本项技术披露了一种创新的风电制氢系统及其高效运行策略,属于氢能源技术领域。该系统由分散式风电单元、混合电解槽阵列、储能单元以及交流电网组成。其中,分散式风电单元通过风电汇集母线与交流电网相连,实现电能的有效转换与利用。
背景技术
在构建以新能源为主体的新型电力系统背景下,利用风力发电等可再生能源用于制取“绿氢”可实现清洁能源的高效利用。其中,分散式风电具有可多点接入、就地消纳、缓解负荷中心用电紧张的优点,因地制宜的将分散式风电转化为易于规模化存储、多样化利用的氢能,助力实现“双碳”目标。在分散式风电制氢系统应用中,单一类型的电解槽很难适应多时间尺度下的风电随机波动带来的影响。因此,结合碱性电解槽AEL以及质子交换膜电解槽PEMEL的运行特性,构建混合电解槽阵列是保证系统在波动风速下稳定运行的有效措施。此外,对混合电解槽系统加以灵活的轮换控制策略,可以平衡各电解槽单体的使用损耗,进一步提高电解槽阵列的整体使用寿命。基于何种方法制定合理的运行策略增强分散式风电制氢系统稳定运行能力,实现混合电解槽功率合理分配成为当下风电制氢领域融合发展的重点研究方向之一。
目前的风电制氢系统控制策略主要聚焦于各模块与电解槽之间的能量管理调度,鲜有对多电解槽阵列组合协调运行的研究。现有的大部分电解槽阵列均由单一电解槽组成,针对单一的AEL制氢存在动态响应能力差以及单一的PEM电解槽制氢前期投资成本高、运维成本高的问题,部分研究聚焦考虑不同电解槽运行特性因素,将质子交换膜电解槽和碱性电解槽相组合替代单类型电解槽的制氢系统,提出ALK-PEM电解制氢系统容量优化模型,改善制氢系统经济效益,但对混合电解槽控制策略设计不够全面。部分研究提出的混合制氢发电系统能够提升制氢系统与波动电源适配能力以及经济性,通过功率分配策略,有效保证电解槽阵列间的状态一致性,虽然可以实现波动功率时间均分,但电解槽均会在不同状态之间切换,影响系统能量利用率。综合考虑以上研究,大多是将电解槽阵列整体作为一种储能系统,只考虑运行时间上的均分,其目的还是友好并网,对单体的运行状态、功率分配考虑不完善,导致电解槽在不同运行状态之间切换,影响系统制氢效率。
实现思路