【技术实现步骤摘要】
本公开涉及电解系统，特别是用于最大程度提高使用可再生能源的电解系统制氢产量的系统和方法。
技术介绍
1、电化学电池和电解池利用涉及电的化学反应。例如，燃料电池使用氢气和氧气来发电。电解槽使用水和电来产生氢气和氧气。
2、电解槽包含一个或多个电解池，这些电解池通过化学方法，利用电从水中产生基本纯净的氢气和氧气。电解槽的电源通常来自于发电系统，包括可再生能源系统，例如风能、太阳能、水力和/或地热源发电系统。反过来，电解槽产生的纯氢气通常又作为燃料或能源，用于那些发电系统，例如燃料电池系统。
3、典型的电解池，也称为“电解槽电池”，由许多组件压缩捆绑而形成。电解池包含多部件膜电极组件(mea)，该组件具有阳极、阴极和电解质。通常，膜电极组件(mea)的阳极、阴极和电解质配置为多层布置，以通过与一个或多个气体扩散层的接触来激活电化学反应，从而产生氢气。气体扩散层(gdl)和/或多孔传输层(ptl)通常位于mea的一侧或两侧。双极板(bpp)通常位于gdl的两侧，并使电池堆的各个电解池彼此分离。
4、绿色氢气利用波动性可再生能源(vre)产生，以支持电解系统。波动性可再生能源(vre)间歇性地产生能源，而不是按需产生。因此，能源的可用性在一天、一周和/或一个季节之中可能变化不定。波动性可再生能源(vre)可能包括太阳能、风能、潮汐能、地热能或水力发电等能源。
5、电解系统的运行可能涉及延迟，包括启动延迟。例如，启动延迟可能与氢气纯化装置、压缩机和/或其他下游设备的功能失调有关。启动延迟也可能
6、或者，电解槽电池堆或电解系统可能处于待机状态，以为vre源的变化做好准备。然而，处于待机状态的电解槽电池堆或电解系统仍然会消耗能量。此外，为任何应用实施电解系统都需要协调好设备停电问题和/或预防性维护计划。
7、为了克服上述挑战，本公开提供了预测可再生能源可用性变化的系统和方法，以使可用期间内的制氢产量最大化。本公开提供了用于实现制氢前瞻预测模型的系统和方法。
技术实现思路
0、概述
1、为了满足这些以及其他需求，本文包括了本公开的实施例。
2、在本文介绍的一个方面，一种利用波动性可再生能源的方法包括：使用前瞻预测模型对可用可再生能源进行评估；控制器实时使用前瞻预测模型，来确定电解系统中一个或多个电解槽电池堆的制氢操作；以及分别确定电解系统中一个或多个电解槽电池堆的操作时间范围。
3、在一些实施例中，前瞻预测模型可用于评估风能、太阳能、地热能、水能或其任意组合。
4、在一些实施例中，该方法可以进一步包括：最大程度减少损耗或生产损失。在本专利技术的第一方面，最大程度减少损耗可以包括最大程度减少能源损耗。在一些实施例中，最大程度减少生产损失可以包括：最大程度减少一个或多个电解槽电池堆的次优实施所导致的潜在损耗。
5、在一些实施例中，该方法可以进一步包括：使用前瞻预测模型预测大约14天内的可用波动性能源。在一些实施例中，该方法可以进一步包括：控制器基于电解系统的特性确定一个或多个电解槽电池堆的操作。电解系统的特性可以包括如下一个或多个方面：容量系数、制氢成本和电解槽电池堆的可用性。
6、在一些实施例中，该方法可以进一步包括：控制器基于指定工艺的恒定氢气需求确定一个或多个电解槽电池堆的操作。在一些实施例中，该方法可以进一步包括：控制器确定所产生的氢气是否过量，并将所产生的过量氢气储存在储氢系统中。在一些实施例中，该方法可以进一步包括：控制器基于指定工艺的恒定氢气需求确定所产生的氢气是否过量。
7、在一些实施例中，该方法可以进一步包括：控制器基于储氢系统中储存的过量氢气操作电解系统中的一个或多个电解槽电池堆。
8、在一些实施例中，该方法可以进一步包括：控制器确定所产生的氢气是否不足，并用储存的氢气补充不足部分，或者从补充电网增加电力以产生所需氢气的不足部分。在一些实施例中，该方法可以进一步包括：控制器基于指定工艺的恒定氢气需求确定所产生的氢气是否过量，如果过量则尽量减少使用补充电网。在本专利技术的第一方面，该方法可以进一步包括：控制器基于来自设备审计的下游反馈确定所产生的氢气是否过量。
9、在一些实施例中，来自设备审计的下游反馈可以包括如下参数：容量系数、制氢成本、电解槽电池堆可用性或储存的氢气量。
10、在一些实施例中，该方法可以进一步包括：控制器操作一个或多个电解槽电池堆以避免启动迟缓，或避免错失可用的可再生能源。在一些实施例中，该方法可以进一步包括：控制器操作一个或多个电解槽电池堆以应对可再生能源可用性的变化。
