本發(fā)明屬于可再生能源制氫，具體地涉及一種電解槽集群輪換運(yùn)行保溫控制方法。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電出力具有間歇性和波動(dòng)性特點(diǎn)，與負(fù)荷需求曲線不匹配，導(dǎo)致棄電現(xiàn)象，能量利用率低。利用可再生能源的電力電解水制氫，將能量以氫的形式儲(chǔ)存和運(yùn)輸，是解決波動(dòng)性電源消納的一條重要途徑。制氫單元可以作為一個(gè)可變負(fù)荷，跟隨風(fēng)光電源實(shí)時(shí)發(fā)電量的變化而隨時(shí)調(diào)節(jié)，使可再生能源得到充分消納。在制氫設(shè)備方面，目前綜合考慮設(shè)備投資、單槽規(guī)模、技術(shù)成熟度等因素，主要采用的是堿性液體電解質(zhì)電解槽(即堿性電解槽)技術(shù)。然而，堿性電解槽負(fù)荷存在調(diào)節(jié)范圍窄、啟動(dòng)速度慢的缺點(diǎn)，這些特性使其難以快速跟隨電源端的出力變化。單臺(tái)堿性電解槽一般要求運(yùn)行在50％-100％負(fù)荷區(qū)間，當(dāng)上游功率低于50％時(shí)則只能停機(jī)，而如果停機(jī)時(shí)間長，堿液冷卻后，重啟啟動(dòng)時(shí)為了將堿液加熱到60℃-90℃的工作溫度，額外耗費(fèi)能量，特別是在低溫狀態(tài)下電解槽能承受的電流處于低水平，加熱效果不佳，達(dá)到額定運(yùn)行條件所要求的溫度時(shí)間較長，通常其冷啟動(dòng)時(shí)間長達(dá)2小時(shí)。堿性電解槽的這些特性，不利于其與波動(dòng)電源的耦合運(yùn)行。

2、提高堿性電解設(shè)備動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的方法之一是使暫時(shí)停機(jī)的電解槽處于熱備用狀態(tài)，使其維持在運(yùn)行溫度，從而在重新啟動(dòng)時(shí)可以很快地進(jìn)入正常工作狀態(tài)。但熱備期間需要額外提供電力以抵消電解槽散熱導(dǎo)致的能量損失，當(dāng)熱備時(shí)間較長時(shí)也會(huì)造成能源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于：提供一種電解槽集群輪換運(yùn)行保溫控制方法，解決現(xiàn)有方案能源浪費(fèi)較多、不利于耦合運(yùn)行等問題，實(shí)現(xiàn)通過監(jiān)測集群中每一臺(tái)電解槽中的堿液溫度，制定啟停策略，使盡可能多的電解槽處于溫度較高的熱備狀態(tài)，以便有需要時(shí)快速啟動(dòng)投入生產(chǎn)。

2、依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種電解槽集群輪換運(yùn)行保溫控制方法，其特征在于，其所采用的可再生能源制氫系統(tǒng)中包括有發(fā)電單元、發(fā)電功率測量單元、電解槽集群、控制單元、發(fā)電功率預(yù)測單元；發(fā)電單元與電解槽集群相連接，發(fā)電單元與發(fā)電功率測量單元相連接，發(fā)電功率測量單元、電解槽集群、發(fā)電功率預(yù)測單元均與控制單元相連接；電解槽集群由多臺(tái)電解槽組成，每一臺(tái)電解槽均具有堿液循環(huán)回路，每一臺(tái)電解槽均具有溫度測量單元；

3、發(fā)電單元用于產(chǎn)生電力送給電解槽集群；發(fā)電功率測量單元用于測量發(fā)電單元的發(fā)電功率；溫度測量單元用于在電解槽堿液出口測量堿液溫度并傳送給控制單元；控制單元用于接收發(fā)電功率測量單元、溫度測量單元的測量數(shù)據(jù)以及發(fā)電功率預(yù)測單元提供的功率預(yù)測數(shù)據(jù)，并經(jīng)過決策后將控制指令發(fā)送給電解槽集群；

4、所述的電解槽集群輪換運(yùn)行保溫控制方法包括如下步驟：

5、步驟s1，選定溫度臨界值tp；

6、步驟s2，選定電解槽集群執(zhí)行啟停策略的周期t0；

7、步驟s3，控制單元根據(jù)發(fā)電功率測量單元提供的過去一個(gè)或幾個(gè)t0時(shí)間內(nèi)的發(fā)電功率歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合發(fā)電功率預(yù)測單元提供的功率預(yù)測數(shù)據(jù)，決定未來t0時(shí)間內(nèi)需要開啟運(yùn)行的電解槽臺(tái)數(shù)，與當(dāng)前已開啟的電解槽數(shù)量相比后得到需要開啟或關(guān)閉的電解槽臺(tái)數(shù)n1；

8、步驟s4，控制單元根據(jù)電解槽集群中與每臺(tái)電解槽相對應(yīng)的溫度測量單元采集電解槽的溫度狀態(tài)信息；

9、步驟s5，控制單元統(tǒng)計(jì)溫度在tp以下的電解槽，組成待重啟升溫電解槽集合g2，待重啟升溫電解槽集合g2中電解槽臺(tái)數(shù)為n2；統(tǒng)計(jì)正在運(yùn)行狀態(tài)的電解槽，組成正在運(yùn)行電解槽集合g3，正在運(yùn)行電解槽集合g3中電解槽臺(tái)數(shù)為n3；電解槽集群中其余的關(guān)停狀態(tài)但溫度高于tp的電解槽組成備用電解槽集合g4；

