一种集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统及工作方法技术方案

本发明专利技术涉及可再生能源装置技术领域，具体涉及一种集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，包括箱体，所述箱体外设有风能发电单元和光伏发电单元、直流母线；电源转换器，设于所述箱体内，所述风能发电单元和光伏发电单元通过所述直流母线与电源转换器连接，所述电源转换器与辅助设备和电负荷、储能电池、电解槽连接，所述储能电池与换热器A和储热罐连接，所述电源转换器转换的电能一部分为所述辅助设备和电负荷提供电力，该集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统可以解耦可再生能源产电、产氢、产热过程，系统的电热氢综合供给灵活度高，可再生能源发电与电热氢负荷匹配性好，能源消纳率和能量转化率高，且不同品位热负荷供给适应性好。应性好。应性好。

【技术实现步骤摘要】
一种集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及可再生能源装置
，具体涉及一种集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统及工作方法。

技术介绍

[0002]为了应对全球日益严峻的气候变暖问题，世界各国都提出了节能减排的政策措施，我国在大力推动能源结构调整，减少化石能源使用量，提高化石能源利用热效率，提高可再生能源在一次能源中的消耗占比，目前最受关注的可再生能源是风能和太阳能，我国在风能和太阳能利用领域已经处于世界领先地位。
[0003]我国大陆和海域面积辽阔，在“三北”地区和沿海地区分布着十分丰富的风能和太阳能资源，根据气象部门的评估显示，我国陆地70 米高度的风能可开发量为50亿千瓦，陆地太阳能资源理论储量为 1.86万亿千瓦，预计到2030年，我国风电和太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。
[0004]在可再生能源利用中，存在诸多技术难点：一、由于风能和太阳能资源的不确定性，可再生能源发电和用户负载无法匹配；二、风能和太阳能资源的不确定性导致产电的波动性较大，难以并网，从而造成大量的弃风弃光现象；三、风光发电系统能量管理难度高，能量转化利用率较低；四、风光互补发电系统可以提供满足需求的电能供应和氢能供应，但靠系统中各部件工作散热仅能满足低品位(低于 100℃)热量供应，目前缺乏满足更高品位(高于100℃)热需求的技术。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术主要针对现有技术中风能、太阳能等可再生能源利用过程中所面临的发电和用户负载难以匹配、系统能量利用率低及无法满足高热负荷要求等技术难点，从而提供一种集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统及工作方法，将可再生能源转化为电热氢多种能源形式予以利用，并将多余的能源储存起来，该系统负荷匹配性好，能源消纳率高，不同品位热负荷供给灵活度高、电热氢生产解耦性强。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，包括：箱体，箱体外设有风能发电单元和光伏发电单元、以及直流母线；电源转换器，设于箱体内，风能发电单元和光伏发电单元通过直流母线与电源转换器连接，电源转换器与辅助设备和电负荷、储能电池、电解槽连接，储能电池与换热器A和储热罐连接，电源转换器转换的电能一部分为辅助设备和电负荷提供电力，另一部分储存于储能电池内，储能电池中的热量通过循环冷却A 带入换热器A中，通过换热后热量被带走，再进入换热器B中进一步换热；水处理单元与电解槽连接，电源转换器剩余部分的电能为电解槽提供电力，经电解槽电解后水产生氢气和氧气，并释放大量热量，电解槽与储氢罐和储氧罐连接，氢气进入储氢罐内储存，氧气进入储氧罐内储存，电解槽热量被循环冷却B带入换热器B中，通过换热后热量被低温水带走，再进入催化燃烧器内进一步换热，提升供热品位；储氢罐与燃料电池
连接，储氢罐内的一部分氢气进入燃料电池内发生电化学反应产生电能，同时产生热量，产生的电能通过电源转换器回供至直流母线内，燃料电池产生的尾气进入催化燃烧器内燃烧，释放尾气中残余氢气的热量，燃料电池产生的热量通过循环冷却C带入换热器C中，通过换热后热量被低温水带走，低温水再进入催化燃烧器内进一步换热，提升其热品位；当需要更高品位的热负荷时，将从储氢罐中直接通入一部分氢气到催化燃烧器中进行燃烧放热，催化燃烧器中氢气燃烧释放的热量被从换热器B和换热器C中流入的初步换热低温水带走，并最终储存在储热罐中，储热罐与热负荷连接。
[0007]进一步地，电源转化器为四个，四个电源转换器分别与辅助设备和电负荷、储能电池、电解槽、以及燃料电池连接。
[0008]进一步地，还包括控制柜，控制柜设于箱体内，控制柜与风能发电单元和光伏发电单元、水处理单元、电解槽、储氢罐、燃料电池、催化燃烧器、储热罐、储能电池、辅助设备、换热器A、换热器B、换热器C、电负荷、热负荷、以及储氧罐连接。
[0009]进一步地，风能发电单元、光伏发电单元、电解槽、燃料电池、储能电池、辅助设备以及电负荷通过电线相连。
[0010]进一步地，水处理单元、电解槽、储氢罐、燃料电池、催化燃烧器、储热罐、换热器A、换热器B、换热器C、热负荷以及储氧罐通过管道相连。
[0011]进一步地，换热器A、换热器B、换热器C、以及催化燃烧器通过管道串并联连接。
[0012]进一步地，辅助设备包括风机、水泵、电动阀。
[0013]进一步地，风能发电单元为风能发电机，光伏发电单元为光伏发电机。
[0014]进一步地，储氢罐为高压储氢罐，储氧罐为高压储氧罐。
