[发明专利]一种风光氢储一体化综合能源利用系统及其方法

说明书

本发明涉及能源供给技术领域，特别涉及一种风光氢储一体化综合能源利用系统及其方法。其系统包括光伏发电设备、风能发电设备、能量转换与储存设备、电力转换设备、BOP设备、物料储存设备，能量转换与储存设备包括SOEC电解池、PEMFC燃料电池、蓄电池，电力转换设备包括AC‑DC转换器和DC‑AC转换器。在白天光资源多风资源相对较少时，除供给用户外多余的光伏电能被用于电解制氢储存或蓄电池储存，风电电能用于供给用户侧和BOP设备。在晚间光资源少风资源多时，SOEC仅处于保温状态，风电电能供给于用户侧以及SOEC的保温，多余的风电电能被蓄电池储存。本发明实现能量由高到低多级利用，同时保证了用户侧的快速响应，具备很强的柔性与调节能力。

技术领域

本发明涉及能源供给技术领域，特别涉及一种风光氢储一体化综合能源利用系统及其方法。

背景技术

在未来十年，我国风电、太阳能发电总装机容量将达到1200GW以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，届时这些可再生能源的并网及消纳问题将成为迫切的问题。因此针对风电、太阳能的综合利用成为现在学界的研究方向。

在专利CN102851682B中提供一种风电高温电解制氢系统和方法，当交流电源输出的交流电电压显著降低时，采用辅助储热单元将储存的能量供应给高温超热水蒸气制备单元，以使高温超热水蒸气制备单元稳定地输出过热水蒸气。其提供的储热方案来解决风电电压波动的方案，存在电能到热能转换效率较低，且储热单元对电能下降的补偿作用有限等问题，无法适应风电的大范围波动。

在专利CN109882737A提出了一种采用LNG、风、光等新能源来实现气电氢综合供给的系统及工艺方法，采用了液化天然气作为SOFC启动燃料，提供稳定的电源、热源，并与现场的风能、光能分布式发电设备构成耦合电力系统最终利用SOEC电解水制氢一种高安全性燃料电池电解槽系统及其工作方法。其提出的气电氢综合供给的系统，从风光氢储的角度上，系统需要提供LNG作为燃料，且系统中对换热单元的描述较为模糊。

在专利CN112993347A提出了一种基于固态氧化物电池的能源装置及发电系统，采用SOFC-SOEC结合的氢储能发电系统，并提出了简单的运行方法：当风光发电能满足用户使用时，实时利用SOFC稳定电能品质，供给用户；当风光发电存在富余时，实时利用余电制取氢（或共解气），加以储存或者将其发电量实时并网，不会对电网造成冲击；当风光发电不足时，利用储存的氢气（或共解气）作为燃料，供给SOFC发电，满足用户需求。其提出的固态氧化物电池的能源装置，仅有物质间的转移，依靠简单的化学能-电能转换储能，来实现用户侧的能源补给。并未对SOC系统进行完整的热设计，以及未考虑一次能源波动对系统的影响。

在专利CN113278992B提供了一种水蒸气涡轮增压的燃料电池电解槽系统，利用水蒸气涡轮增压器代替高温循环泵和引射器，解决了阴极出口气体回流这一痛点，高温水蒸气在水蒸气涡轮增压器中和常温氢气混合后进入SOEC电堆，同时提高了水蒸气利用率。其提出的水蒸气涡轮增压回流系统，若在氢气和蒸汽混合后不进行额外加热，可能难以达到电堆期望的入口温度，导致电堆性能和耐久性下降。而采用高温循环泵回流再加热的方案，可以保证电堆的气体入口温度。

发明内容

本发明提供一种风光氢储一体化综合能源利用系统及其方法，旨在解决现有综合能源系统相关研究存在的问题。