一种电解制氢与光伏发电站结合的系统的制作方法

本申请涉及氢气制造的领域，尤其是涉及一种电解制氢与光伏发电站结合的系统。

背景技术：

近年来，在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电及核电等新能源的能力不足，弃风现象严重。热电联产机组“以热定电”方式运行，调峰能力仅为10%左右。调峰困难已经成为电网运行中最为突出的问题。目前国内火电灵活性调峰改造均针对冬季供热机组，夏季如何调峰是摆在众多水力发电厂面前的一个难题。为了满足电网调峰需求，以及电厂在激烈竞争中的生存需要，深度调峰势在必行。

中国氢气年产量已逾千万吨规模，位居世界第一，工业规模的制氢方法主要包括甲烷蒸汽重整和电解水制氢，其中电解水制氢的产量约占世界氢气总产量4％。尽管甲烷蒸汽重整是目前最经济的制氢方法，但其在生产过程中不仅消耗大量化石燃料，而且产生大量二氧化碳。电解水制氢工艺过程简单，产品纯度高，通过采用可再生能源作为能量来源，可现氢气的高效、清洁、大规模制备，该技术也可以用于二氧化碳的减排和转化，具有较为广阔的发展前景。

目前的电解水制氢方法主要有三种：碱性电解水制氢，固体聚合物电解水制氢，及高温固体氧化物电解水制氢。碱性电解水制氢是目前非常成熟的制氢方法，目前为止，工业上大规模的电解水制氢基本上都是采用碱性电解制氢技术，该方法工艺过程简单，易于操作。电解制氢的主要能耗为电能，每立方米氢气电耗约为4.5～5.5kwh，电费占整个电解制氢生产成本的80％左右。因此，电解水制氢技术特别适用于光伏发电等可再生能源发电的能源载体。但这些现有的电解制氢系统没有与光伏发电厂的灵活性调峰性能和冷却水系统结合，而且产出的氢气仅用钢瓶压缩运输，无法大型化生产。

技术实现要素：

为了将电解制氢与光伏发电站的灵活性调峰相结合，电网用电低谷时，智能调整上网电量，利用光伏发电站产生的电能制氢，电网用电高峰，光伏发电站产生的电能够连接到输电管网上，可以缓解用电高峰时段的电网压力，为电网提供宝贵的调峰负荷，本申请提供一种电解制氢与光伏发电站结合的系统。

本申请提供的一种电解制氢与光伏发电站结合的系统，采用如下的技术方案：

一种电解制氢与光伏发电站结合的系统，包括电网调峰控制系统、送变电及供电系统、电解水制氢系统、氢气收集净化及对外输送系统以及纯净水制备及补水系统，还包括冷却水余热回收系统和电解池高温蒸汽供应系统；

所述送变电及供电系统与光伏发电站连接，并且送变电及供电系统设置在光伏发电站输出线的母线上，在光伏发电站输出线的母线上设置有降压变压器和逆变器，所述降压变压器和逆变器和光伏发电站之间的输出线上还设置有电开关，所述降压变压器和逆变器远离电开关的一端与电解水制氢系统连接；

所述光伏发电站包括多个排列设置的光伏板，多个所述光伏板之间并联设置；

所述电解水制氢系统包括碱性水溶液电解制氢装置、固体聚合物电解制氢装置和高温固体氧化物电解制氢装置。

通过采用上述技术方案，本申请设置光伏发电站与电解制氢的结合，能够有效的将两者进行结合，用电高峰时，光伏发电站发出的电量能够直接输送到电网中，缓解电网的用电高峰，用电低谷时，光伏发电站产生的电量能够用来进行电解制氢，使资源得到最大化利用。

可选的，所述光伏板的板面上设置有清扫装置，所述清扫装置包括滑动设置的光伏板板面上的清扫组件以及驱动清扫组件滑动的驱动组件；

所述清扫组件包括设置的光伏板板面上方的刷柄，所述刷柄沿光伏板的宽度方向设置，所述刷柄朝向光伏板的侧面固定连接有沿刷柄长度方向设置的毛刷和海绵条；

所述驱动组件包括对称且转动设置在光伏板两侧的导向杆和丝杠，所述导向杆和丝杠的长度方向与光伏板的长度方向相同，并且所述导向杆和丝杠穿过刷柄的端部，所述导向杆和刷柄之间滑动连接，所述丝杠和刷柄之间螺纹连接，在丝杠的一端设置有安装在光伏板上的驱动电机，所述驱动电机的输出轴与丝杠的端部固定连接。