11、在本文介绍的第二方面，一种利用可用可再生能源的系统包括：控制器，与前瞻预测模型通信；电解系统，包含一个或多个电解槽电池堆；以及储氢系统，用于储存所产生的过量氢气。一个或多个电解槽电池堆的操作由控制器根据前瞻预测模型确定。
12、在一些实施例中，该系统中一个或多个电解槽电池堆的操作可以由控制器根据指定工艺的恒定氢气需求确定。
13、在一些实施例中，该系统可以进一步包括：接入电网以供应补充电源。
14、在一些实施例中，控制器可以进一步确定一个或多个电解槽电池堆的操作，以应对可再生能源可用性的变化。
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1.一种利用波动性可再生能源的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中前瞻预测模型用于评估风能、太阳能、地热能、水能或其任意组合。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括最大程度减少损耗或最大程度减少生产损失，其中，最大程度减少损耗包括最大程度减少可用可再生能源损耗，最大程度减少生产损失包括最大程度减少一个或多个电解槽电池堆的次优实施所导致的潜在损失。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括控制器基于电解系统的特性确定一个或多个电解槽电池堆的操作，其中，电解系统的特性包括如下一个或多个方面：容量系数、制氢成本和电解槽电池堆的可用性。
5.根据权利要求1所述的方法，包括：控制器基于指定工艺的恒定氢气需求确定一个或多个电解槽电池堆的操作。
6.根据权利要求5所述的方法，包括：控制器确定所产生的氢气是否过量，并将所产生的过量氢气储存在储氢系统中。
7.根据权利要求6所述的方法，包括：控制器基于指定工艺的恒定氢气需求确定所产生的氢气是否过量。
8.根据权利要求6所述的方法，包括：控制器基于储氢系统中储
9.根据权利要求5所述的方法，包括：控制器确定所产生的氢气是否不足，并用储存的氢气补充不足部分，或者从补充电网增加电力以产生氢气的不足部分。
10.根据权利要求5所述的方法，包括：控制器基于指定工艺的恒定氢气需求确定所产生的氢气是否过量，如果过量则尽量减少使用补充电网。
11.根据权利要求5所述的方法，包括：控制器基于来自设备审计的下游反馈确定所产生的氢气是否过量。
12.根据权利要求1所述的方法，包括：控制器操作一个或多个电解槽电池堆以避免启动迟缓，或避免错失可用的可再生能源。
13.根据权利要求1所述的方法，包括：控制器操作一个或多个电解槽电池堆，以应对可再生能源可用性的变化。
14.一种利用可用可再生能源的系统，包括：
15.根据权利要求14所述的系统，其中控制器还用于调节一个或多个电解槽电池堆的操作，以应对可再生能源可用性的变化。
...【技术特征摘要】
1.一种利用波动性可再生能源的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中前瞻预测模型用于评估风能、太阳能、地热能、水能或其任意组合。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括最大程度减少损耗或最大程度减少生产损失，其中，最大程度减少损耗包括最大程度减少可用可再生能源损耗，最大程度减少生产损失包括最大程度减少一个或多个电解槽电池堆的次优实施所导致的潜在损失。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括控制器基于电解系统的特性确定一个或多个电解槽电池堆的操作，其中，电解系统的特性包括如下一个或多个方面：容量系数、制氢成本和电解槽电池堆的可用性。
5.根据权利要求1所述的方法，包括：控制器基于指定工艺的恒定氢气需求确定一个或多个电解槽电池堆的操作。
6.根据权利要求5所述的方法，包括：控制器确定所产生的氢气是否过量，并将所产生的过量氢气储存在储氢系统中。
7.根据权利要求6所述的方法，包括：控制器基于指定工艺的恒定氢气需求确定所产生的氢气是否过量。
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【专利技术属性】
技术研发人员：D·维克雷斯，R·J·安西默，J·P·钱德拉拉杰，J·卡内利，
申请(专利权)人：康明斯有限公司，
类型：发明
国别省市：
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