阅读说明：本技术 一种长距离输水干渠工程光伏发电及氢储能系统 (Photovoltaic power generation and hydrogen energy storage system for long-distance water delivery main channel engineering ) 是由 桂远乾 梁波 洪玮 林建雄 贺徽 刘亚青 刘登峰 荣雪宁 谌睿 于 2021-06-21 设计创作，主要内容包括：一种长距离输水干渠工程光伏发电及氢储能系统,包括光伏组件,光伏组件设置在沿渠道架设的位于渠道上方的支撑遮盖结构的顶面,光伏组件与控制器连接,控制器布置在输水干渠闸站内,控制器具有多个输出回路,控制器输出直流电压后分别连接到直流转换器、逆变器、氢气电解槽；逆变器与供水泵连接,供水泵采用交流水泵,供水泵布置在干渠内；氢气电解槽与储氢罐连接；供水泵与氢气电解槽连接。本发明采用输水干渠上方布置的光伏发电、电解制氢,并采用输水干渠中的水提供制氢所需的水源,同时将光伏电源通过DC-DC转换器提供闸站内所需的直流电源。本发明是利用输水干渠的独特条件,提供一种全闭环的,环保、经济光伏发电及氢储能系统。(A photovoltaic power generation and hydrogen energy storage system for a long-distance water delivery main channel project comprises a photovoltaic module, wherein the photovoltaic module is arranged on the top surface of a supporting and covering structure which is erected along a channel and positioned above the channel, the photovoltaic module is connected with a controller, the controller is arranged in a water delivery main channel gate station, the controller is provided with a plurality of output loops, and the controller is connected to a direct current converter, an inverter and a hydrogen electrolytic tank after outputting direct current voltage; the inverter is connected with a water supply pump, the water supply pump adopts an alternating-current water pump, and the water supply pump is arranged in the main channel; the hydrogen electrolytic tank is connected with the hydrogen storage tank; the water supply pump is connected with the hydrogen electrolyzer. The invention adopts photovoltaic power generation and electrolytic hydrogen production arranged above the water delivery main canal, adopts water in the water delivery main canal to provide a water source required by the hydrogen production, and simultaneously provides a photovoltaic power supply with a direct current power supply required in a gate station through a DC-DC converter. The invention provides a fully closed-loop, environment-friendly and economic photovoltaic power generation and hydrogen energy storage system by utilizing the unique conditions of a water delivery main channel.)

一种长距离输水干渠工程光伏发电及氢储能系统

技术领域

本发明属于水利工程机电

技术领域

，更具体地说是一种长距离输水干渠工程光伏发电及氢储能系统，是一种新的光伏发电及消纳方式，它适用于所有长距离输水干渠工程。

背景技术

现有的光伏发电工程，都需要占用大量土地，这样会产生一定的投资成本。

现有输水渠道，在输水的过程中会产生大量的蒸发，造成水资源浪费；在与大气接触过程中会受到粉尘等颗粒物的污染，使得水质变差。为此，有的输水工程会在渠道上方架设渠道支撑遮盖结构。对于长距离输水干渠工程，由于户外输水干渠在露天布置，渠道宽度可达几十米，长度也较长，因此具备大规模使用光伏发电的能力。若在该渠道支撑遮盖结构的顶部布置光伏板进行太阳能发电，可以利用光伏发电提供输水干渠闸站所需的电能，还可以解决光伏发电的占地问题，产生一定的经济效益。

但是光伏发电面临接入电网的问题，由于光伏发电的不可靠性，电网都要求光伏发电需要具备储能功能。传统的储能方案是设置化学储能电池，该方案的缺点：1.投资成本较高，电池的成本较高；2.对环境不友好，化学储能电池都会带来重金属污染的问题。

除上述的储能方式外，可以采用其他储能方式。比如氢储能，即采用光伏发电，电解制氢，作为光伏发电的消纳方式，但是电解氢需要提供水源，而输水工程可以提供制氢所需的水源，因此本发明是利用输水干渠的独特条件，提供一种全闭环的，环保、经济光伏发电及氢储能系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保、经济的长距离输水干渠工程光伏发电及氢储能系统，基于光伏发电的氢储能系统可以适用于长距离输水干渠工程，对能源的利用和存储具有重要意义，也进一步提升了输水工程的经济社会效益。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种长距离输水干渠工程光伏发电及氢储能系统，其特征在于，包括光伏组件，所述光伏组件设置在渠道上方架设的支撑遮盖结构的顶面，所述光伏组件与控制器连接，所述控制器布置在输水干渠闸站内，控制器具有多个输出回路，控制器输出直流电压后分别连接到直流转换器、逆变器、氢气电解槽；所述逆变器与供水泵连接，供水泵采用交流水泵，供水泵布置在干渠内；所述氢气电解槽与储氢罐连接；所述供水泵与氢气电解槽连接。

进一步的，所述光伏组件和控制器、逆变器(4)、供水泵(5)、直流转换器之间均采用电缆连接；所述供水泵和氢气电解槽采用输水管路连接，氢气电解槽和储氢罐之间用输氢管路连接。

