[发明专利]可再生能源电解水制氢实现超导储能与利用的系统及方法

说明书

一种可再生能源电解水制氢实现超导储能与利用的系统及方法，通过可再生能源发电装置发电输送至变流装置，变流装置转换电流形式并合理分配，电解水制氢设备对制备的气态氢进行合理分配，氢气液化设备将气态氢转换成液态氢后进行合理分配，高温超导储能装置接受液态氢后做功平抑可再生能源发电装置的功率波动，同时对部分液态氢进行气化并回流至电解水制氢设备的气罐内，气罐和液罐将富余的气态氢和液态氢分别输送至气态氢用户端和液态氢用户端，本发明将发电、变流、制氢和储能有机结合，实现氢能与高温超导储能的综合利用系统，经济节约，智能化程度高，操作简单方便。

技术领域

本发明属于制氢超导储能及利用技术领域，涉及一种可再生能源电解水制氢实现超导储能与利用的系统及方法。

背景技术

由于可再生能源波动性强，存在弃风、弃光、弃水等能源浪费问题，可再生能源电解水制氢是可再生能源转化的关键技术，既可以作为可变负载进行削峰填谷提高可再生能源发电上网质量，又可以有效消纳弃风、弃光、弃水提高可再生能源利用率，可作为可再生能源消纳的有效手段。同时电解水制氢技术绿色环保低碳排、生产灵活、纯度高，被视为未来最具潜力的制氢技术，被各界寄予厚望。氢气液化技术，能够实现氢气大批量、远距离廉价安全运输和大规模、长时间储存，是解决可再生资源与能源消费之间存在的时间上和空间上的严重不匹配问题的重要技术路线。

风能、太阳能等可再生能源具有间歇性、随机性等特点，导致可再生能源发电产生的电能具有不稳定、不可靠等特点。在可再生能源发电系统中配置储能是解决可再生能源发电所带来的系统不稳定性等问题的合理解决方案。储能技术主要分为物理储能（如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等）、化学储能（如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池）和电-磁储能（如超导储能、超级电容器储能等）三大类，不同的储能技术具有不同的应用场景。在众多储能技术中，超导储能技术具有功率输送无需中间能源形式的转换、毫秒级响应速度、无需机械运动、大于95%的转换效率、无限次充放电循环和高功率密度的特点，在平抑可再生能源功率波动方面具有重要应用价值。

原理上，高温超导储能可以理解为一个电感线圈的储能，与常规的铜线圈不同之处在于，绕制超导储能线圈的导线为高温超导体。所谓高温超导体即在某一特定温度下(通常为77 K)不具备电阻的导体。高温超导储能系统就是利用高温超导体的无电阻载流特性构造高稳定度高温超导储能磁体线圈，用以存储电磁能，通过变流器实现与电力系统的瞬时大功率交换。高温超导储能高温超导储能磁体的储能量可以表示为公式：E=1/2LI²，其中，E为磁能、I为直流电流、L为电感。通过公式可以看出，高温超导储能高温超导储能磁体的储能量主要由高温超导储能磁体的电感L和高温超导储能磁体内的直流电流I决定。因此，通过增加高温超导体的载流能力和储能高温超导储能磁体的电感，可以显著提高高温超导储能高温超导储能磁体的能量密度。对于高温超导体而言，最常规的增加其载流量的手段即降低其运行温度，使其工作温度远低于液氮温度，如在使其运行液态氢温度区间（20K）。

目前使高温超导高温超导储能磁体处于20K温区的手段主要有直接浸泡制冷和制冷机制冷两种。直接浸泡制冷将高温超导储能高温超导储能磁体直接浸泡在装有液态氢的杜瓦里，其优点是直接浸泡的冷却功率大，高温超导储能高温超导储能磁体运行时受到外界的热扰动小，缺点是随着储能高温超导储能磁体系统的运行，要不停的向杜瓦内添加液态氢。制冷机制冷不需要频繁的向杜瓦内添加液态氢，但是制冷机的制冷效果没有直接浸泡效果好，且后期制冷机的运行维护非常繁琐。为了解决现有技术存在的缺点，本发明提出了一种一种利用可再生能源电解水制氢实现高温超导储能与氢能综合利用的系统。该系统将可再生能源电解水制氢系统与高温超导储能系统有机结合，实现了氢能与高温超导储能系统的综合利用，具有结构简单、经济节约的特点。

发明内容