本發(fā)明屬于電解制氫，具體涉及基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、光伏供電電解制氫是利用太陽能光伏電池產(chǎn)生的電力進(jìn)行電解水的過程，光伏發(fā)電為可再生能源發(fā)電，且該過程不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和其它一系列有毒有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境的影響較小，這種方法有望成為制備氫燃料的新一代方法，在這一過程中，太陽能光伏電池將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后通過電解裝置將水分解成氧氣和氫氣；

2、但是太陽光輻照具有日夜的間歇性，以及夏強(qiáng)冬弱的周期波動(dòng)性，更具有陰晴雨雪導(dǎo)致的氣象隨機(jī)性，導(dǎo)致電壓輸出波動(dòng)性較大，現(xiàn)有的電解制氫裝置不能有效協(xié)調(diào)控制電壓的輸出穩(wěn)定性，而且不能根據(jù)輸出的電壓大小靈活的調(diào)控電解液的流量，使得電解水制氫不穩(wěn)定，制氫效率不高。

3、為解決上述問題，本申請(qǐng)中提出基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，可以有效解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、能量管理控制模塊、電解水制氫系統(tǒng)、反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)與氣液分離干燥提純系統(tǒng)；

3、所述光伏發(fā)電系統(tǒng)用于把太陽能轉(zhuǎn)化為電能為電解水制氫系統(tǒng)提供電力；

4、所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)用于把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能配合輔助光伏發(fā)電系統(tǒng)為電解水制氫系統(tǒng)提供電力；

5、所述能量管理控制模塊包括系統(tǒng)能量管理單元、mppt控制器、制氫變流器、儲(chǔ)能電池，系統(tǒng)能量管理單元用于實(shí)時(shí)采集各系統(tǒng)和模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并根據(jù)制定的在線能量調(diào)控策略，向各系統(tǒng)和模塊下達(dá)實(shí)時(shí)能量調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率平衡，提升風(fēng)光利用率，mppt控制器用于調(diào)節(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使光伏發(fā)電系統(tǒng)上的光伏板能夠輸出更多電能，能夠確保風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同風(fēng)速下始終以最佳速度運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)最大的發(fā)電效率，并可以將光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所轉(zhuǎn)化的電能貯存到儲(chǔ)能電池中，制氫變流器用于對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供的電壓進(jìn)行升壓穩(wěn)壓，以便電解水制氫系統(tǒng)正常使用；

6、所述電解水制氫系統(tǒng)包括堿液電解槽與電解用水供給系統(tǒng)，堿液電解槽由多個(gè)電解小室、堿液通道、氧氣通道和氫氣通道組合而成，每個(gè)電解小室又由電極板包括雙極板和催化劑和隔膜組成，這些電解小室以串聯(lián)的方式連接，每個(gè)電極板的兩面分屬不同電解小室，電解用水供給系統(tǒng)用于為堿液電解槽提供電解水；

7、所述反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括電流檢測模塊、單片機(jī)控制器、流量傳感器、流量控制閥、多路開關(guān)，電流檢測模塊用于對(duì)供電電路中的電流大小進(jìn)行檢測，單片機(jī)控制器用于根據(jù)電流檢測模塊檢測的電解電路中電流的大小控制流量控制閥的流量；

8、所述氣液分離干燥提純系統(tǒng)包括氣液分離干燥提純裝置、儲(chǔ)氫罐、儲(chǔ)水罐、堿液循環(huán)系統(tǒng)，氣液分離干燥提純裝置用于對(duì)電解水制氫系統(tǒng)制好的氫氣與氧氣進(jìn)行分離、干燥和提純，儲(chǔ)氫罐用于儲(chǔ)存干燥提純后的氫氣，儲(chǔ)水罐用于儲(chǔ)存氣液分離干燥時(shí)產(chǎn)生的堿液，堿液循環(huán)系統(tǒng)用于對(duì)儲(chǔ)水罐內(nèi)的堿液進(jìn)行處理并循環(huán)輸送到電解水制氫系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行重復(fù)使用。

9、優(yōu)選的，光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)互補(bǔ)協(xié)同對(duì)電解水制氫系統(tǒng)提供電力，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合輸出的電力大于電解水制氫系統(tǒng)電解時(shí)所需的電力時(shí)，多余的電力為儲(chǔ)能電池進(jìn)行充電，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合輸出的電力小于電解水制氫系統(tǒng)電解時(shí)所需的電力時(shí)，儲(chǔ)能電池放電填補(bǔ)功率缺額。

