电解槽的工作状态，包括：
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一阈值为所述第一额定功率的30％，根据所述制氢功率、第一阈值和所述目标气体的纯度，控制所述第一额定功率对应的第一电解槽的开启或关闭，包括：
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二阈值为所述第二额定功率的30％，根据所述制氢功率、第二额定功率、第二阈值和所述预设的负荷分配比例，控制第一额定功率对应的第一电解槽或所述第二额定功率对应的第二电解槽的工作状态，包括：
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，根据所述制氢功率和所述至少两个电解槽的额定功率，控制每个所述电解槽工作状态，还包括：
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述工作状态包括所述电解槽的实际流量，根据所述制氢功率、预设的负荷分配比例、所述当前纯度和所述额定功率，控制每个所述电解槽的工作状态，包括：
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，根据所述制氢功率、每个电解槽的额定功率以及预设的每个电解槽的额定流量，确定每个电解槽的设定流量，具体如下式：
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在根据所述历史流量和所述设定流量，控制调整每个电解槽的实际流量之后，还包括：
20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在根据所述制氢功率和所述至少两个电解槽的额定功率，确定第一额定功率对应的第一电解槽为目标电解槽，控制所述目标电解槽的启动之后，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种制氢系统，其特征在于，包括：电源系统、分离器、控制器、至少两个电解槽、至少两个碱液泵和回流管路；
2.根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述回流管路上设置有第一调节阀，所述第一调节阀用于调节碱性电解液的回流量。
3.根据权利要求2所述的制氢系统，其特征在于，所述控制器，还用于获取每个所述电解槽中碱性电解液的实际流量，根据所述实际流量与预设的所述每个所述电解槽中碱性电解液的额定流量，控制所述第一调节阀的开度。
4.根据权利要求2所述的制氢系统，其特征在于，所述控制器，还用于获取所述目标气体的实际纯度，根据所述实际纯度与预设阈值，控制所述第一调节阀的开度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制氢系统，其特征在于，所述制氢系统还包括：碱液循环管路，所述碱液循环管路的一端与所述分离器的液体出口连通，所述碱液循环管路的另一端分别与所述至少两个电解槽的入口连通，所述碱液循环管路用于将至少两个所述电解槽中的部分随所述目标气体外流的碱性电解液收集并分别将收集后的碱性电解液输送至各所述电解槽中。
6.根据权利要求5所述的制氢系统，其特征在于，所述碱液循环管路上安装有冷却器，所述冷却器的输入口与所述分离器的液体出口连通，用于冷却部分随所述目标气体外流的碱性电解液，所述冷却器的输出口与将收集的碱性电解液输送至每个所述电解槽的管路连通。
7.根据权利要求5所述的制氢系统，其特征在于，所述分离器包括氢分离器和氧分离器，所述氢分离器的入口分别与每个所述电解槽的氢气出口连通，所述氢分离器的碱液出口通过所述碱液循环管路分别连通于各所述电解槽的入口，所述氧分离器的入口分别与每个所述电解槽的氧气出口连通，所述氧分离器的碱液出口通过所述碱液循环管路分别连通于各所述电解槽的入口。
8.根据权利要求7所述的制氢系统，其特征在于，所述氢分离器的数量为多个且多个所述氢分离器串联或并联布置，和/或，所述氧分离器的数量为多个且多个所述氧分离器串联或并联布置。
9.根据权利要求6所述的制氢系统，其特征在于，还包括：第二调节阀，所述第二调节阀安装在所述冷却器的冷却液进口管路上，所述第二调节阀用于调节进入所述冷却器的冷却液的流量；
【专利技术属性】
技术研发人员：马军，王永谋，周长龙，
申请(专利权)人：无锡隆基氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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