0的實(shí)體獲得的信息作出響應(yīng)，該信息表明氣體管線34中的天然氣流率，或直接或進(jìn)一步計(jì)算后表明天然氣系統(tǒng)30是否能夠接受更多的氫。在從管理天然氣系統(tǒng)30的實(shí)體獲得信息的情況下，該實(shí)體能夠確定不被適用于天然氣系統(tǒng)30的所有部件的單一最大氫濃度所限的最大注入速率。在這種情況下，最大注入速率可以考慮例如由儲(chǔ)氣庫(kù)36或天然氣的流入所引起的氣體管線34下游的稀釋。可選地，氫管線38可以將氫直接輸送到儲(chǔ)氣庫(kù)36，在這種情況下，是否允許注入更多的氫可由儲(chǔ)氣庫(kù)36內(nèi)的氫濃度是否超過(guò)所選的最大濃度來(lái)決定。
[0061 ] 控制器60連續(xù)地或以輪詢間隔對(duì)氣體計(jì)量器58或內(nèi)部氣體計(jì)量器所表明的氫生產(chǎn)速率與最大注入速率進(jìn)行比較。只要?dú)渖a(chǎn)速率保持在最大注入速率以下，那么生產(chǎn)速率就能夠由其他因素來(lái)決定。然而，如果氫生產(chǎn)速率超過(guò)最大注入速率，那么控制器60可向運(yùn)營(yíng)者發(fā)送警報(bào)，或例如通過(guò)向電解器12內(nèi)的直流電源發(fā)送信號(hào)的方式來(lái)直接減小電解器12的功耗?？蛇x地，控制器60或電解器運(yùn)營(yíng)者也可將表明電解器12正在降低其功耗的信號(hào)發(fā)送給電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者26。
[0062]電解器12相對(duì)于氣體管線34中的通常流率的大小最好極少超過(guò)最大氫注入速率?？蛇x地，氫管線38可用于將電解器12與較遠(yuǎn)但較大的氣體管線34相連，或?qū)⑵渲苯优c儲(chǔ)氣庫(kù)36相連。任何臨時(shí)儲(chǔ)氣庫(kù)52可被用來(lái)允許一些氫以超過(guò)最大注入速率的速率幾次生產(chǎn)。然而有時(shí)，控制器60可能仍需要幾次降低氫生產(chǎn)的凈速率。可通過(guò)降低氫生產(chǎn)的實(shí)際速率或通過(guò)將生產(chǎn)的一些氫排放到大氣來(lái)降低氫生產(chǎn)的凈速率。盡管排放氫并非所期望的，氫與排放的或大氣中的氧再結(jié)合從而形成水，對(duì)環(huán)境沒(méi)有實(shí)質(zhì)性損害。
[0063]降低氫生產(chǎn)的實(shí)際速率通常需要降低電力消耗的速率。雖然降低電力消耗經(jīng)常可被接受，但在一些情況下電解器12根據(jù)合約或調(diào)度指令消耗預(yù)定的電量，或電解器12可執(zhí)行電網(wǎng)服務(wù)。在這些情況下，未計(jì)劃的電力消耗的降低可能損害電網(wǎng)14，或?qū)﹄娋W(wǎng)運(yùn)營(yíng)者26或電解器運(yùn)營(yíng)者造成經(jīng)濟(jì)損害。在這些情況中，電解器運(yùn)營(yíng)者可能更愿意排放氫。
[0064]為了避免未計(jì)劃的電力消耗的降低或氫排放，控制器60、電解器運(yùn)營(yíng)者、別的人員或物可對(duì)預(yù)計(jì)將存在一段時(shí)期的最大注入速率進(jìn)行預(yù)測(cè)。該預(yù)測(cè)可基于氣體管線34內(nèi)的一個(gè)以上的當(dāng)前流率、通過(guò)氣體管線34的流率的當(dāng)前趨勢(shì)、歷史數(shù)據(jù)、或者接收自天然氣系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)者的信息。在電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者26完全或一定程度地控制電解器12的情況下，該預(yù)測(cè)可被轉(zhuǎn)換成有效功耗量并被提供給電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者26?？蛇x地，電解器運(yùn)營(yíng)者或控制器60可基于該預(yù)測(cè)拒絕或修改調(diào)度指令或請(qǐng)求來(lái)自于電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者26的電網(wǎng)服務(wù)。在其他情況下，電解器運(yùn)營(yíng)者可基于該預(yù)測(cè)對(duì)能量合約出價(jià)。電解器運(yùn)營(yíng)者可將安全因素應(yīng)用至該預(yù)測(cè)、如果預(yù)測(cè)錯(cuò)誤接受氫排放的可能性、或甚至遵守被預(yù)測(cè)為將造成需要排放氫的功耗調(diào)度或合約。