10、優(yōu)選的，電解用水供給系統(tǒng)包括供水裝置、主輸送管路、支管路，主輸送管路與供水裝置的出水端連接，支管路設(shè)有多組且與主輸送管路的出水端連接。

11、優(yōu)選的，流量控制閥設(shè)有多組，且分別安裝在支管路上。

12、優(yōu)選的，多組支管路分別單獨(dú)與電解小室連接。

13、優(yōu)選的，堿液通道、氧氣通道和氫氣通道和所有電解小室均連通。

14、優(yōu)選的，堿液電解槽采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的koh溶液作為電解質(zhì)。

15、優(yōu)選的，電流檢測模塊、單片機(jī)控制器、流量控制閥與流量傳感器之間通過導(dǎo)線連接。

16、優(yōu)選的，流量傳感器安裝在支管路上用于實(shí)時(shí)監(jiān)測電解液的供給流量，確保流量在設(shè)定范圍內(nèi)。

17、優(yōu)選的，制氫變流器包括boost升壓板、母線板、控制板，制氫變流器用于將光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出的電壓通過boost升壓板升壓至母線板，母線板上安裝一定數(shù)量的電容可以起到穩(wěn)壓的作用，當(dāng)母線電壓達(dá)到直流電網(wǎng)所需的電壓后，控制板控制繼電器吸合并網(wǎng)，控制板負(fù)責(zé)控制變流器升壓、吸合繼電器并網(wǎng)以及調(diào)節(jié)并網(wǎng)后的功率。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、1、通過在光伏發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)置風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行輔助互補(bǔ)，光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以互補(bǔ)協(xié)同對(duì)電解水制氫系統(tǒng)提供電力，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合輸出的電力大于電解水制氫系統(tǒng)電解時(shí)所需的電力時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以直接為電解水制氫系統(tǒng)進(jìn)行供電進(jìn)行電解，多余的電力可以為儲(chǔ)能電池進(jìn)行充電，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合輸出的電力小于電解水制氫系統(tǒng)電解時(shí)所需的電力時(shí)，儲(chǔ)能電池放電填補(bǔ)功率缺額，可以有效改善清潔能源供電不穩(wěn)定的問題，可以有效減小電壓波動(dòng)，可以有效協(xié)調(diào)控制電壓的輸出穩(wěn)定性，使得電解水制氫可以穩(wěn)定進(jìn)行。

20、2、堿液電解槽由多個(gè)電解小室組成，這些電解小室以串聯(lián)的方式連接，具體使用時(shí)，反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過電流檢測模塊對(duì)供電電路中的電流大小進(jìn)行檢測，單片機(jī)控制器對(duì)檢測的電流數(shù)值進(jìn)行分析處理，然后可以根據(jù)電路中電壓和電流的大小控制多路開關(guān)選擇性的開啟一定數(shù)量的電解小室，可以避免空載或者負(fù)載的情況發(fā)生，多路開關(guān)選擇性的開啟一定數(shù)量的電解小室后，單片機(jī)控制器還可以根據(jù)電路中電流和電壓的波動(dòng)微調(diào)流量控制閥，通過流量傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測電解液的供給流量，確保流量在設(shè)定范圍內(nèi)，可以對(duì)電解液通過支管路進(jìn)入相應(yīng)電解小室的流量進(jìn)行微調(diào)，使得電解水制氫更加穩(wěn)定，制氫效率高，通過氣液分離干燥提純裝置可以對(duì)電解水制氫系統(tǒng)制好的氫氣與氧氣進(jìn)行分離、干燥和提純，通過儲(chǔ)氫罐可以儲(chǔ)存干燥提純后的氫氣，儲(chǔ)水罐可以儲(chǔ)存氣液分離干燥時(shí)產(chǎn)生的堿液，通過堿液循環(huán)系統(tǒng)可以對(duì)儲(chǔ)水罐內(nèi)的堿液進(jìn)行處理并循環(huán)輸送到電解水制氫系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行重復(fù)使用。