[0015]本专利技术还提供了一种采用集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0016]风能发电单元和光伏发电单元与直流母线连接，直流母线与设于箱体内的电源转换器连接，风能发电单元和光伏发电单元通过直流母线与设于箱体内的电源转换器连接，电源转换器与辅助设备和电负荷、储能电池、电解槽连接，储能电池通过换热器A与储热罐进行换热，电源转换器转换的电能一部分为辅助设备和电负荷提供电力，另一部分储存于储能电池内；水处理单元与电解槽连接，电源转换器剩余部分的电能为电解槽提供电电力，经电解槽电解后水产生氢气、氧气、以及热量，氢气进入储氢罐内储存，氧气进入储氧罐内储存，热量通过循环冷却B进入换热器B中换热后被带走；储氢罐内的一部分氢气进入燃料电池内发生电化学反应产生电能，产生的电能通过电源转换器回供至直流母线内，燃料电池产生的尾气进入催化燃烧器内燃烧，并释放尾气中残余氢气的热量，燃料电池释放的热量通过循环冷却C进入换热器C后被带走，再进入催化燃烧器内，循环冷却D将换热器A、换热器B、换热器C以及催化燃烧器中的热量带入储热罐，储热罐与热负荷连接；
[0017]按照可再生能源发电量与用户侧电负荷需求的大小，系统的运行模式可以分为两种，模式一：当可再生能源发电量大于用户侧电负荷需求时，燃料电池停止运行，多余的电量将首先给储能电池充电，保证储能电池处于满状态，当储能电池充满电后，多余的电量用于电解槽电解制氢，生成的氢气储存于高压储氢罐中；如果此时系统中供热品位低于热负荷需求，高压储氢罐中的氢气将通入催化燃烧器燃烧释热来提高供热品位；模式二：当可再生能源发电量小于用户侧电负荷需求时，电解槽停止工作，燃料电池利用储氢罐中的氢气
产生电能，产生的电能回供至直流母线，用于用户电负荷以及系统辅助设备用电需求，也可以给储能电池充电，燃料电池尾气通入催化燃烧器,充分释放尾气中氢气的热量，同样的，当现有的供热品位不能满足用户需求，将高压储氢罐的氢气直接通入催化燃烧器燃烧来提高供热品位。电解槽和燃料电池不会同时工作，储能电池可以在可再生能源波动时，支持电解槽和燃料电池的动态平滑过渡,储能电池也能给用户提供电负荷。
[0018]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0019]1.本专利技术提供的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，包括：箱体，箱体外设有风能发电单元和光伏发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，包括：箱体，箱体外设有风能发电单元(1)和光伏发电单元(2)、以及直流母线；电源转换器，设于箱体内，风能发电单元(1)和光伏发电单元(2)通过直流母线与电源转换器连接，电源转换器与辅助设备(10)和电负荷(14)、储能电池(9)、电解槽(4)连接，储能电池(9)与换热器A(11)和储热罐(8)连接，电源转换器转换的电能一部分为辅助设备(10)和电负荷(14)提供电力，另一部分储存于储能电池(9)内，储能电池(9)中的热量通过循环冷却A带入换热器A(11)中，通过换热后热量被低温水带走，低温水再进入换热器B中进一步换热；水处理单元(3)，与电解槽(4)连接，电源转换器剩余部分的电能为电解槽(4)提供电力，经电解槽(4)电解后水产生氢气和氧气，并释放大量热量，电解槽(4)与储氢罐(5)和储氧罐(16)连接，氢气进入储氢罐(5)内储存，氧气进入储氧罐(16)内储存，电解槽(4)热量被循环冷却B带入换热器B(12)中，通过换热后热量被低温水带走，低温水再进入催化燃烧器(7)内吸热，进一步提升低温水的热品位；储氢罐(5)与燃料电池(6)连接，储氢罐(5)内的一部分氢气进入燃料电池(6)内发生电化学反应产生电能，同时产生热量，产生的电能通过电源转换器回供至直流母线内，燃料电池(6)产生的尾气进入催化燃烧器(7)内燃烧，释放尾气中残余氢气的热量，燃料电池(6)产生的热量通过循环冷却C带入换热器C(13)中，通过换热后热量被低温水带走，低温水再进入催化燃烧器(7)内换热，进一步提升低温水的热品位；当需要更高热品位的热负荷时，将从储氢罐(5)中直接通入一部分氢气到催化燃烧器(7)中进行燃烧放热，催化燃烧器(7)中氢气燃烧释放的热量被从换热器B(12)和换热器C(13)中流入的初步换热低温水带走，并最终储存在储热罐(8)中，储热罐(8)与热负荷(15)连接。2.根据权利要求1的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，电源转化器为四个，四个电源转换器分别与辅助设备(10)和电负荷(14)、储能电池(9)、电解槽(4)、以及燃料电池(6)连接。3.根据权利要求3的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，还包括控制柜，控制柜设于箱体内，控制柜与风能发电单元(1)和光伏发电单元(2)、水处理单元(3)、电解槽(4)、储氢罐(5)、燃料电池(6)、催化燃烧器(7)、储热罐(8)、储能电池(9)、辅助设备(10)、换热器A(11)、换热器B(12)、换热器C(13)、电负荷(14)、热负荷(15)、以及储氧罐(16)连接。4.根据权利要求1
‑
3中任一项的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，风能发电单元(1)、光伏发电单元(2)、电解槽(4)、燃料电池(6)、储能电池(9)、辅助设备(10)以及电负荷(14)通过电线相连。5.根据权利要求4的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其特征在于，水处理单元(3)、电解槽(4)、储氢罐(5)、燃料电池(6)、催化燃烧器(7)、储热罐(8)、换热器A(11)、换热器B(12)、换热器C(13)、热负荷(15)以及储氧罐(16)通过管道相连。6.根据权利要求5的集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦江，张德明，王静贻，王紫璇，严泰森，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：