[0065]氣體計(jì)量器58對(duì)加入到管線34的氫的量進(jìn)行記錄。在實(shí)際氫的銷售中，天然氣系統(tǒng)30的運(yùn)營(yíng)者可基于計(jì)量器58的讀數(shù)按照合約或規(guī)定所確定的價(jià)格對(duì)電解器運(yùn)營(yíng)者的氫付費(fèi)。氫與天然氣混合在一起之后便被視為天然氣。可選地，管線34與消耗者40之間的消耗者氣體計(jì)量器64可以包括氫濃度傳感器。為了結(jié)算的目的，計(jì)量器64或由天然氣系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)者操作的計(jì)算機(jī)可調(diào)節(jié)實(shí)際氣體流率來(lái)提供具有等效熱值的不含氫的天然氣的流率?？蛇x地，天然氣系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)者可基于由注入到管線34內(nèi)的氫引起的流經(jīng)計(jì)量器64的氣體熱值的估算出的降低對(duì)電解器12下游的一組消耗者40提供調(diào)節(jié)。
[0066]可使用計(jì)算出或測(cè)量出的流率和氫濃度信息，通過(guò)計(jì)算用戶實(shí)際消耗的氫的量，來(lái)對(duì)燃?xì)庀恼?0進(jìn)行實(shí)際的氫銷售。也可經(jīng)由氫管線38或以罐車的方式將氫銷售給消耗者40。
[0067]可選地，可對(duì)消耗者40進(jìn)行氫的虛擬銷售。由用戶氣體計(jì)量器64記錄不同消耗者40取回的氣體的量。由每個(gè)消耗者40所消耗的小于或等于由氣體計(jì)量器58記錄的所生產(chǎn)的氫的量的一些或所有的氣體的總和被認(rèn)為是氫。針對(duì)被認(rèn)為的氫，消耗者40向電解器運(yùn)營(yíng)者或天然氣系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)者付費(fèi)。在給定時(shí)間段，氫產(chǎn)量與認(rèn)為的消耗可能平衡，也可能不平衡。如果生產(chǎn)量與被認(rèn)為的消耗不同，那么則認(rèn)為氫在那段時(shí)間內(nèi)被存儲(chǔ)起來(lái)或從天然氣系統(tǒng)30中被取出。
[0068]可選地，氫的分銷商可能與電解器運(yùn)營(yíng)者簽訂購(gòu)氫合約，并將氫銷售給消耗者40。氫分銷商向電解器運(yùn)營(yíng)者付費(fèi)購(gòu)買，并且將分銷商所購(gòu)買的氫從經(jīng)由氣體計(jì)量器58記錄的流量中減去。任何剩余的氫可被銷售給天然氣系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)者或其他的用戶。針對(duì)計(jì)量器64指示的一些或所有的氣體使用，消耗者40向氫分銷商付費(fèi)。消耗者40所使用的任何其余氣體的費(fèi)用將被付給天然氣系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)者。
[0069]在任意這些過(guò)程中，也可將費(fèi)用支付給天然氣系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)者，以傳送或存儲(chǔ)氫。氫可以被結(jié)算為氫，或者按照天然氣的熱值被結(jié)算為等效量。
[0070]可以將氫視為已被生產(chǎn)或者基于用來(lái)生產(chǎn)氫的電力的來(lái)源而被標(biāo)記有屬性。例如，電解器12可以僅與風(fēng)電場(chǎng)、太陽(yáng)能設(shè)施或其他特定的發(fā)電機(jī)22相連，而不與電網(wǎng)14相連。在更有可能的情況中，可將電解器12與發(fā)電機(jī)22與電網(wǎng)14的剩余部分之間的傳輸線20相連。假設(shè)不存在從電網(wǎng)14到傳輸線20的電的流量或凈流量，可將氫標(biāo)記成已經(jīng)由特定發(fā)電機(jī)22生產(chǎn)。即便存在來(lái)自于電網(wǎng)14的電流的流量或凈流量，可基于其發(fā)電量而將一部分氫標(biāo)記成由特定發(fā)電機(jī)22生產(chǎn)。在電力合約已在市場(chǎng)賣出且合約指定了發(fā)電機(jī)22的情況下，可將相應(yīng)量的氫標(biāo)記成已由指定發(fā)電機(jī)22生產(chǎn)。
