[发明专利]一种水电站氢储能发电黑启动系统及方法

说明书

本发明涉及水电工程技术领域，具体涉及一种水电站氢储能发电黑启动系统及方法。包括厂用电高压母线、厂用变压器、0.4KV母线、制氢装置、储氢装置、氢燃料电池、逆变装置和氢能变压器，厂用变压器设置在厂用电高压母线与0.4KV母线之间，0.4KV母线上连接有黑启动负荷，制氢装置的供电端与0.4KV母线连接，制氢装置的电解水为水电站储水，制氢装置的出气口与储氢装置连接，储氢装置出气口与氢燃料电池连接，氢燃料电池输出端通过逆变装置与0.4KV母线电连接连接或通过逆变装置经氢能变压器与厂用电高压母线连接。通过氢燃料电池、储氢装置等与常优化配置研究，将氢燃料电池应用于水电站氢储能黑启动方式，取代了常规柴油发电机组，实现了零排放、清洁环保的黑启动。

技术领域

本发明涉及水电工程技术领域，具体涉及一种水电站氢储能发电黑启动系统及方法。

背景技术

水电站厂用电系统在某些特殊情况下会失去所有交流电源，包括机端自并电源，水电站长时间全厂停机并失去所有交流电源的情况下是非常不安全的，且电站直流蓄电池容量无法满足重启机组的要求。因此，水电站往往都要求在厂用电系统设计时考虑在上述情况下能自启动，恢复厂用电机端自供电源，即“黑启动”。电站“黑启动”的用电负荷包括电站进水口闸门、机组自并励起励电源等负荷。目前，水电站“黑启动”均采用柴油发电机直联厂用电母线的方式。需要在电站厂用电系统旁设立柴油发电系统，包括柴油机、发电机、储油箱、排烟系统、配电设备等，柴油发电机通过电缆和上述“黑启动”所需重要用电负荷连接。

当以柴油为燃料作为水电站“黑启动”动力源时，户内布置时需要设置专用的柴油机房、专用储油罐室，排烟通道；户外布置时需要外部连接的运输通道。不论户内、户外布置的柴油发电机均会在运行时产生大量的废气和噪音，即使是短时运行也极不环保。且大型水电站大坝内设置柴油发电机房和油罐邮箱等储油装置，消防安全需特殊设计和考虑。

氢能作为一种环保燃料，已大规模应用于工业场所，其衍生产品氢燃料电池具有温室气体零排放、无污染、无噪音、易维护等优点。目前氢燃料电池主要应用于新能源汽车行业，但由于价格高昂、布置尺寸限制等尚未大规模普及，在水电站中尚未涉及研究与应用。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种完全零排放、清洁环保的水电站氢储能发电黑启动系统及方法。

本发明水电站氢储能发电黑启动系统，其技术方案为：包括厂用电高压母线、厂用变压器、0.4KV母线、制氢装置、储氢装置、氢燃料电池、逆变装置和氢能变压器，所述厂用变压器设置在所述厂用电高压母线与0.4KV母线之间，所述0.4KV母线上连接有黑启动负荷，所述黑启动负荷包括电站进水口闸门和机组自并励起励电源，所述制氢装置的供电端与0.4KV母线连接，所述制氢装置的电解水为水电站储水，所述制氢装置的出气口与储氢装置连接，所述储氢装置出气口与氢燃料电池连接，所述氢燃料电池输出端通过逆变装置与0.4KV母线电连接连接或通过逆变装置经氢能变压器与厂用电高压母线连接。

较为优选的，述氢燃料电池为质子交换膜燃料电池。

较为优选的，所述储氢装置为高压氢气储气罐，所述高压氢气储气罐设置于底下存储空间内。

本发明水电站氢储能发电黑启动方法，其技术方案为：在水电站内设置制氢装置，将水电站储水作为电解水，利用水电站直流电为电解水供电制氢，并利用储氢装置对产生的氢气进行存储，在水电站失电时，控制储氢装置为氢燃料电池供电，提供电能反馈回水电站厂用电高压母线或0.4KV母线，为水电站的黑启动负荷应急供电。

较为优选的，在为水电站的黑启动负荷应急供电时，保证0.4kV或10kV厂用电之间的联络开关断开，以保证供电点完全独立，保证0.4kV或10kV厂用电所有电源开关断开，避免出现机端电源和外来电源并网的情况，确保厂用电的可靠、预备进行黑启动机组所对应的供电点所有电源进线断路器和母联断路器全部断开、黑启动负荷开关处于关合状态，其他开关处于开合状态。