通过采用上述技术方案，设置的清扫装置能够定时对光伏板的板面进行清理，及时将光伏板上的灰尘和杂质清理掉，使光伏板能够经常对处于高效发电效率的阶段，提高发电量；设置的毛刷能够对光伏板板面上的灰尘和杂质进行清扫，设置的海绵条能够将光伏板板面擦洗干净；设置的驱动组件，能够直接利用光伏发电厂发出的电力驱动驱动电机，不需要额外提供其它的驱动源，使资源得到最大化利用。

可选的，所述电网调峰控制系统包括电网调度中心和电厂集控中心，所述电网调度中心通过上网电量使用情况进行实时调度，将调度信号传输给电厂集控中心，电厂集控中心下达电网调峰指令，通过控制所述送变电及供电系统的电开关进行电网调峰，电解水制氢系统的供电量由电厂集控中心控制。

通过采用上述技术方案，设置的电网调峰控制系统，能够在电网用电高峰时，及时的将光伏发电站发出的电量并到电网中，大大缓解电网在用电高峰的压力。

可选的，所述冷却水余热回收系统包括设置在光伏发电站内的水源和水处理车间，水源通过管道输送到水处理车间内，在水处理车间的下道工序中设置有纯净水制备装置，所述水处理车间和纯净水制备装置之间连接有预处理冷却水管道，所述纯净水制备装置与电解水制氢系统连接。

通过采用上述技术方案，设置的冷却水余热回收系统能够将水源处的水通过水处理车间进行处理，防止水源内的水含有大量的杂质，并且经过水处理车间的水能够运用到电解水制氢系统内。

可选的，所述预处理冷却水管道上设置分支管道，所述分支管道分别与碱性水溶液电解制氢装置、固体聚合物电解制氢装置和高温固体氧化物电解制氢装置的冷却水供水管道连接，冷却水源为水处理车间处理后的水；所述碱性水溶液电解制氢装置、固体聚合物电解制氢装置和高温固体氧化物电解制氢装置的冷却水出水管道与冷却水回流管道汇合。

通过采用上述技术方案，在预处理冷却水管道上设置有分支管道，设置的分支管道能够同时为碱性水溶液电解制氢装置、固体聚合物电解制氢装置和高温固体氧化物电解制氢装置提供冷却水，使多种制氢装置能够同时进行制氢，提高制氢的效率。

可选的，所述碱性水溶液电解制氢装置由若干个单体电解槽组成，每个电解槽由阴极、阳极、隔膜及电解液构成。

通过采用上述技术方案，若干个单体电解槽，每个电解槽之间单独反应，相邻的单体电解槽之间不会产生影响。

可选的，所述电解液包括氢氧化钾溶液，浓度为20wt%～30wt%。

通过采用上述技术方案，设置的该浓度下的氢氧化钾溶液能够提高制氢的效率。

可选的，所述隔膜组成成分包括石棉。

通过采用上述技术方案，石棉具有高抗张强度、高挠性、耐化学和热侵蚀、电绝缘和具有可纺性的硅酸盐类矿物产品。

可选的，所述阴极、阳极组成成分包括金属合金，所述金属合金包括雷尼镍、ni-mo合金，用于分解水，产生氢和氧。

通过采用上述技术方案，设置的金属合金能够提高产生氢气和氧气的效率。

可选的，所述固体聚合物电解制氢装置由若干个单体电解槽组成。

通过采用上述技术方案，若干个单体电解槽之间的共同作用，可以提高固定聚合物电解制氢装置的制氢效率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请设置光伏发电站与电解制氢的结合，能够有效的将两者进行结合，用电高峰时，光伏发电站发出的电量能够直接输送到电网中，缓解电网的用电高峰，用电低谷时，光伏发电站产生的电量能够用来进行电解制氢，使资源得到最大化利用；

2.设置的清扫装置能够定时对光伏板的板面进行清理，及时将光伏板上的灰尘和杂质清理掉，使光伏板能够经常对处于高效发电效率的阶段，提高发电量；设置的毛刷能够对光伏板板面上的灰尘和杂质进行清扫，设置的海绵条能够将光伏板板面擦洗干净；设置的驱动组件，能够直接利用光伏发电厂发出的电力驱动驱动电机，不需要额外提供其它的驱动源，使资源得到最大化利用；