[0071]在考慮標(biāo)記的情況下，已標(biāo)記的氫可以按照真實(shí)或虛擬的方式被出售。例如，消耗者40可以同意對(duì)標(biāo)記成由發(fā)電機(jī)22利用諸如風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物氣或合成氣等可再生能源所生產(chǎn)的氫支付較高的價(jià)格?？蛇x地，碳信用額或補(bǔ)償、稅額減免或其他的可再生能源的經(jīng)濟(jì)或監(jiān)管屬性可能與已標(biāo)記的氫有關(guān)聯(lián)。與已標(biāo)記氫的生產(chǎn)和使用相關(guān)的數(shù)據(jù)被收集在計(jì)算機(jī)中，并用于計(jì)算已標(biāo)記氫的銷售賬單，或用于形成其他經(jīng)濟(jì)或監(jiān)管屬性的轉(zhuǎn)移記錄。當(dāng)涉及氫分銷商時(shí)，分銷商可僅對(duì)已標(biāo)記氫進(jìn)行虛擬購(gòu)買。已標(biāo)記氫屬性被傳輸給分銷商，接著，分銷商可以將這些屬性傳輸給用戶。以這種方式，分銷商可僅對(duì)已經(jīng)由可再生資源生產(chǎn)的氫進(jìn)行虛擬銷售。這種虛擬銷售可以通過(guò)實(shí)際交付天然氣來(lái)滿足，盡管實(shí)際的氫在別處取代天然氣而被使用?？蛇x地，分銷商可允許用戶根據(jù)已購(gòu)的已標(biāo)記氫來(lái)主張?zhí)夹庞妙~、稅額減免、碳補(bǔ)償或其他權(quán)益。
[0072]電解器12最好與高容量傳輸線20相連。具體地，電解器12可以與交換傳輸線18相連或在其附近。由于交換傳輸線18是為了通過(guò)不平衡市場(chǎng)將電力銷售到其他控制區(qū)域而被建立的，所以將電網(wǎng)14配置為可將過(guò)量的電力運(yùn)送到這些線路18。位于交換線路18附近的電解器12處于合適于消耗過(guò)量的功率的位置，否則，這些過(guò)量的功率通常需要在不平衡市場(chǎng)中以負(fù)定價(jià)被銷售。這種電解器12也可以放置為允許電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者26在不使內(nèi)部傳輸線20過(guò)載的情況下購(gòu)買或允許購(gòu)買經(jīng)交換線路18而來(lái)的不平衡能量。
[0073]當(dāng)天然氣價(jià)格沒(méi)有使得將電力轉(zhuǎn)換成天然氣變得有利潤(rùn)時(shí)，電解器12的運(yùn)行主要用來(lái)提供電網(wǎng)服務(wù)。在這種模式中，氫作為提供電網(wǎng)服務(wù)的副產(chǎn)品被生產(chǎn)并銷售，但是在其他時(shí)間并不生產(chǎn)氫。除非被調(diào)度，或在一些特定時(shí)間段電力供應(yīng)的速率非常低，否則電解器關(guān)閉。電解器12可根據(jù)合約按照電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者26的需要來(lái)運(yùn)行，或被置于電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者26的直接控制之下。當(dāng)提供具有五分鐘以上的時(shí)間尺度的電網(wǎng)服務(wù)時(shí)，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者26可與電解器運(yùn)營(yíng)者通過(guò)調(diào)度指令或確認(rèn)消息的方式進(jìn)行通信。調(diào)度指令可以通過(guò)電話、電子郵件或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)鏈路來(lái)遞送，并且指定了一個(gè)以上未來(lái)時(shí)間段內(nèi)的一個(gè)以上期望的消耗速率。確認(rèn)消息以相同或其他的形式的通信被遞送，其表明電解器12能夠并且將要按照調(diào)度指令中所指定來(lái)消耗電力，或者表明電解器12能夠遵守一部分調(diào)度指令。在調(diào)度指令的時(shí)間段內(nèi)，記錄了電解器12的實(shí)際消耗的來(lái)自計(jì)量器84(見(jiàn)圖3)的信息也被發(fā)送給電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者26。
