[实用新型]一种高效率高安全风电制氢调峰调频系统

说明书

本实用新型公开了一种高效率高安全风电制氢调峰调频系统，包括风力发电系统、功率分配器、变压器、AC‑DC控制器、超级电容器、DC‑AC控制器、蓄电池、电解槽、电解液储罐、燃料电池及协调控制器，该系统能够有效的防止电解槽与燃料电池的频繁开关，且系统的动态响应速度、安全性及稳定性较高。

技术领域

本实用新型属于制氢和风电调峰调频领域，涉及一种高效率高安全风电制氢调峰调频系统。

背景技术

随着我国对可再生能源发展的积极推进，努力提高可再生能源在我国能源消费结构中的比重，希望可以缓解我国能源需求增长过快的压力和改善生态环境。风能作为一种可再生能源，因其储量丰富、清洁环保、便于规模化开发等优点受到广泛关注。根据2011年10月国家发展改革委能源研究所发布了《中国风电发展路线图2050》，提出风电已经开始并将继续成为实现低碳能源战略的主力能源技术之一。路线图设定的目标是：到2020年、2030年和2050年，风电装机容量将分别达到2亿千瓦、4亿千瓦和10亿千瓦，到2050年满足17％的电力需求。但是，风力发电存在以下几个方面的缺陷：(1)风力发电的不确定性高，风电输出功率和频率的波动随着风速的变化而变化，因此，受季节、环境、位置等影响较大，其输出电能质量较差、可靠性低，大规模风电并网给电网安全稳定运行带来影响；(2)由于风力发电的不稳定性，电网对风力发电的消纳有限，造成弃风弃电严重，造成资源的严重浪费。目前，解决风电消纳问题已成为风电场能否盈利及风电行业进一步发展的关键。除更为准确的减小风电功率预测误差、减少被考核之外；减小风电功率波动，降低由于风电不确定性对电网安全稳定造成的影响，以及减少风电弃风问题，提高能源利用率，成为目前国内外研究的重点。

电解制氢属高能耗产业，用电成本是电解制氢的主要瓶颈，大规模、低成本的可再生能源制氢技术必将推动氢能发展。而把电解水制氢与调整并网风电品质的技术路线相结合，利用闲置的风能支撑电解水制氢消耗的电能，不仅可能提升风电系统的能源利用效率，减少为控制发电品质和电网调峰等要求而采用的刹车制动或其它系统调整动作，降低发电控制系统的运行和维护成本，而且生产出附加产品氢气，实现了风能资源的综合利用。利用清洁的风力发电，进行电解水制氢，从而将风电高效的进行利用，这种方式为风电企业解决弃风和限电问题以及低成本制氢找到了一种崭新的途径。

但是，由于风电功率输出具有随机性、间歇性和波动性，在电解制氢系统中，电源直接接入电解槽时，会对产氢量及电解槽的使用寿命造成影响。现有技术对电解槽的控制策略比较简单，一般采用电解槽的额定功率进行控制，但是这种功率波动较大的情况下，对电解槽的启停十分频繁，严重损害电解槽的稳定性和安全性，造成电解制氢的成本增加。因此，如何提高用于水电解制氢的电解槽对风机系统波动电源的适应性，提高能量转化效率，是目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高效率高安全风电制氢调峰调频系统，该系统能够有效的防止电解槽与燃料电池的频繁开关，且系统的动态响应速度、安全性及稳定性较高。

为达到上述目的，本实用新型所述的高效率高安全风电制氢调峰调频系统包括风力发电系统、功率分配器、变压器、AC-DC控制器、超级电容器、DC-AC控制器、蓄电池、电解槽、电解液储罐、燃料电池及协调控制器；

风力发电系统的输出端与功率分配器的输入端相连接，功率分配器的两个输出端分别与变压器的输入端及AC-DC控制器的输入端相连接，AC-DC控制器的输出端与超级电容器的充电接口相连接，超级电容器的放电接口与DC-AC控制器的输入端及蓄电池的充电接口相连接，蓄电池与电解槽的电源接口相连接，电解液储罐的出口与电解槽的电解液入口相连通，电解槽的阴极产物出口依次经氢气缓冲罐、氢气压缩机及储氢罐与燃料电池的氢气入口相连通，燃料电池的输出端与DC-AC控制器的输入端相连接，DC-AC控制器的输出端与变压器的输入端相连接，变压器的输出端与电网相连接；

协调控制器与燃料电池、超级电容器、风力发电系统、电解槽及功率分配器相连接。