一种海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统

本发明涉及海上风电，具体而言，尤其涉及一种海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统。

背景技术：

1、氢气被认为是确保能源安全和脱碳的理想载体。根据制氢过程的碳排放强度，氢气分为灰氢(化石能源制氢)、蓝氢(化石能源制氢+ccus，工业副产氢)和绿氢(可再生能源电解水制氢)。由于制灰氢技术成熟度高且成本低，而电解水制氢成本较高，因此目前制得的氢气以灰氢为主，蓝氢次之，绿氢最少。制灰氢和蓝氢碳排放强度较高，而基于可再生能源电解水制氢是碳排放最低的制氢方法。

2、海上风能是海洋可再生能源之一，近年来风电装机容量迅速增长，但仍有几个因素阻碍其发展。一是风力发电具有随机性和波动性，风电并网对电网的安全稳定运行提出挑战。二是深远海距离沿海高用电负荷区较远，输电成本高。

3、氢气的存储有三种形式：压缩气态存储、低温液氢存储和固态存储。低温液氢存储和固态存储能量密度高，但是能耗大，充放气氢效率低，适合小规模储氢。而压缩气态储氢充放氢迅速，适合大规模储氢，但是储氢密度较低、安全性较差。

技术实现思路

1、根据上述提出制灰氢和蓝氢碳排放强度高、电解水制绿氢成本高、海上风电具有随机性和波动性、深远海输电成本高以及传统压缩气态储氢密度低安全性差的技术问题，而提供一种海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统。海上风电制氢既可以利用氢能储存电能以平抑海上风电输出的波动性，解决深远海电力输送成本高的问题，还可以利用海上风电较低的度电成本提高电解水制绿氢的收益；将氢气以高压气态形式存储在水下，利用深水静水压特性可以提高储氢密度，水下环境可以提高储氢安全性；为氢气用户提供低成本、长期稳定的绿氢。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统，包括风力发电机组、制氢平台、水下储氢单元和输氢单元；

4、所述风力发电机组包括一台或多台风力发电机；

5、所述制氢平台包括电力调控模块、海水淡化模块、电解池、压缩模块和浮式平台；

6、所述电力调控模块、所述海水淡化模块、所述电解池和所述压缩模块均安装于所述浮式平台上；

7、所述电力调控模块分别与所述风力发电机、所述电解池、所述海水淡化模块和所述压缩模块电连接；所述电力调控模块用于平滑所述风力发电机的功率输出并控制电力分配给所述风力发电机、所述电解池、所述海水淡化模块和所述压缩模块；

8、所述海水淡化模块与所述电解池相连通，所述海水淡化模块用于将海水淡化为纯水并输送至所述电解池；所述电解池用于通过电解纯水反应产生氢气，所述电解池与所述压缩模块相连通，所述压缩模块用于将所述电解池产生的氢气加压后输送入至所述水下储氢单元进行存储；所述水下储氢单元与所述输氢单元相连通，用于将氢气通过所述输氢单元运送给氢气用户。

9、进一步地，所述水下储氢单元为水下人造储气罐或海底地质洞穴储氢库。

10、进一步地，所述输氢单元为运氢船或水下输氢管网。

11、进一步地，所述风力发电机通过输电线缆ⅰ与所述电力调控模块电连接；所述电力调控模块分别通过输电线缆ⅲ、输电线缆ⅳ和输电线缆ⅱ与所述电解池、所述海水淡化模块和所述压缩模块电连接；所述电解池通过输氢管道ⅰ与所述压缩模块相连通；所述水下储氢单元分别通过输氢管道与所述压缩模块和所述输氢单元相连通。

12、进一步地，所述水下储氢单元通过输氢管道ⅱ与所述输氢单元相连通。

13、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

14、1、本发明提供的海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统，利用海上风电制氢，将波动、随机的风能转化为氢能存储起来，平抑了风电输出的波动性，避免波动的风电并网给电网带来冲击，影响电网安全稳定运行。

15、2、本发明提供的海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统，利用海上可再生风能电解水制氢，解决了传统化石能源制氢带来碳排放强度高的问题。

16、3、本发明提供的海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统，利用海上风电较低的度电成本提高了电解水制绿氢的收益。

17、4、本发明提供的海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统，解决了深远海风电场向沿海高用电负荷区远距离输电成本高的问题。

18、5、本发明提供的海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统，利用深水静水压特性，提高了压缩气态储氢的能量密度，水下环境提高了储氢的安全性。

19、基于上述理由本发明可在海上风电制氢技术领域和水下储能技术领域领域广泛推广。

技术特征：

1.一种海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统，其特征在于，包括风力发电机组、制氢平台、水下储氢单元和输氢单元；

2.根据权利要求1所述的海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统，其特征在于，所述水下储氢单元为水下人造储气罐或海底地质洞穴储氢库。

3.根据权利要求1所述的海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统，其特征在于，所述输氢单元为运氢船或水下输氢管网。

4.根据权利要求1所述的海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统，其特征在于，所述风力发电机通过输电线缆ⅰ与所述电力调控模块电连接；所述电力调控模块分别通过输电线缆ⅲ、输电线缆ⅳ和输电线缆ⅱ与所述电解池、所述海水淡化模块和所述压缩模块电连接；所述电解池通过输氢管道ⅰ与所述压缩模块相连通；所述水下储氢单元分别通过输氢管道与所述压缩模块和所述输氢单元相连通。

5.根据权利要求1所述的海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统，其特征在于，所述水下储氢单元通过输氢管道ⅱ与所述输氢单元相连通。

技术总结
本发明提供一种海上风电制氢联合水下高压气态储氢的绿氢供应系统，包括风力发电机组、制氢平台、水下储氢单元和输氢单元；所述风力发电机组包括风力发电机；所述制氢平台包括电力调控模块、海水淡化模块、电解池、压缩模块和浮式平台；所述海水淡化模块与所述电解池相连通，所述海水淡化模块用于将海水淡化为纯水并输送至所述电解池；所述电解池用于通过电解纯水反应产生氢气，所述电解池与所述压缩模块相连通；所述水下储氢单元与所述输氢单元相连通。本发明解决了传统制氢方法碳排放强度高、海上风电直接输出波动性高、深远海电力输送成本高、传统压缩气态储氢能量密度低且安全性差的问题。

技术研发人员：熊伟,王虎,王志文
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22