[发明专利]一种基于电解制氢的电网调频系统和方法

说明书

本发明公开一种基于电解制氢的电网调频系统和方法，该调频系统包括电网调度平台、位于发电侧和/或负荷侧的调频控制模块以及调节单元，调节单元包括电解制氢装置和氢气储存装置，电网调度平台配置地用于检测电网频率变化，根据电网调频指令和电网负荷需求变化，进行发电量或耗电量负荷控制，使得电网频率稳定在一定数值；调频控制模块配置地用于响应负荷变化指令，控制电解制氢装置的耗电量，从而调节发电侧的发电厂发电量或负荷侧的耗电负荷。本发明可实现供电功率可以从50％负荷到100％随意随时的快速变动，实现电网的调频服务。

技术领域

本发明涉及电网调频领域，具体是一种基于电解制氢的电网调频系统和方法。

背景技术

近年来随着中国国民经济的飞速发展，人们对电力的需求也急剧增加，峰谷差日益增大。中国电力供应峰谷比约为10/0.7，远高于一般发展中国家的平均水平的1/0.63，比美国1/0.25的峰谷比高得多，因此中国发电厂中发电机组的调峰任务艰巨。

发电机组的调频能力是维护电网功率平衡和安全稳定的第一道重要屏障，其调节能力和性能对电网的动态稳定性显得尤为重要。此外，由于风能、核能等电源的飞速发展，相对降低了电网的自调节能力，大规模接入的风电机组甚至引入了额外的随机功率扰动，使电网稳定性进一步恶化。合理规范并监测机组调频参数和性能，保障机组良好的调频能力，对电网的安全稳定运行和未来智能电网环境下的优化调度具有重要的意义。目前火力发电厂中发电机组的自动发电控制(Automatic Gain Control，简称AGC)、调频性能是发电机组涉网性能中的2个重要方面，其中，自动发电(AGC)控制是能量管理系统(EMS)的重要组成部分，其主要是按电网高度中心的控制目标将指令发送给有关发电厂或机组，通过电厂或机组的自动控制调节装置，实现对发电机功率的自动控制。我国的调频电源主要为火电机组，其缺点是响应时滞长、机组爬坡速率低，不能准确跟踪自动发电(AGC)控制指令，有时甚至会造成对区域控制误差的反方向调节；同时，由于一次调频死区等非线性环节的存在，传统的AGC线性模型控制方式不能实现良好的动态调节性能。火电机组性能不同则其响应速率不同，造成调节效果千差万别，因此若需增加系统调节容量，也并非大量增加调频火电机组为好。目前发电机组主要通过锅炉、汽轮机的协调控制，依靠增、减燃料量，开大或关小汽轮机调门来响应电网的需求，但是由于锅炉存在迟延，机组负荷响应始终存在局限性，此外，汽轮机为确保有调节裕量，调门也无法保持全开状态，限制了调节的深度。

目前大多数发电厂采用数字式电液(DEH)控制系统，为了负荷的稳定和考核的需要，避免发电机组随频率变动而频繁进行调节，影响负荷的稳定，将汽轮机转速调节系统的一次调频死区设置的比较大，一次调频的作用几乎不存在，使得电网的频率主要靠二次调频来维持。研究表明，在突发性事故和大的负荷(功率)扰动时，很多机组尽管具有调节负荷的能力，但对频率偏差的调频响应几乎为零，此时就会出现频率大幅度波动甚至发生系统崩溃的恶性事故。

近年来，随着清洁能源发电需求的日益增长，氢气逐渐成为电能存储的理想载体。电解水制氢是一种高效、清洁的制氢技术，其制氢工艺简单，产品纯度高，氢气、氧气纯度一般可达99.9％，是最有潜力的大规模制氢技术。通过将清洁能源发电经过电解水制氢技术，将清洁能源产生的电能转化为氢能进行储存，并且根据实际需要，还可通过后续化工过程将氢能转化为甲烷、甲醇及其他液态燃料等。

目前我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，通过采用清洁能源作为能量来源，可现氢气的高效、清洁、大规模制备，该技术也可以用于CO2的减排和转化，具有较为广阔的发展前景。