一种基于可再生能源的燃料电池动态调控系统及调控方法与流程

本发明涉及可再生能源发电，具体涉及一种基于可再生能源的燃料电池动态调控系统及调控方法。

背景技术：

1、可再生能源是指能够在自然界重复再生的能源，例如光能、风能、水能、地热能等，利用可再生能源进行发电，相比较传统化石能源发电，具有环保、可持续、安全等优势，但可再生能源发电也具有一定缺陷，由于可再生能源自身具有间隙性、波动性以及不可预测性，发电并网比例上升，电网波动性显著增加，稳定性降低，成本大幅度提高。因此，为了实现新能源大规模应用，可再生能源发电结合电解制氢技术将电能转换为氢能存储，并利用燃料电池发电技术实现了稳定供电，减少可再生能源发电对配电网的冲击。

2、但利用燃料电池发电过程中，由于可再生能源发电系统的波动性及间歇性，电解制氢系统的制氢制氧量不固定，因此利用电解制氢系统所制的氢气和氧气向燃料电池发电提供原料气体，由于原料气体产出量不稳定，需实时调控燃料电池发电的原料供应，以满足燃料电池稳定发电，但现有燃料电池发电系统多通过预先存储的原料气体进行发电，即原料气体产生和供应分阶段进行，其发电周期较长。

3、如何克服上述现有技术方案的不足，如何针对可再生能源发电系统、电解制氢以及燃料电池发电进行实时同步动态调控，成为本技术领域亟待解决的课题。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于可再生能源的燃料电池动态调控系统及调控方法，具体采用如下技术方案：

2、一种基于可再生能源的燃料电池动态调控系统，其包括：

3、配电网；

4、可再生能源发电系统，用于向电解水制氢制氧单元提供电力；

5、电解水制氢制氧单元，用于利用可再生能源发电系统的电力制取氢气和氧气；

6、气体存储单元，用于储存电解水制氢制氧单元所生成的氢气和氧气；

7、气体分配单元，用于分别向燃料电池发电系统分配氢气和氧气；

8、燃料电池发电系统，用于将气体存储单元所存储的氢气和氧气定量混合反应，产生电能；

9、中央调控系统，用于调控分配气体存储单元以及燃料电池发电系统之间气体流量。

10、优选为：所述可再生能源发电系统包括若干并联的发电子系统单元，且每个发电子系统单元对应连接至少一个电解水制氢制氧单元。

11、优选为：所述发电子系统单元采用光伏发电、水力发电、风力发电、生物质发电或地热能发电的一种。

12、优选为：所述气体存储单元包括若干储氢单元和若干储氧单元，且每个所述电解水制氢制氧单元分别连通至少一个储氢单元以及至少一个储氧单元，且每个电解水制氢制氧单元的储氢单元之间通过管路并联连通，每个电解水制氢制氧单元的储氧单元之间通过管路并联连通。

13、优选为：所述气体分配单元包括氢气分配单元和氧气分配单元，所述氢气分配单元分别连通储氢单元和燃料电池发电系统，通过氢气分配单元将储氢单元所储存的氢气分配至各个燃料电池发电系统；所述氧气分配单元分别连通储氧单元和燃料电池发电系统，通过氧气分配单元将储氧单元所储存的氧气分配至各个燃料电池发电系统。

14、此外本发明还公开有一种基于可再生能源的燃料电池动态调控方法，其包括如下步骤：

15、s1.可再生能源发电系统向电解水制氢制氧单元供电，并由电解水制氢制氧单元并解离生成氧气和氢气，并分别将所生成氧气和氢气通入气体存储单元的储氢单元和储氧单元；

16、s2.根据配电网用电需求，中央调控系统启动燃料电池发电系统向配电网提供电力：

17、s3.中央调控系统控制气体存储单元的储氢单元和储氧单元向燃料电池发电系统供气，同时中央调控系统将监控各燃料电池发电系统的气体消耗量以及对应电解水制氢制氧单元的气体生成量；

18、s4.中央调控系统根据当前燃料电池发电系统中的实际气体消耗量与时间序列数据，分析当前燃料电池发电系统的气体消耗速率，并判断每个燃料电池发电系统所对应的气体存储单元的气体增长速率是否满足当前消耗，若满足则保持当前气体存储单元与燃料电池发电系统连通，若不满足，则增加当前燃料电池发电系统所连通的电解水制氢制氧单元数量，直至气体存储单元的气体增长速率满足当前消耗。

19、优选为：所述s4步骤中分析当前燃料电池发电系统的气体消耗速率的具体方法为：采用曲线拟合方法对当前燃料电池发电系统各时间序列所对应的实际气体消耗量进行拟合，利用拟合曲线的斜率获得当前燃料电池发电系统的气体消耗速率。

20、优选为：所述s4步骤中判断每个燃料电池发电系统所对应的气体存储单元是否满足当前消耗的具体方法为：

21、首先中央调控系统实时监控当前燃料电池发电系统所连接的气体存储单元的气体消耗量，并利用线性回归方法计算分析对应气体存储单元的气体消耗速率；

22、之后利用中央调控系统实时监控获得的对应气体存储单元所连接的电解水制氢制氧单元的气体产出量，并计算分析对应电解水制氢制氧单元的气体产出速率；

23、中央调控系统对比电解水制氢制氧单元的气体产出速率与气体存储单元的气体消耗速率，当气体产出速率高于或等于气体消耗速率时，中央调控系统判断当前燃料电池发电系统所对应的气体存储单元的气体增长速率满足当前消耗；当气体产出速率低于气体消耗速率时，中央调控系统判断当前燃料电池发电系统所对应的气体存储单元的气体增长速率不满足当前消耗。

