一种风光水联合制氢系统及制氢方法
阅读说明：本技术 一种风光水联合制氢系统及制氢方法 (Wind, light and water combined hydrogen production system and hydrogen production method ) 是由 杨博 谢小军 张瑞刚 刘增博 李太江 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：一种风光水联合制氢系统及制氢方法,该系统包括风力发电系统、光伏发电系统、水力发电系统、与水力发电系统通过供水系统连接的制氢系统,与风力发电系统、光伏发电系统、水力发电系统和制氢系统连接的控制系统,还包括通过变压器与控制系统连接的电网；风力发电系统通过风能发电,光伏发电系统通过太阳能发电,水力发电系统通过水位落差发电,三个发电系统产生的电能通过控制系统协调配置,电能充足时,通过变压器输送至电网,电能不足时,通过制氢系统制备并储存氢气；保证系统能够稳定、连续的运行。(A wind, light and water combined hydrogen production system and a hydrogen production method are provided, the system comprises a wind power generation system, a photovoltaic power generation system, a hydroelectric power generation system, a hydrogen production system connected with the hydroelectric power generation system through a water supply system, a control system connected with the wind power generation system, the photovoltaic power generation system, the hydroelectric power generation system and the hydrogen production system, and a power grid connected with the control system through a transformer; the wind power generation system generates power through wind energy, the photovoltaic power generation system generates power through solar energy, the hydraulic power generation system generates power through water level difference, electric energy generated by the three power generation systems is coordinated and configured through the control system, when the electric energy is sufficient, the electric energy is transmitted to a power grid through a transformer, and when the electric energy is insufficient, hydrogen is prepared and stored through the hydrogen production system; the system can be ensured to run stably and continuously.)
技术领域
本发明属于制氢技术领域，具体涉及到一种风光水联合制氢系统及制氢方法。
背景技术
随着一次性能源的消耗殆尽和环保压力的逐渐增大，人们逐渐将目光转向风电、光伏等可再生能源，但是风光发电系统波动性大、不能够产生稳定的电能，一般在风光互补系统中加入储能或者水电来进行系统的调频或调峰。
除了可再生电力能源，氢能跟电力一样是将来支撑能源清洁化结构的重要能源之一，它具有清洁和低碳的作用，在使用过程中零排放，只生成水，污染物排放为零，目前主流的制氢方式有天然气制氢、煤炭制氢和工业副产氢，这些方式制氢追溯到上游一次能源仍然是煤和天然气。国内外像电解水这种制氢方式，占比非常有限的，使用可再生能源电解水制氢，既解决了能源的可再生问题，又可将多余的能源转变成氢能循环再利用。
目前在一些偏远地区，存在风电、光伏等可再生能源过剩的情况，或者是限电无法送出的情况，可以按照本发明建设一部分风光水联合制氢系统，制备的氢气再利用，避免能源的浪费。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种风光水联合制氢系统及制氢方法，本发明通过风光水系统联合提供持续的、稳定的、清洁的能源，产生的电能用来制备氢气，多余的电量可以送入电网。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种风光水联合制氢系统，包括由风力发电机组、变流器和风力发电控制器依次连接组成的风力发电系统1，由光伏发电单元、逆变器和光伏发电控制器依次连接组成的光伏发电系统2，由水利发电单元和水利发电控制器连接组成的水力发电系统3，与水力发电系统3通过供水系统6连接的制氢系统5，与风力发电系统1、光伏发电系统2、水力发电系统3和制氢系统5连接的控制系统4，还包括通过变压器与控制系统4连接的电网8；风力发电系统1通过风能发电，光伏发电系统2通过太阳能发电，水力发电系统3通过水位落差发电，三个发电系统产生的电能通过控制系统4协调配置，电能充足时，通过变压器7输送至电网8，电能不足时，通过制氢系统5制备并储存氢气。
所述制氢系统5包括电解槽54，设置在电解槽54内的电解棒52，电解槽54顶部的气体出口连通气体净化器55入口，气体净化器55出口连通气体分离器56入口，通气体分离56的氢气出口通过导管57连通储氢罐58，通气体分离56的氧气出口通过导管57连通储氧罐59；电解槽54通过进水管53与供水系统6连接以实现供水；电解棒52通过电解槽54外部的电极51连接控制系统4供电以实现电解水。
所述风力发电机系统1的装机容量在10KW及以上，风力发电机组包括水平轴风力发电机与垂直风力发电机，风力发电控制器通过变流器控制风力发电机组的启停。