进一步的，所述直流转换器包括DC-DC 220V转换器、DC-DC 48V转换器，光伏电源通过直流转换器提供闸站内所需的直流电源。

所述DC-DC 220V转换器，采用直流-直流转换，将光伏发电的直流转换为直流负荷需要的控制用直流电压220V；

所述DC-DC 48V转换器，采用直流-直流转换，将光伏发电的直流转换为通信直流负荷需要的直流电压48V。

进一步的，所述控制器输出电压为直流220V～1000V。

本发明所设计的光伏发电及氢储能系统，通过在输水干渠正上方设置用于固定太阳能电池板的支撑遮盖结构，设计一个光伏发电系统，提供电解氢所需的电源，利用输水干渠的水源，提供电解所需要的水，将太阳能转化为电能，再利用氢能来实现制氢，同时利用智能控制器，控制光伏系统的直流电压，使其可以适用于闸站的控制，保护系统。

本发明的有益效果为：

(1)长距离输水干渠上方布置的光伏发电及氢储能系统，解决了光伏占地的问题，不占用额外的土地，极大降低了光伏投资成本，且不影响输水干渠的主体功能；

(2)长距离输水干渠上方布置的光伏发电及氢储能系统，不需要消耗外部能源，实现了对自然能源的再利用；

(3)长距离输水干渠的光伏发电及氢储能系统，在正常运行时可以将多余的电能用于电解制氢，实现自然能源的存储，电解氢所需的水可以从干渠中取，不需要额外的水源。

(4)长距离输水干渠光伏发电及氢储能系统，还可以供给闸站内直流负荷，实现光伏发电的多重效益。

附图说明

图1为输水工程在渠道上方架设渠道支撑遮盖结构的剖面结构示意图。

图2为图1的俯视结构示意图。

图3为本发明提供的一种长距离输水干渠工程光伏发电及氢储能系统的结构示意图。

图中：1.光伏组件，2.控制器，3.电缆，4.逆变器5.供水泵，6.输水管路，7.DC-DC220V转换器，8.DC-DC 48V转换器。9.氢气电解槽，10.输氢管路，11.储氢罐，12.渠道支撑遮盖结构，13.渠道。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明使本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

如图1～2所示，对于长距离输水干渠工程，由于户外输水干渠在露天布置，渠道宽度可达几十米，长度也较长，因此具备大规模使用光伏发电的能力。在渠道支撑遮盖结构12的顶部布置光伏板进行太阳能发电，可以利用光伏发电提供输水干渠闸站所需的电能，还可以解决光伏发电的占地问题，产生一定的经济效益。

本发明提供一种长距离输水干渠工程光伏发电及氢储能系统，如图3所示，包括光伏组件1，所述光伏组件1设置在渠道13上方架设的支撑遮盖结构12的顶面，所述光伏组件1与控制器2连接，所述控制器2布置在输水干渠闸站内，控制器2具有多个输出回路，控制器2输出直流电压后分别连接到直流转换器、逆变器4、氢气电解槽9；所述逆变器4与供水泵5连接，供水泵5采用交流水泵，供水泵5布置在干渠内；所述氢气电解槽9与储氢罐11连接；所述供水泵5与氢气电解槽9连接。

光伏组件1利用渠道13上方的长条形大面积带状开敞空间设置专用的大跨度、高强度轻质支撑遮盖结构12，形成有一定承载力的屋顶，该屋顶沿渠道架设，完成光伏组件的安装和固定，光伏组件布置在输水干渠正上方，通过电缆串并联汇总后，再利用电缆将汇总后的正负极电缆引至闸站内控制器2。

控制器2具备电压调节功能和防反向送电功能，布置在输水干渠闸站内，其输出电压可为220V～1000V，其输出直流电压后分别连接到直流转换器7、逆变器4、氢气电解槽9。

电缆3用来连接光伏组件1、控制器2、逆变器4、供水泵5、直流转换器。

逆变器4用来将光伏控制器2直流电压转换为水泵需要的交流电压。

供水泵5采用交流水泵，布置在干渠内，扬程根据干渠的具体设计深度考虑。

输水管路6将输水干渠的水送至氢气电解槽9，用来补充电解氢所需要的水。

直流转换器包括DC-DC 220V转换器7、DC-DC 48V转换器8。

DC-DC 220V转换器7采用直流-直流转换，将光伏发电的直流转换为直流负荷需要的控制用直流电压220V。

DC-DC 48V转换器8采用直流-直流转换，将光伏发电的直流转换为通信直流负荷需要的直流电压48V。

氢气电解槽9利用控制器2提供的直流电，完成电解水制氢。

输氢管路10将氢气电解槽9电解出来的氢气送至储氢罐11。

本发明所设计的光伏发电及氢储能系统，通过在输水干渠正上方设置用于固定太阳能电池板的支撑结构，设计一个光伏发电系统，提供电解氢所需的电源，利用输水干渠的水源，提供电解所需要的水，将太阳能转化为电能，再利用氢能来实现制氢，同时利用智能控制器，控制光伏系统的直流电压，使其可以适用于闸站的控制，保护系统。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。