[0074]當(dāng)電解器12提供例如頻率調(diào)整之類的具有較短的時(shí)間尺度的電網(wǎng)服務(wù)時(shí)，在電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者26與電解器的控制器60之間，指令以及確認(rèn)消息被直接發(fā)送。這些消息可通過(guò)專用通信鏈路28發(fā)送。
[0075]在一些情況中，在電解器滿功率運(yùn)行的默認(rèn)條件下，至少對(duì)氫有充足需求的時(shí)候，氫的市場(chǎng)價(jià)格使其有利潤(rùn)。例如，在諸如夏威夷以及新加坡之類的島嶼上，天然氣必須通過(guò)罐輸入，或在島上生產(chǎn)，因此天然氣價(jià)格一般較高。也存在一些氫的市場(chǎng)，其中，氫可以作為車輛燃料、加熱燃料、作為廢水處理、合成器升級(jí)中的工業(yè)化學(xué)品，作為添加到車用天然氣中的添加劑、以及作為在天然氣發(fā)電站中燃燒的天然氣的添加劑。也可以將氫與丙烷混合以提供與天然氣相似的帶有WAUB指數(shù)的混合氣體。在這些情況下，電解器12可以通過(guò)作為可中斷負(fù)荷或被控制用于負(fù)荷毀滅或視在功率生產(chǎn)來(lái)提供電網(wǎng)服務(wù)。
[0076]圖3示出電解器12的各種電氣部件。電解器12具有一組層疊組件80。各層疊組件80進(jìn)而包含多個(gè)電解器層疊。層疊可以是例如堿性或高分子電解質(zhì)膜(polymerelectrolyte membrane，PEM)層疊。由于PEM層疊能夠運(yùn)行在零伏附近，所以PEM層疊是優(yōu)選的，而堿性層疊卻通常不能運(yùn)行在其最大電力消耗的有效百分比(例如50%以下)以下。PEM層疊也具有更大的功率密度并且被設(shè)計(jì)成能夠生產(chǎn)更高壓力的氫。另一方面，諸如由水吉能公司(Hydrogenics Corporat1n)銷售的一些堿性層疊被設(shè)計(jì)成自泵式。在提供電網(wǎng)服務(wù)時(shí)這種自泵特征很有用，這是因?yàn)槠浔苊饬祟l繁地改變水泵或者流量控制閥的速度的需要。
[0077]從電網(wǎng)14經(jīng)傳輸線18及20再經(jīng)由AC-AC降壓器82將電能提供給電解器12。降壓器82將傳輸線18及20中的電壓降低到控制區(qū)域16中的標(biāo)準(zhǔn)降壓(例如120V或220V)。總功耗由主電計(jì)量器84跟蹤。交流電經(jīng)由主總線86可用于電解器12內(nèi)的各種部件。
[0078]各層疊組件80經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的直流電源90以及層疊子計(jì)量器88單獨(dú)與主總線86相連。直流電源90應(yīng)最好具有寬的電壓范圍、大的電流容量以及耐用的可變輸出機(jī)構(gòu)。一種合適的電源是AEG Power Solut1ns制造的Thyrobox H2?電源。這些電源具有在IVDC?400VDC之間且達(dá)到15，OOOAmp的DC輸出，并且具有基于Thyristor的可變輸出機(jī)構(gòu)。Thyristor機(jī)構(gòu)是固態(tài)器件，能夠避免活動(dòng)部件在長(zhǎng)期持續(xù)的快速功率變化的情況下磨損。如果需要提供充足電力，那么可為各層疊組件80設(shè)置多個(gè)電源。
[0079]電解器12也具有輔助設(shè)備(balance of plant) 94，輔助設(shè)備94的各個(gè)部分將進(jìn)一步參照?qǐng)D4來(lái)說(shuō)明。輔助設(shè)備94的電源經(jīng)由輔助設(shè)備子計(jì)量器92從主總線86提供。
[0080]當(dāng)主控制器60操作用于提供例如頻率調(diào)整的電網(wǎng)服務(wù)時(shí)，其嘗試操作DC電源90，使電解器12消耗指定的電量。電量可由運(yùn)營(yíng)者在考慮調(diào)度或市場(chǎng)供應(yīng)的情況下來(lái)經(jīng)由通信鏈路28指定，或者經(jīng)由