一种兆瓦级电站及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种兆瓦级电站及其控制方法。该兆瓦级电站包括：制氢单元、储氢单元、发电单元以及水热单元。其中，制氢单元，用于制氢，包括输入电调理子单元、输入水调理子单元、电解槽子单元以及氢气纯化子单元。储氢单元包括第一氢气调理子单元以及气体存储子单元。发电单元，用于氢发电，包括第二氢气调理子单元、燃料电池子单元以及输出电调理子单元，其中，燃料电池子单元由多堆串并联的燃料电池组组成。水热单元包括热交换子单元以及储热供热子单元。本发明专利技术提供的兆瓦级电站能够实现电‑氢‑电的能量循环，以及电网削峰填谷、可再生能源长时消纳、热电联供等功能。

【技术实现步骤摘要】
一种兆瓦级电站及其控制方法
本专利技术涉及发电领域，特别是涉及一种兆瓦级电站及其控制方法。
技术介绍
随着社会的发展，电能的需求不断增长，电网容量不断扩大，电网峰谷差日趋严重，如何实现电网的调峰成为目前亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种兆瓦级电站及其控制方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种兆瓦级电站，包括：制氢单元，包括：输入电调理子单元、输入水调理子单元、电解槽子单元以及氢气纯化子单元；所述输入电调理子单元，用于对输入制氢单元的电能进行调理，输出端与所述电解槽子单元电连接；所述输入水调理子单元的输入端为自来水接口，输出端与所述电解槽子单元相连；所述电解槽子单元，由多槽串并联的质子交换膜组成，输出端与所述氢气纯化子单元相连；其中，所述输入电调理子单元的电能来源为电网的低谷电；储氢单元，包括：第一氢气调理子单元以及气体存储子单元；所述第一氢气调理子单元的输入端与电解槽相连，输出端与所述气体存储子单元；发电单元，包括：第二氢气调理子单元、燃料电池子单元以及输出电调理子单元；所述第二氢气调理子单元的输入端与所述气体存储子单元相连，输出端与所述燃料电池子单元相连；所述燃料电池子单元，由多堆串并联的燃料电池组组成；所述输出电调理子单元的输入端与所述燃料电池子单元电连接，输出端与电网相连；水热单元，包括：热交换子单元以及储热供热子单元；所述热交换子单元用于为所述制氢单元降温；所述储热供热子单元用于存储及利用所述热交换子单元获取的热量。可选的，所述输入电调理子单元的电能来源还包括可再生能源。可选的，所述输入电调理子单元包括AC/DC整流设备以及变压器；所述AC/DC整流设备用于将电网输入的交流电变换为直流电，所述变压器用于对所述直流电降压。可选的，所述输入水调理子单元包括：纯水装置和原料水箱，所述纯水装置用于对所述原料水箱中的水进行纯化。可选的，所述氢气纯化子单元包括氢氧分离器以及气体冷却器，所述氢氧分离器用于将所述电解槽子单元电解出的氢气与氧气分离，所述气体冷却器用于冷却氢气与氧气。可选的，所述第一氢气调理子单元包括气水分离器、脱氧器、干燥器、中压缓冲罐以及氢气压缩机，所述气水分离器用于将所述氢气纯化子单元输出的氢气中的水分分离出去，所述脱氧器用于除去氢气中的氧气，所述干燥器用于对所述氢气进行干燥，所述氢气压缩机用于对氢气进行压缩，所述中压缓冲罐以及氢气压缩机用于对氢气进行压缩。可选的，所述第二氢气调理子单元包括氢气减压阀组、氢气回流风机以及空气压缩机，氢气依次经氢气减压阀组和氢气回流风机进入所述燃料电池子单元。可选的，所述输出电调理子单元包括AC/DC转换器和升压变，所述AC/DC转换器用于将所述燃料电池子单元输出的直流电变换为交流电，所述升压变用于对所述交流电升压，所述燃料电池子单元输出的电能经所述AC/DC转换器和所述升压变后并网。可选的，所述热交换子单元为水冷式散热系统，所述储热供热子单元包括储热水箱和供热泵，所述热交换子单元中的部分热水存储于所述储热水箱中，以供生活用热水及暖气设施用热水。本专利技术还提供了一种兆瓦级电站的控制方法，该控制方法应用于本专利技术所提供的兆瓦级电站，所述控制方法包括：当气体存储子单元中的氢气压力处于设定范围时，或氢气压缩机启动按钮启动时，控制氢气压缩机启动；当气体存储子单元中的氢气压力不处于设定范围时，或氢气压缩机关闭按钮按下时，控制氢气压缩机关闭；当热交换子单元中循环泵启动按钮启动时，或电解启动时，控制循环泵开启；当输入电调理子单元中的AC/DC整流设备停机且电解槽的温度小于设定值时，或循环泵停止按钮按下时，控制循环泵关闭；当制氢单元中的水箱液位低于第一设定值时，或水箱补水按钮启动时，控制原料补水电磁阀开启；当水箱液位高于第二设定值时，或水箱补水关闭按钮按下时，控制原料补水电磁阀关闭；当任一燃料电池循环水出口的温度大于预设温度时，控制发电单元停机；当任一燃料电池的氢气与空气压力差大于预设压差时，控制发电单元停机；当任一燃料电池的电池电压低于预设电压值时，控制发电单元停机；当发电单元氢气总入口压力大于第一预设压力值时，控制发电单元停机；当发电单元氢气总入口压力低于第二预设压力值时，控制发电单元停机；当发电单元氢气浓度高于设定浓度值时，控制发电单元停机；当燃料电池集水罐液位大于设定阈值时，控制发电单元停机；当发电单元的电流大于设定电流值时，控制发电单元停机；当逆变器故障时，控制发电单元停机。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的兆瓦级电站采用低谷电或可再生电源供电，采用质子交换膜电解槽实现电解水制氢，采用质子交换膜燃料电池实现氢发电，并最终并网。电站整站实现电-氢-电的能量循环，实现电网削峰填谷、可再生能源长时消纳、热电联供等功能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的兆瓦级电站的的模块化结构框图；图2为本专利技术实施例中制氢单元的模块化结构示意图；图3为本专利技术实施例中储氢单元的模块化结构示意图；图4为本专利技术实施例中发电单元的模块化结构示意图；图5为本专利技术实施例中水热单元的模块化结构示意图；图6为本专利技术实施例中制氢单元与储氢单元的具体结构示意图；图7为本专利技术实施例中发电单元的具体结构示意图；图8为本专利技术实施例中热交换子单元的具体结构示意图；图9为本专利技术实施例中储热供热子单元的具体结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本实施例提供的兆瓦级电站包括：制氢单元1、储氢单元2、发电单元3以及水热单元4。上述四个单元的具体介绍如下：1)制氢单元1：用于将原料水电解成氢气和氧气，参见图1，由输入电调理子单元11、输入水调理子单元12、电解槽子单元13、氢气纯化子单元14四个子单元组成。输入电调理子单元11的输入端与电网连接，输出端与电解槽子单元13电连接；输入水调理子单元12的输入端为自来水接口，输出端与电解槽子单元13相连；电解槽子单元13的输出端与氢气纯化子单元14相连。具体如下：输入电调理子单元11：由AC/DC整流设备11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兆瓦级电站，其特征在于，包括：/n制氢单元，包括：输入电调理子单元、输入水调理子单元、电解槽子单元以及氢气纯化子单元；所述输入电调理子单元，用于对输入制氢单元的电能进行调理，输出端与所述电解槽子单元电连接；所述输入水调理子单元的输入端为自来水接口，输出端与所述电解槽子单元相连；所述电解槽子单元，由多槽串并联的质子交换膜组成，输出端与所述氢气纯化子单元相连；其中，所述输入电调理子单元的电能来源为电网的低谷电；/n储氢单元，包括：第一氢气调理子单元以及气体存储子单元；所述第一氢气调理子单元的输入端与电解槽相连，输出端与所述气体存储子单元；/n发电单元，包括：第二氢气调理子单元、燃料电池子单元以及输出电调理子单元；所述第二氢气调理子单元的输入端与所述气体存储子单元相连，输出端与所述燃料电池子单元相连；所述燃料电池子单元，由多堆串并联的燃料电池组组成；所述输出电调理子单元的输入端与所述燃料电池子单元电连接，输出端与电网相连；/n水热单元，包括：热交换子单元以及储热供热子单元；所述热交换子单元用于为所述制氢单元降温；所述储热供热子单元用于存储及利用所述热交换子单元获取的热量。/n

