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风电功率波动制氢
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2019/10/16 15:12:05 阅读:55次 【字体:
 

风电功率波动制氢

丹麦物理学家 Poul la cour(1846-1908)是世界上第一个利用风力制氢的人。1891年他建造了一台30kw左右的具有现代意义的风力发电机组,发出直流电并用于制氢,氢气储存在一个12m的容器中。该项目得到丹麦政府资助。他原先设想用氢气开车,由于内燃机没有制造成功,他就用氢气点燃他所教学的中学( Askov Folk High School)的灯。

 风力发电机发出的风电只需进行简单的变压、整流处理,将电压通过变压器调整到所需电压、将交流电整流为直流电即可制氢
 主要包括风力发电机组、电解槽、氢气储罐、燃料电池、电网等。其主要思路是:风力发电机组发出的电可以分别送至电网和电解槽,根据不同的生产需要来决定是供电还是生产氢气。
风力发电设备,平时将生成的电力输入电网。在夜间电力需求较小,以及电力出现剩余时,则会对水进行电解制造氢,然后将氢存储到储氢罐中。储藏的氢根据需要,与甲烷等可燃性气体(生物燃气)混合,然后供应给热电联产系统。而利用热电联产系统生产的电力供应给电力系统网,其废热则销售给地区供热系统。部分氢还将供应给位于柏林市内等的燃料电池车(FCV)及氢燃料汽车专用加氢站等.

风能是指地球表面大量空气流动所产生的动能。全球的风能约为274×10的9次方MW,其中可利用的风能为2×10的7次方MW,为地球上可开发利用的水能总量的10倍。
由于风速并非常数,风力发电整年的发电量不等于风机标示的发电率乘上所有的运转时间(一年内)。实际产生的值与理论值(最大值)称为容量因子。安装良好的风力发电机,其容量因子可达35%这样,标示1000kW的风力发电机,每年可发的电量最多到350kW。

风氢能源系统( WHHES)的原理及构成
可将其分为离网系统和并网系统两类。

离网系统中,风力发电全部或部分用于制氢,一般用于远距离电网,且风资源较好的偏远地区,规模较小。其目的主要是满足局部地区的能源需求,或仅仅为了制取氢气。具体操作时,有风时采用风力机组供电,同时电解水制氢并储存,无风时采用氢燃料电池发电。或者所有的风能全部转化成氢能后外销。但是,离网系统尚处在理论研究阶段, M.T.Igba等通过建模仿真的方法,初步硏究了该系统的动态特性[87],而 S. Kelouwani等则对系统中各个部件建模,进行了较为详细的研究[88]。同时,还有一系列研究比较了该系统的供电稳定性和经济性等方面。总的来说,该系统由于远离电网,难以为电解槽供应稳定的电压和电流输入,操作起来比较困难。


并网系统是一种比较容易实现的风氢能源系统,对于并网系统,有两种可能的操作方式:

①风力发电机组首要保证向电网供电。即当风力充足时,将部分电能用于制氢并储存,而当风能不足,风力发电机组不能满足电网需要时,采用燃料电池燃烧氢能,发电供给电网。同时,制氢系统同时承担着调峰的作用。该操作方式相对独立,能够满足小型能源循环系统的应用,但是比较复杂,运行成本和操作成本都比较高。

②风力发电系统中不包括燃料电池组。电网和电解池互相起到调峰的作用。当系统以供电为主要目的时,电解池起调峰作用;而当系统以电解制氢为主要目的时,电网起调峰作用。这种系统比较简单但是具有比较强的电网依赖性。


风能发电制氢优势及困难分析, 
风电输出功率波动对电解制氢装量性能

虽然电解水制氢已是成熟技术,风电制氢研究也在同步跟进。通过风电制氢储氢耦合技术、电解制氢等技术,示范建成风电耦合制储氢燃料电池发电柔性微网系统和风电制氢与燃料电池集成系统等两套系统。中船重工718研究所承担的宽功率波动高效电解制氢设备项目将风电技术与电解制氢技术有机结合,利用风力发电的弃风电力进行水电解制氢,是用来调节风电的间歇性、波动性的一种储能技术方案,将提髙风电场效率。电解槽由相互串联的平行极板组成,控制和调节系统设计,可使碱性水电解槽及整个制氢装置在供电功率50%-100%变化范围内正常运行,氢气产率随功率高低而变化,就使得总的氢气产率可在25%~100%范围内调节,即氢气产率和制氢装置的用电负荷可在25%~100%范围内调节,用于跟踪风能的波动性和间歇性。

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