21、3、通過系統(tǒng)能量管理單元可以實(shí)時(shí)采集各系統(tǒng)和模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并根據(jù)制定的在線能量調(diào)控策略，向各系統(tǒng)和模塊下達(dá)實(shí)時(shí)能量調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率平衡，提升風(fēng)光利用率，通過mppt控制器可以調(diào)節(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使光伏發(fā)電系統(tǒng)上的光伏板能夠輸出更多電能，能夠確保風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同風(fēng)速下始終以最佳速度運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)最大的發(fā)電效率，并可以將光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所轉(zhuǎn)化的電貯存到儲(chǔ)能電池中，通過制氫變流器可以對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供的電壓進(jìn)行升壓穩(wěn)壓，以便電解水制氫系統(tǒng)正常使用。

技術(shù)特征：

1.基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，其特征在于：包括光伏發(fā)電系統(tǒng)(1)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)、能量管理控制模塊(3)、電解水制氫系統(tǒng)(4)、反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)(5)與氣液分離干燥提純系統(tǒng)(6)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，其特征在于：光伏發(fā)電系統(tǒng)(1)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)互補(bǔ)協(xié)同對(duì)電解水制氫系統(tǒng)(4)提供電力，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)(1)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)聯(lián)合輸出的電力大于電解水制氫系統(tǒng)(4)電解時(shí)所需的電力時(shí)，多余的電力為儲(chǔ)能電池進(jìn)行充電，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)(1)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)聯(lián)合輸出的電力小于電解水制氫系統(tǒng)(4)電解時(shí)所需的電力時(shí)，儲(chǔ)能電池放電填補(bǔ)功率缺額。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，其特征在于：電解用水供給系統(tǒng)包括供水裝置、主輸送管路、支管路，主輸送管路與供水裝置的出水端連接，支管路設(shè)有多組且與主輸送管路的出水端連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，其特征在于：流量控制閥設(shè)有多組，且分別安裝在支管路上。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，其特征在于：多組支管路分別單獨(dú)與電解小室連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，其特征在于：堿液通道、氧氣通道和氫氣通道和所有電解小室均連通。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，其特征在于：堿液電解槽采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的koh溶液作為電解質(zhì)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，其特征在于：電流檢測模塊、單片機(jī)控制器、流量控制閥與流量傳感器之間通過導(dǎo)線連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，其特征在于：流量傳感器安裝在支管路上用于實(shí)時(shí)監(jiān)測電解液的供給流量，確保流量在設(shè)定范圍內(nèi)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，其特征在于：制氫變流器包括boost升壓板、母線板、控制板，制氫變流器用于將光伏發(fā)電系統(tǒng)(1)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(2)輸出的電壓通過boost升壓板升壓至母線板，母線板上安裝一定數(shù)量的電容可以起到穩(wěn)壓的作用，當(dāng)母線電壓達(dá)到直流電網(wǎng)所需的電壓后，控制板控制繼電器吸合并網(wǎng)，控制板負(fù)責(zé)控制變流器升壓、吸合繼電器并網(wǎng)以及調(diào)節(jié)并網(wǎng)后的功率。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電解制氫技術(shù)領(lǐng)域，尤其為基于光伏供電的電解液變流量調(diào)控方法，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、能量管理控制模塊、電解水制氫系統(tǒng)、反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)與氣液分離干燥提純系統(tǒng)，通過流量傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測電解液的供給流量，確保流量在設(shè)定范圍內(nèi)，可以對(duì)電解液通過支管路進(jìn)入相應(yīng)電解小室的流量進(jìn)行微調(diào)，使得電解水制氫更加穩(wěn)定，制氫效率高，通過氣液分離干燥提純裝置可以對(duì)電解水制氫系統(tǒng)制好的氫氣與氧氣進(jìn)行分離、干燥和提純，通過儲(chǔ)氫罐可以儲(chǔ)存干燥提純后的氫氣，儲(chǔ)水罐可以儲(chǔ)存氣液分離干燥時(shí)產(chǎn)生的堿液，通過堿液循環(huán)系統(tǒng)可以對(duì)儲(chǔ)水罐內(nèi)的堿液進(jìn)行處理并循環(huán)輸送到電解水制氫系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行重復(fù)使用。

技術(shù)研發(fā)人員：趙萌,段亞寧,賈子樂,蘭興博,李鵬飛,王瑜彤,任彥霖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15