【技术特征摘要】
1.一种兆瓦级电站，其特征在于，包括：
制氢单元，包括：输入电调理子单元、输入水调理子单元、电解槽子单元以及氢气纯化子单元；所述输入电调理子单元，用于对输入制氢单元的电能进行调理，输出端与所述电解槽子单元电连接；所述输入水调理子单元的输入端为自来水接口，输出端与所述电解槽子单元相连；所述电解槽子单元，由多槽串并联的质子交换膜组成，输出端与所述氢气纯化子单元相连；其中，所述输入电调理子单元的电能来源为电网的低谷电；
储氢单元，包括：第一氢气调理子单元以及气体存储子单元；所述第一氢气调理子单元的输入端与电解槽相连，输出端与所述气体存储子单元；
发电单元，包括：第二氢气调理子单元、燃料电池子单元以及输出电调理子单元；所述第二氢气调理子单元的输入端与所述气体存储子单元相连，输出端与所述燃料电池子单元相连；所述燃料电池子单元，由多堆串并联的燃料电池组组成；所述输出电调理子单元的输入端与所述燃料电池子单元电连接，输出端与电网相连；
水热单元，包括：热交换子单元以及储热供热子单元；所述热交换子单元用于为所述制氢单元降温；所述储热供热子单元用于存储及利用所述热交换子单元获取的热量。


2.根据权利要求1所述的兆瓦级电站，其特征在于，所述输入电调理子单元的电能来源还包括可再生能源。


3.根据权利要求1所述的兆瓦级电站，其特征在于，所述输入电调理子单元包括AC/DC整流设备以及变压器；所述AC/DC整流设备用于将电网输入的交流电变换为直流电，所述变压器用于对所述直流电降压。


4.根据权利要求1所述的兆瓦级电站，其特征在于，所述输入水调理子单元包括：纯水装置和原料水箱，所述纯水装置用于对所述原料水箱中的水进行纯化。


5.根据权利要求1所述的兆瓦级电站，其特征在于，所述氢气纯化子单元包括氢氧分离器以及气体冷却器，所述氢氧分离器用于将所述电解槽子单元电解出的氢气与氧气分离，所述气体冷却器用于冷却氢气与氧气。


6.根据权利要求1所述的兆瓦级电站，其特征在于，所述第一氢气调理子单元包括气水分离器、脱氧器、干燥器、中压缓冲罐以及氢气压缩机，所述气水分离器用于将所述氢气纯化子单元输出的氢气中的水分分离出去，所述脱氧器用于除去氢气中的氧气，所述干燥器用于对所述氢气进行干燥，所述氢气压缩机用于对氢气进行压缩，所述中...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕越，潘东，程登峰，曹志煌，陈庆涛，王缔，缪春辉，陈剑，陈国宏，赵骞，方振邦，张洁，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，国网安徽省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34