所述光伏发电系统2的装机容量在10KW及以上，逆变器具备MPPT功能，光伏发电控制器通过逆变器光伏发电单元的启停。
所述水力发电系统3的装机容量在10KW及以上，水力发电控制器控制水利发电单元的启停。
所述风光水联合制氢系统的制氢方法，风力发电系统1通过风能发电，光伏发电系统2通过太阳能发电，水力发电系统3通过水位落差发电，三个发电系统产生的电能通过控制系统4协调控制，电能充足时，通过变压器7输送至电网8，电能不足时，通过制氢系统5制备并储存氢气；
制氢系统5的工作过程如下：制氢系统5由控制系统4提供电能通过电极51及电解棒52实现电解水，其中电解槽54内的水源由供水系统6通过进水管53进入电解槽54，电解产生的气体经过气体净化器55实现除湿及净化，随后进入气体分离器56进行分离，分离后的氢气通过导管57储存到储氢罐58中，产生的副产品氧气通过导管57储存到储氧罐59中。
控制系统4协调控制风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3的发电过程如下：
风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3产生的总功率为ΔP，公式如下：
ΔP＝ΔPwind+ΔPsoler+ΔPwater (1)
其中，ΔPwind为风力发电系统产生的功率，ΔPsoler为光伏发电系统产生的功率，ΔPwater为水力发电系统产生的功率；
整个风光水联合制氢系统消耗的总功率为ΔPw，公式如下：
ΔPw＝ΔPin+ΔPH (2)
其中ΔPin为系统运行、供水系统消耗的功率，ΔPH为制氢过程消耗的功率；
控制过程如下：
当时，即风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3的产生的功率大于制氢系统运行功率时，制氢系统额定功率运行，多余的功率通过变压器7送入电网8发电；
当时，即风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3的产生的功率小于等于制氢系统运行功率时，整个风光水联合制氢系统不并入电网8，风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3产生的功率全部用来制氢。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1、本发明风力发电、光伏发电、水力发电均为可再生清洁能源，对环境无污染。
2、光伏发电系统只有白天日照充足才能工作，风力发电达到一定风速才能工作，风光系统联合发电具有一定的互补性，当风能和光伏发电能力不足时，使用水力发电给系统功能，保证系统能够稳定、连续的运行。
3、制氢系统通过系统本身提供电能，不需要从电网购电，节约了费用。
4、制氢系统存储氢能可以销售，产生的副产品氧气也可以销售，增加系统收益。
附图说明
图1为本发明风光水联合制氢系统框图。
图2为制氢系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种风光水联合制氢系统，包括由风力发电机组、变流器和风力发电控制器依次连接组成的风力发电系统1，由光伏发电单元、逆变器和光伏发电控制器依次连接组成的光伏发电系统2，由水利发电单元和水利发电控制器连接组成的水力发电系统3，与水力发电系统3通过供水系统6连接的制氢系统5，与风力发电系统1、光伏发电系统2、水力发电系统3和制氢系统5连接的控制系统4，还包括通过变压器与控制系统4连接的电网8；风力发电系统1通过风能发电，光伏发电系统2通过太阳能发电，水力发电系统3通过水位落差发电，三个发电系统产生的电能通过控制系统4协调配置，电能充足时，通过变压器7输送至电网8，电能不足时，通过制氢系统5制备并储存氢气。
如图2所示，所述制氢系统5包括电解槽54，设置在电解槽54内的电解棒52，电解槽54顶部的气体出口连通气体净化器55入口，气体净化器55出口连通气体分离器56入口，通气体分离56的氢气出口通过导管57连通储氢罐58，通气体分离56的氧气出口通过导管57连通储氧罐59；电解槽54通过进水管53与供水系统6连接以实现供水；电解棒52通过电解槽54外部的电极51连接控制系统4供电以实现电解水。
作为本发明的优选实施方式，所述风力发电机系统1的装机容量在10KW及以上，风力发电机组包括水平轴风力发电机与垂直风力发电机，风力发电控制器通过变流器控制风力发电机组的启停。
作为本发明的优选实施方式，所述光伏发电系统2的装机容量在10KW及以上，逆变器具备MPPT功能，光伏发电控制器通过逆变器光伏发电单元的启停。
作为本发明的优选实施方式，所述水力发电系统3的装机容量在10KW及以上，水力发电控制器控制水利发电单元的启停。
如图1所示，本发明风光水联合制氢系统的制氢方法，风力发电系统1通过风能发电，光伏发电系统2通过太阳能发电，水力发电系统3通过水位落差发电，三个发电系统产生的电能通过控制系统4协调控制，电能充足时，通过变压器7输送至电网8，电能不足时，通过制氢系统5制备并储存氢气。
如图2所示，制氢系统5的工作过程如下：制氢系统5由控制系统4提供电能通过电极51及电解棒52实现电解水，其中电解槽54内的水源由供水系统6通过进水管53进入电解槽54，电解产生的气体经过气体净化器55实现除湿及净化，随后进入气体分离器56进行分离，分离后的氢气通过导管57储存到储氢罐58中，产生的副产品氧气通过导管57储存到储氧罐59中。
本发明控制系统4协调控制风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3的发电过程如下：
风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3产生的总功率为ΔP，公式如下：
ΔP＝ΔPwind+ΔPsoler+ΔPwater (1)
其中，ΔPwind为风力发电系统产生的功率，ΔPsoler为光伏发电系统产生的功率，ΔPwater为水力发电系统产生的功率；
整个风光水联合制氢系统消耗的总功率为ΔPw，公式如下：
ΔPw＝ΔPin+ΔPH (2)
其中ΔPin为系统运行、供水系统消耗的功率，ΔPH为制氢过程消耗的功率；
控制过程如下：
当时，即风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3的产生的功率大于制氢系统运行功率时，制氢系统额定功率运行，多余的功率通过变压器7送入电网8发电；
当时，即风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3的产生的功率小于等于制氢系统运行功率时，整个风光水联合制氢系统不并入电网8，风力发电系统1、光伏发电系统2和水力发电系统3产生的功率全部用来制氢。