[发明专利]用于电能和氢气的生产系统

说明书

技术领域

根据本说明书的题目，以下发明指的是一种用于基于由一个或者多个风轮机产生的风能的、可盈利的使用而生产电能和氢气的系统。还在其中以如下方式包括氢气生产装置(电解器)，该方式即通过包括电解技术的混合设备，以下目的得以实现：改进能量管理、增强动态操作、增加电解器的工作寿命和增加系统的赢利性，以及改进注入电力网络的能量质量。

用于电能和氢气的这个生产系统能够适于任何类型的可再生能量或其组合。

本说明书描述了一种用于以如下方式生产在所有类型的风轮机和风电场中有用的电能和氢气的系统，该方式即利用电解技术的混合化而生产氢气。

同样地，用于生产电能和氢气的系统能够与任何类型的可再生能量或其组合配合使用。

背景技术

如已知那样，由于技术或者法律限制，被连接到电力网络的风轮机有时不能将已生产的全部电能注入所述电力网络。因此，为了可盈利地使用正在产生的能量，其使用之一是利用电解器生产氢气，从而随后以不同方式使用已经生产和存储的氢气。

使用之一能够是将氢气配送到氢气配送站，以将其用作车辆中的燃料或者售卖氢气自身。

同样地，另一可能的使用是利用所述氢气生产电力并且将其再次注入电力网络中。

存在阐述了集成可再生能量和氢气生产的系统的多件公开。

关于利用来自风能的氢气生产电力，存在专利申请例如：WO2006097494和EP1596052，所述专利申请提出通过电解产生氢气，氢气将在以后被用于由传统气体或者蒸汽厂生产能量。

进而，DE10055973描述一种系统，用于利用风能生产和存储氢气，目的在于使用它生产电力并且将其注入风轮机功率出口中，从而调节风电场的功率输出。

最终，存在描述通过增加或者降低电解器的功耗而调整风电场的功率的公开例如US7199482。

现今，就电解器而言，主要的和发展最为成熟的技术是质子交换膜(PEM)技术和碱技术。

PEM技术包括固体电解质并且具有快速的操作动态特性(dynamics)，但是当前并不存在具有大量功率的设备。通常，它们趋向于是大约数十千瓦的。

碱技术包括通常为稀释KOH的电解质，稀释KOH具有比PEM技术更加缓慢的动态特性，但是利用这种技术存在更加强大的电解器。它们甚至能够产生高达兆瓦。

已经在不同的工程中测试了这些技术，例如由NREL主持的工程“Renewable Electrolysis Integrated System Development andTesting”和由IEA主持的工程“Solar-Wasserstoff-Bayern HydrogenDemonstration Project”。

尽管这样，这些技术中没有任何一项在本质上是充分的，从而与风能设施相组合。这个问题的原因在于，风具有非常快速的动态特性并且因此所产生的风力也具有所述快速动态特性。

另外，考虑到风电场的能量通常为几十兆瓦，就所需功率和动态特性而言，提供具有单一技术的电解器将不能满足系统要求。

在另一方面，近来与能量生产有关的问题受到越来越多的关注，例如对于化石燃料的能量依赖性、来自温室效应的气体排放、环境污染、对于气候变化的影响，以及，简言之，现有能量系统的可持续性。

在这方面，可再生能量已经成为关键因素，因为它们为社会提供能量以满足它的在使用可再生、可持续和非污染源作为主要能量时的需要。

相对于传统的技术，从可再生源产生电力的这些技术的缺点在于可再生能量资源即风能或者太阳能的可用性的可变性。因此，所述能量的管理能力受到限制。

当前，由于这些限制，电力网络操作员对于新的可再生能量生产厂例如风电场或者光伏发电厂的引入施加限制。

为了避免这些限制并且使得可再生电力生产厂渗透到电网系统中，有必要提供使得能够使得这些能量源更加具有可管理性的方案。

作为对于上述这些问题的解决方案提出用于产生电力和氢气的一种新颖的系统。

本发明包括一种利用具有不同动态特性响应的不同电解技术的混合设备，所述动态特性响应允许吸收由于风源可变性而引起的、所产生的电力波动。注入电力网络的电力波动得以降低和/或消除。

本发明的另一优点在于，通过利用不同技术的电解器，就所需功率和动态特性而言，系统需要得以满足。