[发明专利]一种利用新能源发电的离网电解槽电源控制方法和装置

说明书

本发明公开了一种利用新能源发电的离网电解槽电源控制方法和装置，该电源控制方法和装置先利用卸载控制，将小功率难以利用的新能源电力通过卸载回路卸载，再利用直流降压斩波方式，将电压波动范围非常大的新能源电力的电压控制在一个精准的电压范围内，并增大电流作为水电解制氢的电源，以有效利用新能源电力而不需要电网电或电池作为辅助电源进行电解，并保护电解槽在低电压、低功率状态下的安全性，以达到使用低成本的新能源电力直接进行水电解制氢而不依赖电网和电池的目的。

技术领域

本发明涉及电化学方法的电解技术。

背景技术

氢气、氧气都是一种重要的工业原料，同时氢气也具有高燃值的特性，是一种完全清洁的能源，氢能的用途也越来越广泛而受到人类的喜爱。

现有电解制氢工业中，电解槽中平行、直立地设置若干组电极，每组电极分别设置为阳极和阴极，阳极接电源正极，阴极接电源负极，阴阳极板中间用隔膜隔离，从而组成一个电解室，各电解室相互串联组成一个电解槽，电解槽根据电源的直流电压值设置串联电解室数，根据电源的总功率(电流值)设置电解槽(电极板)尺寸。在上述电解槽中，根据电解类型，碱性水电解槽每个电解室的基准电源电压为2伏左右的直流电压(允许变化范围为2伏的 0.6-1.1倍)，电极的尺寸按每平方厘米0.25安培，在PEM电解槽中基准电压可设置在直流3 伏左右，电流每平方厘米1安培的电流为依据，电解槽总电压为各电解室电压之和，总电流各电解室相同，因此电解槽需较为稳定的电压，在电解制氢过程中，阳极产生氧气，阴极产生氢气。

由于新能源发电尤其风电、太阳能发电的随机性，其发电功率、电压、电流变化范围极大，而水电解制氢中的电解槽虽然可以承受较大范围的电流变化，但对于电压变化较为敏感，一般难以承受大范围的电压变化，当电解室的电压低于设定值的50％以后，氢、氧易于渗透，造成一定的安全隐患。但新能源发电的特点首先是随着环境变化引起电压变化，再引起电流和功率的变化。

虽然本人也申请了不依赖电网的离网式电解控制结构和方式、以及离网式电解槽结构和电极控制方法的发明专利用，可以使用离网的风能/太阳能等可再生能源作为制氢的电源，降低了电解制氢的电力成本，但都是对电极数接入、切出的控制，相对而言增加了电解槽的制造成本，而能源产品对成本差异非常敏感，成本越低、越有利于推广应用。

发明内容

鉴于电解槽更需要较为稳定的电压，难于直接使用新能源发电用于电解制氢和不增加电解槽成本为出发点，本发明是利用设置卸载开关和直流降压斩波方法，将电压变化非常大的新能源发电稳定在一个设置的范围内。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

电解槽为常规碱性水或纯水电解槽，电解槽正负极和该电源控制装置的输出端并联连接，电源控制装置为直流降压斩波控制器，并在输入端具有一个卸载控制回路，如图1是该控制装置的电路结构示意图。

为了说明该装置是如何用于水电解装置的(碱性水电解槽或PEM电解槽)，下面用不同新能源发电参数加以说明。风力发电机的输出功率伴随风速的大小而变化，通常都会按风况条件设置一个额定输出功率，在额定功率下伴随一个额定输出电压和额定输出电流。风能能量的变化是风速变化的指数函数，风能能量和风速呈三次方关系，一般风力发电机的切入风速和额定风速相差3-4倍甚至于更大，而风速相差一倍，能量相差8倍，比如风速从3米/秒变化到6米/秒，能量相差8倍，风速从6米/秒变化到12米/秒，能量又相差8倍，如果风速从3米/秒变化到12米/秒，能量相差64倍，而真实环境下风速的变化范围更大；同样，太阳能发电也有一个额定最大功率，对应一个额定工作电压；阴雨天和夏天太阳高照下，太阳能功率变化也有数十倍之巨，电压变化范围也有数倍，远高于电解水中对电压稳定性的要求。