一种氢储能与抽水蓄能耦合电站系统及其工作方法与流程

1.本发明属于综合储能电站领域，涉及一种氢储能与抽水蓄能耦合电站系统及其工作方法。


背景技术：

2.我国将重点发展核电、新能源发电，同步协调发展水电，火电占比将逐渐降低；然而新能源发电具有发电量不稳定、发电用电异步等缺点，而火电在电网中承担着调峰调频、事故备用、负载备用等功能。
3.随着储能行业的大力发展，通过各种储能方法可以将电量阶段性的储存，解决了新能源发电和上网后用电异步的问题，但是目前各种储能方法自身存在着问题。目前储能方法包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能、电化学储能、氢储能、相变储热等，能实现大规模用于服务电网调峰调频的储能方法主要是抽水蓄能、电化学储能和氢储能，在较长的时间周期内抽水蓄能经济性最优但不能消纳电网过多的净电量、电化学储能应用最便捷但不适用和电网搭配调峰调频、氢储能市场广阔但系统难以持续运行。因此亟需发展可持续的新型储能系统，用于实现电网调峰调频。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种氢储能与抽水蓄能耦合电站系统及其工作方法，该系统及其工作方法能够与电网搭配调频及氢储能。
5.为达到上述目的，本发明所述的氢储能与抽水蓄能耦合电站系统包括发电站、电网、调度系统、储氢系统及抽水蓄能系统；发电站与电网连接，电网经调度系统与储氢系统及抽水蓄能系统相连接。
6.储氢系统包括电解槽、储氢装置、氢利用单元、储氧装置及氧利用单元；
7.电解槽的氢气出口与储氢装置的入口相连通，电解槽的氧气出口与储氧装置的入口相连通，储氢装置的出口与氢利用单元连接，储氧装置的出口与氧利用单元连接，调度系统与电解槽相连接。
8.抽水蓄能系统包括上水库、上调压井、变压器、发电室、下调压井及下水库；
9.上水库与上调压井连接，上调压井与发电室的进水口连接，发电室内安装发电机及电动机，发电机及电动机与变压器相连接，发电室的出水口与下调压井的入口连接，下调压井的出口与下水库连接，变压器与调度系统相连接。
10.上调压井通过高压管道与发电室的进水口连接。
11.本发明所述氢储能与抽水蓄能耦合电站系统的工作方法，包括电站储能阶段及电站发电阶段。
12.在电站储能阶段，发电站所发电量全部上网，电网将多余电能通过储氢系统及抽水蓄能系统进行消纳。
13.设q
g,in
为电网的实时输入电量，qg为电网的实时输出电量，q
p
为抽水蓄能实时用电
量，q
p,max
为抽水蓄能实时上限用电量，q
p,min
为抽水蓄能阶段下限用电量，q
p,out
为抽水蓄能实时发电量，qh为储氢系统的运行实时用电量，q
h,min
为储氢系统的运行最低用电量；
14.所述电站储能阶段包括第一子工况、第二子工况及第三子工况；
15.在第一子工况下，q
g,in
≥q
p,max
+q
h,min
，此时优先满足上水库的水位到达实时上限值，其中，调度系统将一部分q
p,max
的电量经变压器带动发电室内安装电动机正向运行，通过电动机将下水库中的低势能水传送到上水库中；调度系统将另一部分q
g,in-q
h,min
的电量输出给电解槽，电解槽产生的氢气存储到储氢装置中，储氢装置中的氢气通过氢利用单元进一步消纳，电解槽产生的氧气储到储氧装置中，储氧装置的氧气通过氧利用单元进一步消纳；
16.在第二子工况下，q
g,in
＜q
p,max
+q
h,min
且q
g,in
≥q
p,min
，储氢系统为最低产能，调度系统将一部分q
h,min
的电量传输到储氢系统中，使得储氢系统正常运行产生氢能；调度系统将另一部分q
p
的电量传送到抽水蓄能系统中，将下水库中的低势能水传送到上水库中；
17.在第三个子工况，q
g,in
＜q
p,min
，储氢系统停止工作，将电网的实时输入电量q
g,in
全部用于抽水蓄能系统进行储能。
18.在电站发电阶段，将上水库中水的重力势能通过发电室中的发电机转化为电能，再经变压器将q
p,out
＝qg+q
h,min
的电量通过调度系统进行分配，其中，电量qg用于上网满足电网的用电，q
h,min
用于储氢系统以最低产能运行。
19.本发明具有以下有益效果：
20.本发明所述的氢储能与抽水蓄能耦合电站系统及方法在具体操作时，通过抽水蓄能系统进行储能并实现电网调峰调频功能，将系统净发电量最终转化为氢能后通过市场消纳，在对电网发电或者系统在储能时，储氢系统一直持续运行，两个子系统耦合弥补各子系统单独运行的缺点。需要说明的是，本发明结合新能源发电及配合电网调度，可以逐步完全替代传统火电调峰调频、事故备用、负载备用的功能，同时为市场提供稳定氢能源。
