本發(fā)明涉及基于風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷特性的陣列電解槽系統(tǒng)及優(yōu)化配置方法，屬于電解水，尤其是電解槽配置。

背景技術(shù)：

1、隨著可再生能源技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)光、光伏作為清潔、可再生的能源形式，受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，電力系統(tǒng)正逐步邁向高比例可再生能源交直流混聯(lián)電網(wǎng)時代。在這一過程中，電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量逐漸減少，用戶側(cè)可控負(fù)荷作為電力輔助服務(wù)的重要提供者，扮演著至關(guān)重要的角色，電解水制氫設(shè)備作為用戶側(cè)重要的可控負(fù)荷之一，具有顯著的調(diào)節(jié)潛力和靈活性，能夠積極響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度指令或電力需求響應(yīng)指令，為電力系統(tǒng)提供寶貴的輔助服務(wù)，同時，電解水制氫也是推動能源系統(tǒng)向清潔低碳、安全高效轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)，在新能源發(fā)展和交通工業(yè)脫碳方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

2、然而新能源發(fā)電的間歇性和隨機性的特點，導(dǎo)致電力調(diào)頻、電力調(diào)峰等輔助服務(wù)的需求顯著增加，使其對電解槽等用電設(shè)備的穩(wěn)定運行提出了挑戰(zhàn)。

3、由于風(fēng)光能源的輸出功率并非穩(wěn)定不變，而是隨天氣、季節(jié)等因素頻繁波動。忽略其負(fù)荷特性的電解槽配置難以在風(fēng)光發(fā)電功率較高時充分利用電能，導(dǎo)致能源浪費；在發(fā)電功率較低時又可能無法滿足電解槽的運行需求，影響制氫效率和穩(wěn)定性。其次，由于傳統(tǒng)的電解槽配置無法有效地適應(yīng)風(fēng)光發(fā)電的變化，電解槽可能會出現(xiàn)頻繁的啟?；虻托蔬\行狀態(tài)，增加了設(shè)備的損耗和維護成本。再者，不能與風(fēng)光發(fā)電良好協(xié)同的電解槽陣列可能導(dǎo)致電網(wǎng)的功率波動增大，增加電網(wǎng)調(diào)度和平衡的難度，甚至可能引發(fā)電網(wǎng)故障。

4、因此，亟需基于風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷特性提供一種電解槽配置及優(yōu)化方法，以實現(xiàn)對風(fēng)光發(fā)電低負(fù)荷下電能的高效利用，同時保證電解槽系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和壽命均衡。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷特性的陣列電解槽系統(tǒng)及優(yōu)化配置方法，通過合理配置的電解槽陣列，旨在最大化利用風(fēng)光發(fā)電在低負(fù)荷狀態(tài)下的電能輸出量，從而提高電解槽系統(tǒng)的整體運行效率和穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、基于風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷特性的陣列電解槽系統(tǒng)，包括若干電解槽、氣液分離系統(tǒng)、純化系統(tǒng)以及儲氣裝置，風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷通過電纜與若干電解槽連接，所述風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷產(chǎn)生的電能用于驅(qū)動若干電解槽進行電解水反應(yīng)，電解槽的輸出端均通過管道與匹配氣液分離系統(tǒng)的輸入端相連，氣液分離系統(tǒng)的氫氣輸出端通過管道與純化系統(tǒng)的輸入端相連，純化系統(tǒng)的輸出端通過管道與儲氣裝置連接；

4、所述的若干電解槽呈陣列并聯(lián)排布；

5、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，針對風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷特性，設(shè)置若干臺大型電解槽與若干臺小型電解槽，若干臺小型電解槽的功率總和等于一臺大型電解槽的功率；

6、每臺大型電解槽與一臺氣液分離系統(tǒng)連接，若干臺小型電解槽同時與一臺氣液分離系統(tǒng)連接，每臺氣液分離系統(tǒng)與一臺純化系統(tǒng)連接；

7、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，設(shè)置9臺大型電解槽，每臺大型電解槽為1000?nm3/h電解槽；若干臺小型電解槽包括1臺500?nm3/h電解槽、2臺為200?nm3/h電解槽，以及1臺100nm3/h電解槽；

8、每產(chǎn)生1000?nm3/h的氫氣配置1臺氣液分離系統(tǒng)；

9、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，陣列電解槽系統(tǒng)還包括控制器、變壓器以及整流器，風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷產(chǎn)生的電能輸入至變壓器，變壓器輸出的交流電接入整流器，整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電后在控制器的調(diào)節(jié)和監(jiān)控下輸入至電解槽中，其中，控制器用于監(jiān)測風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷的特性，并根據(jù)監(jiān)測的特性控制呈陣列排布的電解槽的運行狀態(tài)；

10、采用所述陣列電解槽系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法，陣列電解槽系統(tǒng)內(nèi)，在風(fēng)光發(fā)電的負(fù)荷為低負(fù)荷或中負(fù)荷時，若干電解槽的啟動優(yōu)先級為，優(yōu)先啟動100?nm3/h電解槽，其次啟動200?nm3/h電解槽，接著啟動500?nm3/h電解槽，最后啟動1000nm3/h電解槽；

11、在風(fēng)光發(fā)電的負(fù)荷為高負(fù)荷時，優(yōu)先啟動1000nm3/h電解槽；

12、若干電解槽運行時，當(dāng)發(fā)電量達(dá)到單臺電解槽運行負(fù)荷的100%時，將該臺電解槽的運行負(fù)荷降低至50%，同時開啟第二臺電解槽，直至所有電解槽均達(dá)到運行負(fù)荷的50%；

