【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及综合能源利用，具体为一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统及其控制方法。
技术介绍
1、为实现双碳目标，破解能源安全和碳减排困局，应大力开发风能、太阳能、水能等绿色低碳能源，代替传统的化石能源。
2、海上孤岛由于其独特的地理条件，能源特点有别于一般的能源系统：一方面孤岛距离主陆电网较远，不易依靠外部输电，需要就地发电；另一方面石油、煤等燃料运输成本较高，不能作为海岛的主要能源；再一方面，孤岛生态环境脆弱，采用的能源系统有较高的环保要求；但同时，孤岛拥有较丰富的海水和清洁能源资源，如潮汐能、太阳能、风能等。由于海上孤岛的特殊性，现有的孤岛能源系统通常仅考虑电力、供暖和制冷的供应，很少兼顾海岛的电力供应、淡水供应、第一产业的开发和经济可持续发展。
3、基于此，目前亟需一种孤岛综合能源系统，针对海上孤岛的特征，利用其自身的能源资源，兼顾孤岛的电力、淡水供应和第一产业开发，实现能源、生态、经济的可持续性发展。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统及其控制方法，解决了针对海上孤岛的特征及其自身的能源资源，兼顾孤岛的电力、淡水供应和第一产业开发，以实现能源、生态、经济的可持续性发展的问题。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统，包括：
3、发电模块，所述发电模块作为电负荷的主要供应但，其采用光伏、风力以及潮汐三种发电方式；p>
4、太阳能集热模块，所述太阳能集热模块作为集热单元，以用于为海水淡化模块提供热动力，所述海水淡化模块作为淡水输出单元，以用于为工农生活提供淡水资源；
5、水电解制氢模块，所述水电解制氢模块作为产氢单元，以用于将淡水电解成氢气和氧气，为氢燃料电池组作发电提供原料，所述氢燃料电池组作为调峰机组，用于平抑能源波动；
6、消费模块，所述消费模块用于消耗电负荷、淡水资源及其他盈余工农产品；
7、储存罐，所述储存罐作为存储单元，以用于储存对应物料；
8、电网模块，所述电网模块作为将各系统设备连接，以用于为能源系统电负荷分配提供条件，为一体化控制提供基础。
9、优选的，所述光伏发电方式为五种，分别为：
10、a.在开阔的地域耦合食用菌养殖，配置追日式的光伏发电，所述追日式的光伏发电具有太阳跟踪的能力，光板始终垂直正对着太阳光线；
11、b.在开阔的海域耦合水产品养殖，配置漂浮式的光伏发电；
12、c.在近海滩涂、岛上高海拔山顶等开阔地区集中式布置水平轴风力发电机组；
13、d.在工厂、居民区等建筑地区分布式布置垂直轴风力发电机组；
14、e.在海边高海拔山谷处潮汐发电机组。
15、优选的，所述储存罐为氧气罐、氢气罐以及储水罐，所述氧气罐用于存储氧气，所述氢气罐用于存储氢气，所述储水罐用于存储淡水。
16、优选的，所述消费模块为菌业养殖单元、渔业养殖单元、生活用户单元以及市场单元。
17、优选的，所述水电解制氢模块通过电网模块将储水罐中的淡水运至水电解槽中，电解得的氢气和氧气，再经压缩后，分别储存在储存罐中。
18、优选的，所述储存罐中存储的氢气和氧气通过在氢燃料电池中反应后生产纯水，配合海水淡化模块以用于为工农生活提供淡水资源，所述氢燃料电池采用质子交换膜燃料电池,工作温度在60～100℃。
19、优选的，所述太阳能集热模块将存储罐送来的淡水经太阳能加热闪蒸罐闪蒸后，以低温蒸汽的形式输出给海水淡化模块,所述海水淡化模块采用低温多效海水淡化装置，将海水引入装置，经低温蒸汽加热蒸发后，生成淡水输出储存在存储罐中，剩余的浓海水(卤水)经净化处理有害物质后，由轮船运输至远海排放。
20、一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统的控制方法，包括以下步骤：
21、步骤一：
22、首先保障用户用电，根据发电模块的总发电量与用户用电量进行对比的结果，以确定用户电量的使用；
23、步骤二：
24、在保障用户用电后，保障海水淡化模块最低的淡水产量，根据发电模块的总发电量与用户用电量以及海水淡化模块的最低淡水产量的耗电量的比例，确定对海水淡化模块电量的需求；
25、步骤三：
26、步骤一和步骤二中的氧气罐、氢气罐以及储水罐的物料储量若都在正常范围，则系统继续维持运行，否则发出警报，进行人工处理。
27、优选的，所述步骤二中比对的结果为两种：
28、a.当发电模块的总发电量小于用户用电量时，投入氢燃料电池发电机组，以增加用户电量；
29、b.当发电模块的总发电量大于用户用电量时，优先将电量分配给用户，剩余电量用于海水淡化模块和水电解制氢模块的分配。
30、优选的，所述步骤二中比对的结果为三种：
31、a.当发电模块的总发电量小于用户用电量与海水淡化模块最低淡水产量的耗电量之和时，投入氢燃料电池发电机组，以增加海水淡化模块电量；
32、b.当发电模块的总发电量大于用户用电量与海水淡化模块最低淡水产量的耗电量之和时，优先将电量分配给用户和最低淡水产量的海水淡化模块，剩余电量分配给水电解制氢模块；
33、c.当海水淡化模块的淡水产量高于设定的最高值时，减少海水淡化模块分配的电量，用于增加水电解制氢模块的电量。
