[发明专利]一种基于氢能的风-火耦合多能系统

说明书

一种基于氢能的风‑火耦合多能系统，包括风力发电系统、火力发电系统、电解水制氢系统、燃料电池系统及储氢装置五个部分。风力发电系统与所述电解水制氢系统连接，当火力发电系统调峰能力到达下限时，多余电能用于给所述电解水制氢系统供电；所述电解水制氢系统用于制备氢气，并将氢气储存于储氢装置中，在总发电功率小于负荷需求时，将氢气送入燃料电池，在总发电功率满足负荷需求时，将氢气传输给用户；在总发电功率小于负荷需求时，燃料电池工作，补偿功率缺额；风力发电机组产生的多余电能电解水制氢，燃料电池系统辅助发电，提升火力发电机组深度调峰极限及其经济性。

技术领域

本发明涉及一种基于氢能的风-火耦合多能系统。

背景技术

从我国能源转型趋势上看，经过多年的快速发展，无论是装机容量和发电总量，我国均 是居世界第一的风电、光伏等新能源发电大国。

但是，伴随装机容量的快速增加，风电消纳问题将是一个长期存在的动态问题。总的来 看，本地电能有效需求不足使供需长期失衡、新能源电源的出力间歇和波动特性使并网消纳 严重不足，是高“弃风窝电”的主要原因。2019年全网弃风电量169亿千瓦时，主要发生在 “三北”地区，占全国弃风电量的80％以上。

发明内容

为克服现有技术所存在的问题，本发明提出一种基于氢能的风-火耦合多能系统，利用 弃风来制氢，并将产生的氢气供给燃料电池，燃料电池辅助火力发电系统进行深度调峰，从 而达到消纳弃风电力，加大深度调峰极限的目的。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种基于氢能的风-火耦合多能系统，包括：风力发电系统、火力发电系统、电解水制 氢系统、燃料电池系统及储氢装置；其中，风力发电系统分别与所述电解水制氢系统以及负 荷连接，为负荷供电，当火力发电系统调峰能力到达下限时，风力发电系统多余的电能用于 给所述电解水制氢系统供电；所述电解水制氢系统与储氢装置连接。电解水制氢系统制备的 氢气储存于储氢装置中；在总发电功率小于负荷需求时，储氢装置中的氢气送入燃料电池系 统，在总发电功率满足负荷需求时，储氢装置中的氢气传输给用户。燃料电池系统与电解水 制氢系统连接，电解水制氢系统与负荷相连接，在风力发电机组功率无法满足负荷需求时， 燃料电池系统使用电解水制氢系统产生的氢气工作，补偿功率缺额；火力发电系统与负荷相 连接，为风电调峰；风力发电机组产生的多余电能电解水制氢，燃料电池系统辅助发电，提 升火力发电机组深度调峰极限及其经济性。

所述风力发电系统包括风力机、传动机构、发电机、AC-DC变流器及DC-AC变流器，其中，

所述风力机在风力的作用下通过传动机构带动发电机工作；传动机构实现能量的传输； 发电机受到传动机构带动进行发电工作；发电机依次通过AC-DC变流器、DC-AC变流器及 变压器与负荷相连，通过AC-DC变流器与电解水制氢系统相连；当火力发电系统调峰能力 到达调峰下限时，风力发电系统所产生的多余电能用于电解水制氢，其余时刻，风力发电系 统产生的电能全部送至负荷。

所述电解水制氢系统包括：电解槽、气体系统、碱液循环系统。其中，

所述电解槽分别与所述碱液循环系统、气体系统及风力发电系统中的AC-DC变流器相 连，电解碱液输入电解槽后，风力发电系统通过AC-DC整流器为电解槽提供直流电压，电 解槽电解水产生氢气，并经过气体系统处理，存入储氢装置；

所述碱液循环系统分别与电解槽和气体系统相连，用于为所述电解槽提供碱液，并回收 所述气体系统中的碱液；

所述气体系统分别与电解槽输出端与碱液循环系统输入端相连，用于接收电解槽电解水 后产生的充满氢气的电解碱液，并将氢气与电解碱液分离。

所述储氢装置与气体系统输出端相连，储存过滤后的氢气；所述储氢装置与燃料电池系 统连接，在总发电功率小于负荷需求时，将氢气送入燃料电池系统，在总发电功率满足负荷 需求时，将氢气传输给用户。