13、若發(fā)電量繼續(xù)提升，將發(fā)電量平均分配，直至所有電解槽運行負(fù)荷均達(dá)到100%；

14、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，基于權(quán)利要求3中設(shè)置的9臺1000?nm3/h電解槽、1臺500?nm3/h電解槽、2臺為200?nm3/h電解槽，以及1臺100?nm3/h電解槽，

15、1000?nm3/h電解槽最高運行負(fù)荷為5?mw，最低運行負(fù)荷為1?mw；

16、500?nm3/h電解槽最高運行負(fù)荷為2.5?mw，最低運行負(fù)荷為0.5?mw；

17、200?nm3/h電解槽最高運行負(fù)荷為1?mw，最低運行負(fù)荷為0.2?mw；

18、100nm3/h電解槽最高運行負(fù)荷為0.5?mw，最低運行負(fù)荷為0.1?mw；

19、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電的負(fù)荷為低負(fù)荷，即負(fù)荷范圍為0.1-1.5mw時；

20、若上游電力為0.1?mw，優(yōu)先啟動100?nm3/h電解槽，直至電力達(dá)到0.5?mw，此時將100?nm3/h電解槽的負(fù)荷降低至50%，即0.25?mw，剩余的0.25?mw分配至一臺200?nm3/h電解槽；

21、電力持續(xù)輸入，將200?nm3/h電解槽負(fù)荷提升至50%，即0.5?mw；若發(fā)電量繼續(xù)提升，將發(fā)電量負(fù)荷平均分配，直至兩臺電解槽負(fù)荷均提升至100%；

22、此時開啟一臺氣液分離系統(tǒng)以及一臺純化系統(tǒng)；

23、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電的負(fù)荷為中負(fù)荷，即負(fù)荷范圍為1.5-5?mw時；

24、若上游電力為1.5?mw，分配0.5?mw的電力至100?nm3/h電解槽，分配1?mw的電力至一臺200?nm3/h電解槽；

25、電力持續(xù)輸入，將200?nm3/h電解槽的50%負(fù)荷分配至另一臺200?nm3/h電解槽；

26、電力繼續(xù)輸入，將電量負(fù)荷平均分配至兩臺200?nm3/h電解槽，直至一臺100?nm3/h電解槽以及兩臺200?nm3/h電解槽負(fù)荷均提升至100%；

27、電力繼續(xù)輸入，將一臺100?nm3/h電解槽以及兩臺200?nm3/h電解槽負(fù)荷的50%負(fù)荷分配至一臺500?nm3/h電解槽；

28、電力繼續(xù)輸入，將電量負(fù)荷平均分配至一臺100?nm3/h電解槽、兩臺200?nm3/h電解槽以及一臺500?nm3/h電解槽，直至四臺電解槽負(fù)荷均提升至100%；

29、此時開啟一臺氣液分離系統(tǒng)以及一臺純化系統(tǒng)；

30、作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，當(dāng)風(fēng)光發(fā)電的負(fù)荷為高負(fù)荷，即負(fù)荷范圍為5-50?mw時；

31、若上游電力為5?mw，啟動兩臺1000?nm3/h電解槽，每臺分別分配2.5?mw電力；

32、電力繼續(xù)輸入，將其中一臺1000?nm3/h電解槽負(fù)荷提升至100%后，分配50%的負(fù)荷至第三臺1000?nm3/h電解槽，直至三臺1000?nm3/h電解槽負(fù)荷均至50%；以此類推，直至九臺電解槽負(fù)荷均至50%；

33、電力繼續(xù)輸入，將第九臺1000?nm3/h電解槽負(fù)荷提升至100%后，分配第九臺1000nm3/h電解槽50%的負(fù)荷至四臺小型電解槽，直至四臺小型電解槽的負(fù)荷均至50%；

34、電力繼續(xù)輸入，將電量負(fù)荷平均分配至所有電解槽，直至所有電解槽負(fù)荷均提升至100%；

35、每開啟一臺電解槽，即開啟一臺氣液分離系統(tǒng)以及一臺純化系統(tǒng)，直至開啟全部氣液分離系統(tǒng)與純化系統(tǒng)。

36、通過以上技術(shù)方案，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

37、1、本發(fā)明提供的基于風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷特性的陣列電解槽系統(tǒng)，基于歷史風(fēng)光發(fā)電數(shù)據(jù)，分析風(fēng)光發(fā)電的負(fù)荷特性，確定不同標(biāo)方電解槽的配置臺數(shù)以及排布模式，同時優(yōu)化了電解槽與氣液分離系統(tǒng)的連接方式，提高了系統(tǒng)整體自動化控制以及高效運行的能力；

38、2、本發(fā)明提供的優(yōu)化配置方法，確定風(fēng)光發(fā)電的低負(fù)荷時段和高負(fù)荷時段，基于風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷特性的陣列電解槽系統(tǒng)，根據(jù)電解槽的標(biāo)方和功率特性，充分利用不同標(biāo)方電解槽在低負(fù)荷和高負(fù)荷下運行效率以及穩(wěn)定性的優(yōu)勢，合理配比不同容量的電解槽，達(dá)到負(fù)荷下限量的最大化，同時進一步提高了系統(tǒng)的整體運行效率以及穩(wěn)定性。