[发明专利]一种模块化水电解制氢系统及其控制方法

说明书

本发明具体为一种模块化水电解制氢系统及其控制方法，所述系统包括可再生能源发电系统、能量管理监控系统、电解单元模块组、储能系统，可再生能源发电系统包括可再生能源发电装置和整流逆变装置，电解单元模块组包括若干电解单元模块，储能系统包括逆变装置和储能电池组，能量管理监控系统分别与可再生能源发电系统、电解单元模块组、储能系统通讯连接；所述方法为获取处于生产状态、待机状态、停机状态电解单元模块数目，计算处于生产状态、待机状态电解单元模块剩余负荷总和P_total，根于天气预报系统，预测可再生能源发电系统下一时间段以及下下时间段的发电量增量ΔP1、ΔP2，依据ΔP1、ΔP2与P_total的关系，确定电解单元状态如何转换以及转换数量。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体为一种模块化水电解制氢系统及其控制方法。

背景技术

随着3060双碳目标的提出，氢气因其绿色环保的特点逐渐被作为一种能源载体提及。在众多的制氢技术中，水电解制氢技术被认为是未来的主流制氢技术，因为当其与可再生能源耦合时，整个制氢过程可以真正的做到零碳。但目前单电解槽的制氢容量相对较小，难以满足未来工业等领域氢气需求量的极速增长。同时可再生能源的波动性问题也会对水电解制氢的安全性及氢气纯度带来隐患。

为增大制氢规模以及克服可再生能源的波动性问题，可采用多电解单元模块组合的方式，实现大规模，集中式制氢，同时通过控制电解槽开关数目的变化来应对可再生能源功率的波动。

但目前这种策略通常忽略了电解槽的启停时间以及启停时的功率消耗，在实际应用时可能会面临制氢不稳定、电解槽系统响应慢等问题，影响整个系统的安全性。

同时，在多个电解槽同时参与电解过程中时，如何有效的对各个制氢单元的功率分配也是模块化电解槽组急需解决的难题。对于水电解制氢系统，电解电流决定了产氢量，电解电压决定了电解效率。因此即使外部输入功率相同时，电解单元的工作数量也会影响整个系统的产氢量。从电解原理来说，电解槽工作负荷越小，电解槽工作效率越高。因此在一般条件下，选择让多个电解槽低负荷运行会比让少量电解槽高负荷运行会获得更大的电解效率和更多的产氢量。但低负荷条件下，会存在因氧气纯度低导致的安全问题，同时因辅助系统能耗的存在，系统效率会在某个临界点下随着负荷的降低而下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化水电解制氢系统及其控制方法，解决现有水电解制氢系统制氢不稳定、电解槽响应慢、制氢效率低、产氢量不高、存在安全隐患等问题。

本发明提供的模块化水电解制氢系统包括可再生能源发电系统、能量管理监控系统，所述可再生能源发电系统包括可再生能源发电装置和整流逆变装置，所述能量管理监控系统与可再生能源发电系统通讯连接，还包括电解单元模块组、储能系统，所述电解单元模块组包括若干电解单元模块，所述电解单元模块包括电源系统、电解槽、碱液加热系统，所述碱液加热系统对进入电解槽的碱液进行加热，所述电源系统与电解槽电连接，所述储能系统包括逆变装置和储能电池组，所述每个电解单元模块的电源系统分别与整流逆变装置电连接，所述每个电解单元模块的碱液加热系统与储能系统的逆变装置电连接，所述可再生能源发电系统的整流逆变装置与储能系统的逆变装置电连接，所述能量管理监控系统分别与电解单元模块组、储能系统通讯连接。

优选的，所述电解单元模块组还包括碱箱、分离纯化系统、补水系统、冷却系统，所述碱箱盛装碱液，碱液进入碱液加热系统进行加热，所述分离纯化系统连接电解槽，所述冷却系统连接分离纯化系统，所述补水系统连接分离纯化系统。

优选的，所述可再生能源发电装置可以采用光伏发电装置、水力发电装置、风力发电装置中的一种或多种组合。

优选的，所述碱液加热系统包括加热装置和碱液管道，所述加热装置采用防爆电加热器，所述防爆电加热器与储能系统的逆变装置电连接。

本发明还提供了一种模块化水电解制氢系统的控制方法，所述方法依次包括如下步骤：