附图说明
21.图1为本发明的结构示意图。
22.其中，1为发电站、2为电网、3为调度系统、4为储氢系统、4-1为电解槽、4-2为储氢装置、4-3为氢利用单元、4-4为储氧装置、4-5为氧利用单元、5为抽水蓄能系统、5-1为上水库、5-2为上调压井、5-3为变压器、5-4为发电室、5-5为下调压井、5-6为下水库。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
24.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的
各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
25.参考图1，本发明所述的氢储能与抽水蓄能耦合电站系统包括发电站1、电网2、调度系统3、储氢系统4及抽水蓄能系统5；储氢系统4包括电解槽4-1、储氢装置4-2、氢利用单元4-3、储氧装置4-4及氧利用单元4-5；抽水蓄能系统5包括上水库5-1、上调压井5-2、变压器5-3、发电室5-4、下调压井5-5及下水库5-6；
26.发电站1与电网2连接，电网2经调度系统3与电解槽4-1及变压器5-3相连接，电解槽4-1的氢气出口与储氢装置4-2的入口相连通，电解槽4-1的氧气出口与储氧装置4-4的入口相连通，储氢装置4-2的出口与氢利用单元4-3连接，储氧装置4-4的出口与氧利用单元4-5连接；
27.抽水蓄能系统5中，上水库5-1与上调压井5-2连接，上调压井5-2通过高压管道与发电室5-4的进水口连接，发电室5-4内安装发电机及电动机装置，发电机及电动机与变压器5-3相连接，发电室5-4的出水口与下调压井5-5的入口连接，下调压井5-5的出口与下水库5-6连接。
28.本发明中电网2的阶段净发电量为正值。
29.设q
g,in
为电网2的实时输入电量、qg为电网2的实时输出电量、q
p
为抽水蓄能实时用电量、q
p,max
为抽水蓄能实时上限用电量、q
p,min
为抽水蓄能阶段下限用电量、q
p,out
为抽水蓄能实时发电量、qh为储氢系统4的运行实时用电量、q
h,min
为储氢系统4的运行最低用电量。
30.参考图1，本发明所述的氢储能+抽水蓄能耦合电站运行方法分为两种运行工况，工况一：电站储能阶段，工况二：电站发电阶段，具体包括以下步骤：
31.工况一：发电站1所发电量全部上网后，电网2不能消纳全部电量，则将多余电能传输到储能电站，该工况下分为第一子工况、第二子工况及第三子工况。
32.在第一子工况下，q
g,in
≥q
p,max
+q
h,min
，此时优先满足上水库5-1的水位到达实时上限值，其中，调度系统3将一部分q
p,max
的电量经变压器5-3带动发电室5-4内安装电动机正向运行，通过电动机将下水库5-6中的低势能水传送到上水库5-1中；调度系统3将另一部分q
g,in-q
h,min
的电量输出给电解槽4-1，电解槽4-1产生的氢气存储到储氢装置4-2中，储氢装置4-2中的氢气通过氢利用单元4-3进一步消纳，电解槽4-1产生的氧气储到储氧装置4-4中，储氧装置4-4的氧气通过氧利用单元4-5进一步消纳；
33.在第二子工况下，q
g,in
＜q
p,max
+q
h,min
且q
g,in
≥q
p,min
，储氢系统4为最低产能，调度系统3将一部分q
h,min
的电量传输到储氢系统4中，使得储氢系统4正常运行产生氢能；调度系统3将另一部分q
p
的电量传送到抽水蓄能系统5中，将下水库5-6中的低势能水传送到上水库5-1中；
34.在第三个子工况，q
g,in
＜q
p,min
，储氢系统4停止工作，将电网2的实时输入电量q
g,in
全部用于抽水蓄能系统5进行储能。
35.工况二：将上水库5-1中水的重力势能通过发电室5-4中发电机的转化为电能，变压器5-3进一步工作，将q
p,out
＝qg+q
h,min
的电量通过调度系统3分配，其中，电量qg用于上网满足电网2的用电，q
h,min
用于储氢系统4以最低产能运行。
36.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步
详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。