3.设置的电网调峰控制系统，能够在电网用电高峰时，及时的将光伏发电站发出的电量并到电网中，大大缓解电网在用电高峰的压力。

附图说明

图1是本申请实施例的流程示意图；

图2是本申请实施例体现清扫装置的结构示意图。

附图标记说明：1、光伏发电厂；2、水处理车间；4、电网调度中心；5、电厂集控中心；6、电网调峰控制系统；7、升压站；8、电开关；9、逆变器；10、电蒸汽锅炉；11、电过热器；12、碱性水溶液电解制氢装置；13、固体聚合物电解制氢装置；14、高温固体氧化物电解制氢装置；15、高温蒸汽输送管道；16、纯净水制备装置；17、补水泵；18、送水管路；19、氢气洗涤罐；20、氢气脱水罐；21、氢气缓冲罐；22、燃气管网掺混装置；23、氢气压缩和灌装系统；24、燃料电池发电系统；25、现有燃气管网；26、预处理冷却水管道；27、清扫组件；271、毛刷；272、海绵条；28、驱动组件；281、导向杆；282、丝杠；283、驱动电机。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种电解制氢与光伏发电站结合的系统。参照图1，电解制氢与光伏发电站结合的系统包括电网调峰控制系统6、送变电及供电系统、电解水制氢系统、氢气收集净化及对外输送系统、纯净水制备及补水系统、冷却水余热回收系统以及电解池高温蒸汽供应系统；电解水制氢系统包括碱性水溶液电解制氢装置12、固体聚合物电解制氢装置13和高温固体氧化物电解制氢装置14。

电网调峰控制系统6包括电网调度中心4和电厂集控中心5，电网调度中心4通过上网电量使用情况进行实时调度，将调度信号传输给电厂集控中心5，电厂集控中心5下达电网调峰指令，通过控制送变电及供电系统的电开关8进行电网调峰，电解水制氢系统的供电量由电厂集控中心5控制。

冷却水余热回收系统包括水源以及对水源进行预处理的水处理车间2，设置的水源和水处理车间2与电解水制氢系统配合使用，水源内的水通过管道输送到水处理车间2内进行处理，水处理车间2的出水口设置有预处理冷却水管道26，预处理冷却水管道26的另外一端能够与电解水制氢系统连接。

在预处理冷却水管道26上设置有多根分支管道，多根分支管道分别与碱性水溶液电解制氢装置12、固体聚合物电解制氢装置13和高温固体氧化物电解制氢装置14的冷却水供水管道连接，设置的分支管道能够将水处理车间2内的冷却水通入到电解水制氢系统内，对电解水制氢系统进行降温的水源为水处理车间2处理后的水，碱性水溶液电解制氢装置12、固体聚合物电解制氢装置13和高温固体氧化物电解制氢装置14的冷却水出水管道与冷却水回流管道汇合，混合后的水能够在回流到水处理车间2内，实现水资源的重新利用。

纯净水制备及补水系统包括纯净水制备装置16、补水泵17和送水管路18，水处理车间2内处理后的水经过预处理冷却水管道26流入到纯净水制备装置16内，纯净水制备装置16对水处理车间2内的水进行净化处理，然后经过补水泵17进行加压，使净水后的水通过送水管路18进入电解水制氢系统内，送水管路18出口分别与碱性水溶液电解制氢装置12进水口、固体聚合物电解制氢装置13进水口、高温固体氧化物电解制氢装置14进水口连接，经过纯净水制备装置16加工后的水能够进入到电解水制氢系统内，从而保证加工出来的氢气纯度复合国家标准要求，减少杂质的产生。

碱性水溶液电解制氢装置12由若干个单体电解槽组成，每个电解槽由阴极、阳极、隔膜及电解液构成；电解液包括氢氧化钾溶液，浓度为20wt%～30wt%；隔膜组成成分包括石棉；阴极、阳极组成成分包括金属合金，金属合金包括雷尼镍、ni-mo合金，用于分解水，产生氢和氧。

固体聚合物电解制氢装置13由若干个单体电解槽组成，电解槽以固体聚合物膜为电解质。

电解池高温蒸汽供应系统包括电蒸汽锅炉10、电过热器11、高温蒸汽输送管道15，电过热器11蒸汽入口与电蒸汽锅炉10蒸汽出口连接，电过热器11蒸汽出口与高温蒸汽输送管道15入口连接。