10、步驟s6，如果n1≥0且n1≥n2，則將待重啟升溫電解槽集合g2中的n2臺(tái)電解槽啟動(dòng)，并從備用電解槽集合g4中選擇溫度最低的(n1-n2)臺(tái)電解槽啟動(dòng)；

11、如果n1≥0且n1＜n2，則先從待重啟升溫電解槽集合g2中選出溫度最低的n1臺(tái)電解槽啟動(dòng)，再在正在運(yùn)行電解槽集合g3中選擇(n2-n1)臺(tái)電解槽關(guān)閉，并將待重啟升溫電解槽集合g2中剩余的(n2-n1)臺(tái)電解槽啟動(dòng)；

12、如果n1＜0，則先從正在運(yùn)行電解槽集合g3中選擇|n1|臺(tái)電解槽關(guān)閉；進(jìn)而如果n3-|n1|≥n2,則從正在運(yùn)行電解槽集合g3中再選n2臺(tái)電解槽關(guān)閉，同時(shí)將待重啟升溫電解槽集合g2的全部電解槽重啟；如果n3-|n1|＜n2，則將正在運(yùn)行電解槽集合g3中剩余的電解槽全部關(guān)閉，同時(shí)從待重啟升溫電解槽集合g2中選n2-(n3-|n1|)臺(tái)電解槽重啟。

13、進(jìn)一步地，步驟s6中，如果n1≥0且n1＜n2，且n3＜(n2-n1)，則將正在運(yùn)行電解槽集合g3中的電解槽全部關(guān)機(jī)，從待重啟升溫電解槽集合g2中選擇溫度較低n3臺(tái)電解槽啟動(dòng)。

14、進(jìn)一步地，溫度臨界值tp比電解槽的熱備溫度下限高5℃-10℃。

15、進(jìn)一步地，溫度測量單元位于堿液循環(huán)回路中，且溫度測量單元位于電解槽外的堿液出口處；步驟s4中，對于處于停機(jī)狀態(tài)的電解槽，在采集電解槽的溫度狀態(tài)信息之前，先使堿液循環(huán)回路短暫運(yùn)行，以使電解槽中堿液流過溫度測量單元所對應(yīng)的溫度測量點(diǎn)。

16、進(jìn)一步地，發(fā)電單元為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和/或風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電相結(jié)合的發(fā)電系統(tǒng)。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下：

18、本發(fā)明的電解槽集群輪換運(yùn)行保溫控制方法提出一種創(chuàng)新的控制策略，通過監(jiān)測電解槽集群中每一臺(tái)電解槽中的堿液溫度，據(jù)此制定啟停策略，在根據(jù)需求調(diào)整電解槽啟停的同時(shí)考慮所有電解槽的溫度情況，從而使盡可能多的電解槽處于溫度較高的熱備狀態(tài)，以便有需要時(shí)能夠快速啟動(dòng)投入生產(chǎn)，且使得為了維持電解槽溫度而消耗的電力相對較低。

技術(shù)特征：

1.一種電解槽集群輪換運(yùn)行保溫控制方法，其特征在于，其所采用的可再生能源制氫系統(tǒng)中包括有發(fā)電單元、發(fā)電功率測量單元、電解槽集群、控制單元、發(fā)電功率預(yù)測單元；發(fā)電單元與電解槽集群相連接，發(fā)電單元與發(fā)電功率測量單元相連接，發(fā)電功率測量單元、電解槽集群、發(fā)電功率預(yù)測單元均與控制單元相連接；電解槽集群由多臺(tái)電解槽組成，每一臺(tái)電解槽均具有堿液循環(huán)回路，每一臺(tái)電解槽均具有溫度測量單元；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽集群輪換運(yùn)行保溫控制方法，其特征在于，步驟s6中，如果n1≥0且n1＜n2，且n3＜(n2-n1)，則將正在運(yùn)行電解槽集合g3中的電解槽全部關(guān)機(jī)，從待重啟升溫電解槽集合g2中選擇溫度較低n3臺(tái)電解槽啟動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽集群輪換運(yùn)行保溫控制方法，其特征在于，溫度臨界值tp比電解槽的熱備溫度下限高5℃-10℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽集群輪換運(yùn)行保溫控制方法，其特征在于，溫度測量單元位于堿液循環(huán)回路中，且溫度測量單元位于電解槽外的堿液出口處；

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的電解槽集群輪換運(yùn)行保溫控制方法，其特征在于，發(fā)電單元為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和/或風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電相結(jié)合的發(fā)電系統(tǒng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種電解槽集群輪換運(yùn)行保溫控制方法，其所采用的可再生能源制氫系統(tǒng)中，發(fā)電單元與電解槽集群相連接，發(fā)電單元與發(fā)電功率測量單元相連接，發(fā)電功率測量單元、電解槽集群、發(fā)電功率預(yù)測單元均與控制單元相連接；電解槽集群由多臺(tái)電解槽組成，每一臺(tái)電解槽均具有堿液循環(huán)回路，每一臺(tái)電解槽均具有溫度測量單元。本方案通過監(jiān)測電解槽集群中每一臺(tái)電解槽中的堿液溫度，據(jù)此制定啟停策略，在根據(jù)需求調(diào)整電解槽啟停的同時(shí)考慮所有電解槽的溫度情況，從而使盡可能多的電解槽處于溫度較高的熱備狀態(tài)，以便有需要時(shí)能夠快速啟動(dòng)投入生產(chǎn)，且使得為了維持電解槽溫度而消耗的電力相對較低。

技術(shù)研發(fā)人員：丁奕,李少華,彭揚(yáng)子,涂宏,湯曉舒,馬欣欣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9