[发明专利]一种风电制氢储能的氢燃料复合电池及其发电方法

摘要

本发明公开了一种风电制氢储能的氢燃料复合电池及其发电方法。本发明根据风力大小有四种工作模式，当大风时采用风电制储氢发电模式，在额定功率内的风电用来为外电网发电，同时将剩余风电转换为氢气存储；当风力较小时时，采用全系统运行模式，将风电供给外电网，同时启动燃料电池发电系统，将储氢系统的氢能转化为电能；当风电质量较差时采用风电制氢燃料发电模式，风电只制氢同时燃料电池发电系统向外供电；当调度要求弃风时，采用燃料电池独立运行模式，燃料电池发电系统将存储的氢气转化为高品质电能馈送至电网。本发明能有效弥补风电等可再生能源发电间歇性、波动性的缺点，改善电场输出功率的可控性，提升发电的稳定性水平。

主权项

一种风电制氢储能的氢燃料复合电池，其特征在于，所述氢燃料复合电池包括：风力发电机、电解制氢系统、压缩储氢系统、燃料电池发电系统、AC/DC整流器、DC/AC逆变器、变压器、升压器、负荷系统以及协调控制单元；其中，所述风力发电机、电解制氢系统、压缩储氢系统、燃料电池发电系统、AC/DC整流器、DC/AC逆变器和负荷系统分别连接至协调控制单元；所述风力发电机依次经变压器和升压器连接至外电网；风力发电机还经过AC/DC整流器连接至电解制氢系统；所述电解制氢系统连接至压缩储氢系统；所述压缩储氢系统连接至燃料电池发电系统；所述燃料电池发电系统连接至DC/AC逆变器，依次经变压器和升压器连接至外电网，DC/AC逆变器还连接至负荷系统；所述氢燃料复合电池包括四种工作模式：风电制储氢发电模式、全系统运行模式、风电制氢燃料发电模式和燃料电池独立运行模式；协调控制单元感知并判断风力大小，当风力达到高阈值以上时，采用风电制储氢发电模式，当风力处于高阈值与低阈值之间时，采用全系统运行模式，当风力不稳定或小于低阈值时，采用风电制氢燃料发电模式；当协调控制单元决定放弃风力时，采用燃料电池独立运行模式；在风电制储氢发电模式中，燃料电池发电系统不工作，只有风力发电机工作，并且风电一部分为外电网供电一部分产生氢气：风力发电机将风能转换为电能形成风电，在外电网的额定功率内的风电通过变压器和升压器输送至外电网；风电大于外电网的额定功率的那部分风电，传输至整流器；整流器将风电由交流转变成直流，传输至电解制氢系统，电解制氢系统利用风电产生氢气，输送至压缩储氢系统中存储；在全系统运行模式中，风力发电机和燃料电池发电系统一起工作，共同为外电网供电：风力发电机将风能转换为电能形成风电，通过变压器和升压器输送至外电网；同时，电解制氢系统将储存的氢气输送至燃料电池发电系统，燃料电池发电系统利用氢气产生直流电，DC/AC逆变器将直流电转换为交流电，通过变压器和升压器传输至外电网，或者直接传输至负荷系统；在风电制氢燃料发电模式中，风力发电机制备氢气，燃料电池发电系统发电：风力发电机将风能转换为电能形成风电，传输至整流器，整流器将风电由交流转变成直流，传输至电解制氢系统，电解制氢系统利用风电产生氢气，输送至压缩储氢系统中存储；同时，电解制氢系统将储存的氢气输送至燃料电池发电系统，燃料电池发电系统利用氢气产生直流电，DC/AC逆变器将直流电转换为交流电，通过变压器和升压器传输至外电网，或者直接传输至负荷系统；在燃料电池独立运行模式中，只有燃料电池发电系统工作，风力发电机停止工作：燃料电池发电系统利用存储在压缩储氢系统的氢气产生直流电，DC/AC逆变器将直流电转换为交流电，通过变压器和升压器传输至外电网，或者直接传输至负荷系统。