[发明专利]一种新型电解水制氢系统及其运行方法

说明书

本发明提供的新型电解水制氢系统及其运行方法，系统包括：设置储能模块，当电解槽的运行状态为过载或输入功率突变时，变换模块将外接电源电压转换为电解槽的供电电压、储能模块充电电压，储能模块充电，从而利用储能元件的快速储能优势，避免电解槽的持续过载及大幅功率爬升，减少瞬间大气量波动及持续高电位情况，提升电解槽耐久性，并利用降载阶段，促进电解槽状态恢复；和/或，当电解槽的运行状态为低载时，储能模块放电，变换模块将外接电源电压及储能模块放电电压均转换为电解槽供电电压，从而避免电解槽运行于过低电流密度而引起的氧中氢含量升高、系统能耗大幅增加等问题，保障电解制氢的安全稳定运行能力，增加制氢装置的利用率。

技术领域

本发明涉及化工与控制技术领域，具体涉及一种新型电解水制氢系统及其运行方法。

背景技术

氢是一种清洁高效的二次能源，无法直接从自然界中获取，必须通过制备得到。目前制氢路线中，电解水制氢过程不存在碳排放、工艺简单，是未来重要的制氢途径，特别是利用可再生能源电力制氢，是能实现全周期零碳排放的制氢方式，且将制取的氢气存储，还可实现可再生能源电力的大规模消纳，解决电力供需不平衡。但目前电解水制氢技术与可再生能源配合还存在问题。可再生能源电力具有随机性、波动性特征，会带来不同类型、不同幅度、不同频率的功率波动，电解槽将会运行在频繁启停、低载/过载、功率突增等工况，如不加以控制，将会对电解槽的寿命及耐久性产生影响。如，在低载工况下，电解槽运行电流密度过低，产氢量有限，氧中氢含量高，给槽安全运行带来隐患，同时低电流密度下，电解制氢装置辅机能耗占比大，系统能耗相对高。在过载情况下，电解槽运行于高电流密度，电压过高，会引起催化剂脱落、极板腐蚀等问题，造成性能的衰减。而功率突增等情况，快速大幅的功率爬升，将在短时间内产生大量气泡，阻碍反应进行，同时导致压力波动，带来催化剂不稳定甚至脱落等系列问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的制氢装置波动适应性较差的缺陷，从而提供一种新型电解水制氢系统及其运行方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种新型电解水制氢系统，包括：储能模块、变换模块及至少一个电解槽，其中，变换模块的第一端与外接电源连接，变换模块的第二端与电解槽连接；储能模块与变换模块的第三端连接，或储能模块直接与电解槽连接；储能模块设置于变换模块内部，或变换模块与储能模块为两个独立的装置；变换模块用于实现外接电源分别与电解槽、储能模块之间的电压转换，和/或储能模块与电解槽之间的电压转换；储能模块用于消纳外接电源的多余电能，和/或为电解槽提供额外的电能。

在一实施例中，当储能模块与变换模块的第三端连接时，其中，当电解槽的运行状态为过载或输入功率突变时，变换模块将外接电源的电压转换为电解槽的供电电压、储能模块的充电电压，储能模块充电；和/或，当电解槽的运行状态为低载时，储能模块放电，变换模块将外接电源的电压及储能模块的放电电压均转换为电解槽的供电电压。

在一实施例中，当储能模块直接与电解槽连接时，其中，当电解槽的运行状态为过载或输入功率突变时，变换模块将外接电源的电压转换为电解槽的供电电压、储能模块的充电电压，储能模块充电；和/或，当电解槽的运行状态为低载时，变换模块将外接电源的电压转换为电解槽的供电电压，储能模块放电为电解槽提供额外的电能。

在一实施例中，当储能模块置于变换模块内部，储能模块与变换模块的第三端连接时，变换模块包括：第一DC-DC变换环节及第一AC-DC变换环节，其中，第一AC-DC变换环节的输入端与外接电源连接，第一AC-DC变换环节的输出端与第一DC-DC变换环节的输入端及储能模块连接，第一DC-DC变换环节的输出端与电解槽连接。