[发明专利]一种集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统及工作方法

权利要求书

1.一种集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，包括：

箱体，箱体外设有风能发电单元(1)和光伏发电单元(2)、以及直流母线；

电源转换器，设于箱体内，风能发电单元(1)和光伏发电单元(2)通过直流母线与电源转换器连接，电源转换器与辅助设备(10)和电负荷(14)、储能电池(9)、电解槽(4)连接，储能电池(9)与换热器A(11)和储热罐(8)连接，电源转换器转换的电能一部分为辅助设备(10)和电负荷(14)提供电力，另一部分储存于储能电池(9)内，储能电池(9)中的热量通过循环冷却A带入换热器A(11)中，通过换热后热量被低温水带走，低温水再进入换热器B中进一步换热；

水处理单元(3)，与电解槽(4)连接，电源转换器剩余部分的电能为电解槽(4)提供电力，经电解槽(4)电解后水产生氢气和氧气，并释放大量热量，电解槽(4)与储氢罐(5)和储氧罐(16)连接，氢气进入储氢罐(5)内储存，氧气进入储氧罐(16)内储存，电解槽(4)热量被循环冷却B带入换热器B(12)中，通过换热后热量被低温水带走，低温水再进入催化燃烧器(7)内吸热，进一步提升低温水的热品位；

储氢罐(5)与燃料电池(6)连接，储氢罐(5)内的一部分氢气进入燃料电池(6)内发生电化学反应产生电能，同时产生热量，产生的电能通过电源转换器回供至直流母线内，燃料电池(6)产生的尾气进入催化燃烧器(7)内燃烧，释放尾气中残余氢气的热量，燃料电池(6)产生的热量通过循环冷却C带入换热器C(13)中，通过换热后热量被低温水带走，低温水再进入催化燃烧器(7)内换热，进一步提升低温水的热品位；

当需要更高热品位的热负荷时，将从储氢罐(5)中直接通入一部分氢气到催化燃烧器(7)中进行燃烧放热，催化燃烧器(7)中氢气燃烧释放的热量被从换热器B(12)和换热器C(13)中流入的初步换热低温水带走，并最终储存在储热罐(8)中，储热罐(8)与热负荷(15)连接。

2.根据权利要求1的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，电源转化器为四个，四个电源转换器分别与辅助设备(10)和电负荷(14)、储能电池(9)、电解槽(4)、以及燃料电池(6)连接。

3.根据权利要求3的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，还包括控制柜，控制柜设于箱体内，控制柜与风能发电单元(1)和光伏发电单元(2)、水处理单元(3)、电解槽(4)、储氢罐(5)、燃料电池(6)、催化燃烧器(7)、储热罐(8)、储能电池(9)、辅助设备(10)、换热器A(11)、换热器B(12)、换热器C(13)、电负荷(14)、热负荷(15)、以及储氧罐(16)连接。

4.根据权利要求1-3中任一项的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，风能发电单元(1)、光伏发电单元(2)、电解槽(4)、燃料电池(6)、储能电池(9)、辅助设备(10)以及电负荷(14)通过电线相连。

5.根据权利要求4的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，水处理单元(3)、电解槽(4)、储氢罐(5)、燃料电池(6)、催化燃烧器(7)、储热罐(8)、换热器A(11)、换热器B(12)、换热器C(13)、热负荷(15)以及储氧罐(16)通过管道相连。

6.根据权利要求5的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，换热器A(11)、换热器B(12)、换热器C(13)、以及催化燃烧器(7)通过串并联连接。

7.根据权利要求6的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，辅助设备(10)包括风机、水泵、电动阀。

8.根据权利要求5-7中任一项的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，风能发电单元(1)为风能发电机，光伏发电单元(2)为光伏发电机。

9.根据权利要求8的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，储氢罐(5)为高压储氢罐(5)，储氧罐(16)为高压储氧罐(16)。

10.一种采用上述权利要求1-9中任一项的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

风能发电单元(1)和光伏发电单元(2)与直流母线连接，直流母线与设于箱体内的电源转换器连接，风能发电单元(1)和光伏发电单元(2)通过直流母线与设于箱体内的电源转换器连接，电源转换器与辅助设备(10)和电负荷(14)、储能电池(9)、电解槽(4)连接，储能电池(9)通过换热器A(11)与储热罐(8)进行换热，电源转换器转换的电能一部分为辅助设备(10)和电负荷(14)提供电力，另一部分储存于储能电池(9)内；水处理单元(3)与电解槽(4)连接，电源转换器剩余部分的电能为电解槽(4)提供电力，经电解槽(4)电解后水产生氢气、氧气、以及热量，氢气进入储氢罐(5)内储存，氧气进入储氧罐(16)内储存，热量通过循环冷却B进入换热器B(12)中换热后被带走；储氢罐(5)内的一部分氢气进入燃料电池(6)内发生电化学反应产生电能，产生的电能通过电源转换器回供至直流母线内，燃料电池(6)产生的尾气进入催化燃烧器(7)内燃烧，并释放尾气中残余氢气的热量，燃料电池(6)释放的热量通过循环冷却C进入换热器C(13)后被低温水带走，低温水再进入催化燃烧器(7)内吸收热量，循环冷却D将换热器A(11)、换热器B(12)、换热器C(13)以及催化燃烧器(7)中的热量带入储热罐(8)，储热罐(8)与热负荷(15)连接；

按照可再生能源发电量与用户侧电负荷需求的大小，系统的运行模式可以分为两种，模式一：当可再生能源发电量大于用户侧电负荷需求时，燃料电池(6)停止运行，多余的电量将首先给储能电池(9)充电，保证储能电池(9)处于满状态，当储能电池(9)充满电后，多余的电量用于电解槽(4)电解制氢，生成的氢气储存于高压储氢罐(16)中；如果此时系统中供热品位低于热负荷需求，高压储氢罐(16)中的氢气将通入催化燃烧器(7)燃烧释热来提高供热品位；模式二：当可再生能源发电量小于用户侧电负荷需求时，电解槽(4)停止工作，燃料电池(6)利用储氢罐中的氢气产生电能，产生的电能回供至直流母线，用于用户电负荷以及系统辅助设备用电需求，也可以给储能电池(9)充电，燃料电池(6)尾气通入催化燃烧器(7),充分释放尾气中氢气的热量，同样的，当现有的供热品位不能满足用户需求，将高压储氢罐(16)的氢气直接通入催化燃烧器(7)燃烧来提高供热品位；电解槽(4)和燃料电池(6)不会同时工作，储能电池(9)可以在可再生能源波动时，支持电解槽(4)和燃料电池(6)的动态平滑过渡,储能电池(9)也能给用户提供电负荷。