34、工作原理：光伏发电系统、风力发电系统和潮汐发电系统发出的电量输入配电网，经配电网重新分配后，将电量按适当比例输送给菌业用户、渔业用户、生活用户、槽式太阳能集热、海水淡化模块、水电解制氢模块。槽式太阳能集器热将储水罐分配来的淡水加热闪蒸成60℃-80℃的低温蒸汽，并送入海水淡化模块。海水淡化模块中，输入的海水被多效蒸发，生成的淡水送入储水罐，剩余的高盐卤水在净化处理后，用轮船运至远海排放。储水罐在满足菌业用水和生活用水之后，按照水电解槽的配电量，分配适当的淡水量，在电解槽中，水电解生成氢气和氧气，分别存入氢气罐和氧气罐。氢气罐和氧气罐中一定量氢气和氧气作为氢燃料电池的储备原料，剩余部分全部通过海运至市场出售。当光伏发电系统、风力发电系统、潮汐发电系统的总发电量无法满足基础淡水生产、农业和生活用电时，气罐和氧气罐中的氢气和氧气按一定比例分配后，送入氢燃料电池，用于氢燃料电池发电系统的发电，反应产物纯水，被输运回储水罐储存。
35、本专利技术提供了一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统及其控制方法。具备以下有益效果：
36、本专利技术通过集合了多能互补、清洁低碳、电能优化、一体化控制等多重目标，极大提高了孤岛的自给自足能力，实现了能源、经济、生态的可持续发展，为其他资源开发不协调、不充分的海岛区域提供了可借鉴的范例。
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1.一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统及其控制方法，其特征在于，所述光伏发电方式为五种，分别为：
3.根据权利要求1所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统，其特征在于，所述储存罐为氧气罐、氢气罐以及储水罐，所述氧气罐用于存储氧气，所述氢气罐用于存储氢气，所述储水罐用于存储淡水。
4.根据权利要求1所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统，其特征在于，所述消费模块为菌业养殖单元、渔业养殖单元、生活用户单元以及市场单元。
5.根据权利要求1所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统，其特征在于，所述水电解制氢模块通过电网模块将储水罐中的淡水运至水电解槽中，电解得的氢气和氧气，再经压缩后，分别储存在储存罐中。
6.根据权利要求5所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统及其控制方法，其特征在于，所述储存罐中存储的氢气和氧气通过在氢燃料电池中反应后生产纯水，配合海水淡化模块以用于为工农生活提供淡水资源，所述氢燃料电池采用质子交换膜燃料电池,
7.根据权利要求1所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统及其控制方法，其特征在于，所述太阳能集热模块将存储罐送来的淡水经太阳能加热闪蒸罐闪蒸后，以低温蒸汽的形式输出给海水淡化模块,所述海水淡化模块采用低温多效海水淡化装置，将海水引入装置，经低温蒸汽加热蒸发后，生成淡水输出储存在存储罐中，剩余的浓海水(卤水)经净化处理有害物质后，由轮船运输至远海排放。
8.一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统的控制方法，使用如权利要求1-7任意一项所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统的控制方法，其特征在于，所述步骤一中比对的结果为两种：
10.根据权利要求8所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统的控制方法，其特征在于，所述步骤二中比对的结果为三种：
...【技术特征摘要】
1.一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统及其控制方法，其特征在于，所述光伏发电方式为五种，分别为：
3.根据权利要求1所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统，其特征在于，所述储存罐为氧气罐、氢气罐以及储水罐，所述氧气罐用于存储氧气，所述氢气罐用于存储氢气，所述储水罐用于存储淡水。
4.根据权利要求1所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统，其特征在于，所述消费模块为菌业养殖单元、渔业养殖单元、生活用户单元以及市场单元。
5.根据权利要求1所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统，其特征在于，所述水电解制氢模块通过电网模块将储水罐中的淡水运至水电解槽中，电解得的氢气和氧气，再经压缩后，分别储存在储存罐中。
6.根据权利要求5所述的一种面向孤岛的风光水氢储充一体化系统及其控制方法，其特征在于，所述储存罐中存储的氢气和氧气通过在氢燃料电池中反应后生产纯...
【专利技术属性】
技术研发人员：许小峰，刘敦楠，仇鑫源，陈新斌，黄红辉，谢城，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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