24、优选为：所述s4步骤中当中央调控系统判断当前燃料电池发电系统所对应的气体存储单元的气体增长速率不满足当前消耗时，中央调控调控系统将首先计算当前气体产出速率与气体消耗速率的差值，并判断备选的电解水制氢制氧单元的气体产出速率是否满足当前气体产出速率与气体消耗速率的差值，若满足，则将备选的电解水制氢制氧单元与当前燃料电池发电系统连通；若不满足，则先将备选的电解水制氢制氧单元接入当前燃料电池发电系统，并更新当前气体产出速率及差值，然后判断下一备选的电解水制氢制氧单元的气体产出速率是否满足更新后的当前气体产出速率与气体消耗速率的差值。

25、有益效果

26、本发明的技术方案获得了下列有益效果：

27、本燃料电池动态调控系统通过中央调控系统可动态调控分配气体存储单元、气体分配单元以及燃料电池发电系统之间气体流量，通过对比燃料电池发电系统的气体消耗速率和对应的气体存储单元的气体增长速率，可判断当前气体存储单元是否能供应燃料电池发电系统的原料气体，并通过动态调控电解水制氢制氧单元数量，以满足燃料电池发电系统的原料气体消耗，实现可再生能源发电系统、电解制氢以及燃料电池发电进行实时同步动态调控，确保燃料电池发电系统发电稳定。

技术特征：

1.一种基于可再生能源的燃料电池动态调控系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的燃料电池动态调控系统，其特征为：所述可再生能源发电系统包括若干并联的发电子系统单元，且每个发电子系统单元对应连接至少一个电解水制氢制氧单元。

3.根据权利要求2所述的燃料电池动态调控系统，其特征为：所述发电子系统单元采用光伏发电、水力发电、风力发电、生物质发电或地热能发电的一种。

4.根据权利要求1所述的燃料电池动态调控系统，其特征为：所述气体存储单元包括若干储氢单元和若干储氧单元，且每个所述电解水制氢制氧单元分别连通至少一个储氢单元以及至少一个储氧单元，且每个电解水制氢制氧单元的储氢单元之间通过管路并联连通，每个电解水制氢制氧单元的储氧单元之间通过管路并联连通。

5.根据权利要求4所述的燃料电池动态调控系统，其特征为：所述气体分配单元包括氢气分配单元和氧气分配单元，所述氢气分配单元分别连通储氢单元和燃料电池发电系统，通过氢气分配单元将储氢单元所储存的氢气分配至各个燃料电池发电系统；所述氧气分配单元分别连通储氧单元和燃料电池发电系统，通过氧气分配单元将储氧单元所储存的氧气分配至各个燃料电池发电系统。

6.一种基于可再生能源的燃料电池动态调控方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的燃料电池动态调控方法，其特征为：所述s4步骤中分析当前燃料电池发电系统的气体消耗速率的具体方法为：采用曲线拟合方法对当前燃料电池发电系统各时间序列所对应的实际气体消耗量进行拟合，利用拟合曲线的斜率获得当前燃料电池发电系统的气体消耗速率。

8.根据权利要求6所述的燃料电池动态调控方法，其特征为：所述s4步骤中判断每个燃料电池发电系统所对应的气体存储单元是否满足当前消耗的具体方法为：

9.根据权利要求8所述的燃料电池动态调控方法，其特征为：所述s4步骤中当中央调控系统判断当前燃料电池发电系统所对应的气体存储单元的气体增长速率不满足当前消耗时，中央调控调控系统将首先计算当前气体产出速率与气体消耗速率的差值，并判断备选的电解水制氢制氧单元的气体产出速率是否满足当前气体产出速率与气体消耗速率的差值，若满足，则将备选的电解水制氢制氧单元与当前燃料电池发电系统连通；若不满足，则先将备选的电解水制氢制氧单元接入当前燃料电池发电系统，并更新当前气体产出速率及差值，然后判断下一备选的电解水制氢制氧单元的气体产出速率是否满足更新后的当前气体产出速率与气体消耗速率的差值。

技术总结
本发明涉及一种基于可再生能源的燃料电池动态调控系统，其包括：配电网；可再生能源发电系统，用于向电解水制氢制氧单元提供电力；电解水制氢制氧单元，用于利用可再生能源发电系统的电力制取氢气和氧气；气体存储单元，用于储存电解水制氢制氧单元所生成的氢气和氧气；气体分配单元，用于分别向燃料电池发电系统分配氢气和氧气；燃料电池发电系统，用于将气体存储单元所存储的氢气和氧气定量混合反应，产生电能；中央调控系统，用于调控分配气体存储单元以及燃料电池发电系统之间气体流量，该调控系统实现可再生能源发电系统、电解制氢以及燃料电池发电进行实时同步动态调控，确保燃料电池发电系统发电稳定。

技术研发人员：费丹雄,窦真兰,张春雁,范艳红,张卉,袁娜娜,田源,张云,陆婷怡
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/13