高温固体氧化物电解装置的高温蒸汽入口与高温蒸汽输送管道15出口连接，电蒸汽锅炉10内的500600℃低温蒸汽进入电高温过热器，经过电~高温过热器过热到800℃以上，高温固体氧化物电解制氢装置14由若干个单体电解池组成。高温固体氧化物电解制氢装置1414工作温度为800～950℃。

送变电及供电系统包括设置在光伏发电厂1内的多块光伏板、设置在输电电网的降压变压器、逆变器9以及电开关8，送变电及供电系统是在光伏发电站输出线母线上新增一个间隔，电开关8通过输电电网与降压变压器和逆变器9连接，降压变压器和逆变器9另一端与电解水制氢系统连接。

在光伏板上设置有对光伏板进行清理的清扫装置，清扫装置包括设置的光伏板板面上的清扫组件27以及能够驱动清扫组件27滑动的驱动组件28；清扫组件27包括沿光伏板长度方向滑动的刷柄以及固定连接在刷柄上的毛刷271和海绵条272，刷柄的长度方向与光伏板的宽度方向相同，毛刷271和海绵条272固定连接在刷柄朝向光伏板一侧的表面上，毛刷271和海绵条272的长度方向与刷柄的长度方向相同，毛刷271和海绵条272远离刷柄的一侧与光伏板的板面抵接，设置的毛刷271能够对光伏板板面上的灰尘和杂质进行清扫，设置的海绵条272能够将光伏板板面擦洗干净。

驱动组件28包括对称设置在光伏板两侧的导向杆281和丝杠282以及驱动丝杠282转动的驱动电机283，导向杆281和丝杠282的长度方向与光伏板的长度方向相同，并且导向杆281和丝杠282转动设置在光伏板上，导向杆281和丝杠282设置在刷柄的两端，并且两者均从刷柄上穿过，丝杠282与刷柄螺纹连接，刷柄与导向杆281滑动连接，并且刷柄能够沿着导向杆281的长度方向滑动，驱动电机283设置在丝杠282的一端且固定连接在光伏板的一端，驱动电机283的输出轴与丝杠282的端部固定连接，驱动电机283启动后，在丝杠282的作用下，使刷柄能够沿着光伏板的长度方向的滑动。

在户外设置的光伏板，长时间的使用后，光伏板的板面上回覆盖大量的灰尘以及会吸附上一些杂质，在光伏板上的灰尘和杂质会大大影响光伏板的发电效率，设置的清扫装置能够定时对光伏板的板面进行清理，及时将光伏板上的灰尘和杂质清理掉，使光伏板能够经常对处于高效发电效率的阶段，提高发电量。

氢气收集净化及对外输运系统包括氢气洗涤罐19、氢气脱水罐20、氢气缓冲罐21、燃气管网掺混装置22、氢气压缩和灌装系统23和燃料电池发电系统24。氢气洗涤罐19出口连接氢气脱水罐20入口，氢气脱水罐20入口连接氢气缓冲罐21出口，氢气缓冲罐21出口分别与燃气管网掺混装置22、氢气压缩和灌装系统23、燃料电池发电系统24中的至少一种连接。燃气管网掺混装置22与现有燃气管网25或长距离天然气输送管线连接，燃气管网掺混装置22的氢气掺混比例小于20%。燃料电池发电系统24包括大型燃料电池发电厂或车载燃料电池，大型燃料电池发电厂利用氢气作为燃料产生电能，车载燃料电池用于以氢能为燃料的燃料电池汽车。

本申请实施例一种电解制氢与光伏发电站结合的系统的实施原理为：通过将电解制氢与光伏发电厂1的灵活性调峰相结合，电网用电低谷时，智能调整上网电量，利用光伏发电厂1产生的电能制氢，电网用电高峰，光伏发电厂1产生的电能通过输电管网连接到电网，可以缓解用电高峰时段的电网压力，为电网提供宝贵的调峰负荷。同时，在夏季，通过光伏发电厂1电解制氢消耗用电低谷的电能，有效的解决了只能依靠冬季供热调峰的不足，满足了一年四季的调峰需求；并且本发明水源为电解制氢过程中提供了冷却水源，同时通过收集制氢系统排出的冷却水，回流到水处理车间2内，实现水源水的循环利用，提高了水资源利用率；并且本发明还利用电蒸汽锅炉10和电过热器11加热水处理车间2处理后的水，高效耦合了光伏发电厂1与电解制氢工艺，充分利用了大量被弃掉的光伏发电电量，不但实现了被浪费光伏发电电量的利用，而且使得其以氢能的形式便利地储存、运输和使用。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。