一种风氢耦合发电系统及方法与流程

1.本技术涉及风力发电领域，尤其涉及一种风氢耦合发电系统及方法。

背景技术：

2.目前风电装机容量不断增长，风电功率的随机性与波动性会造成大规模并网下电压波动、频率偏差、电力谐波等问题，虽然该问题可通过风电功率预测方法预先对发电计划进行调整，但是预测精度往往存在较大误差，使得电力调度困难，影响电网质量。

技术实现要素：

3.本技术提供一种风氢耦合发电系统及方法，以至少解决因风电场输出功率波动较大、储能系统调控不足，而影响电网质量的技术问题。4.本技术第一方面实施例提出一种风氢耦合发电系统，所述系统包括：风力发电模块、控制模块和氢储能模块；5.所述风力发电模块，用于发电，并将其运行数据发送到所述控制模块；6.所述控制模块，用于接收电网的调度信号、风力发电模块的运行数据和第一运行数据，并基于所述调度信号、所述风力发电模块的运行数据和第一运行数据生成控制指令，然后将所述控制指令发送到氢储能模块；7.所述氢储能模块，用于接收所述控制模块发送的控制指令，并基于所述控制指令进行电解水制取氢气或将氢气作为燃料进行发电；8.其中，所述第一运行数据包括：电解槽的运行数据、氢燃料电池的运行数据、高压储氢罐的运行数据和缓冲装置的运行数据。9.优选的，所述氢储能模块包括：电解槽、压缩机、高压储氢罐和氢燃料电池；10.所述电解槽与所述控制模块双向通信连接，用于接收控制模块发送的控制指令，并将电解槽的运行数据发送到控制模块；11.所述电解槽与所述风力发电模块连接，所述电解槽还用于基于所述控制指令将风机发电机组输出的电能进行电解水制取氢气；12.所述压缩机分别与所述电解槽、所述高压储氢罐连接，所述压缩机用于将所述电解槽产生的氢气压缩到所述高压储氢罐中；13.所述氢燃料电池与所述控制模块双向通信连接，所述氢燃料电池用于接收所述控制模块发送的控制指令，并将氢燃料电池的运行数据发送到控制模块；14.所述氢燃料电池分别与所述高压储氢罐、电网连接，所述氢燃料电池还用于基于所述控制指令将高压储氢罐中的氢气作为燃料进行发电，然后将所发的电能输送到电网。15.进一步的，所述氢储能模块还包括：缓冲装置；16.所述缓冲装置分别与所述电解槽、所述压缩机连接，所述缓冲装置用于将所述电解槽产生的氢气通过所述缓冲装置输送到所述高压储氢罐。17.进一步的，所述高压储氢罐还用于向所述控制模块发送高压储氢罐的运行数据；18.所述缓冲装置还用于向所述控制模块发送缓冲装置的运行数据。19.进一步的，所述风力发电模块的运行数据，包括：风电机组的额定输出功率、实际输出功率、切入风速、切出风速和额定风速；20.所述电解槽的运行数据，包括：氢气产量、电解槽运行时间、每1kwh电能制取的氢气体积、电解槽效率、产生氢气的摩尔数量和气体摩尔体积；21.所述氢燃料电池的运行数据，包括：氢燃料电池输出功率、氢气输入量、每产生1kwh电所需氢气量、氢燃料电池转化效率和燃料电池工作时间；22.所述高压储氢罐的运行数据包括：罐内氢气摩尔数量、储氢罐漏气率、输入气体效率、燃料电池所需氢气摩尔数量和输出气体效率；23.所述缓冲装置的运行数据包括：缓冲装置内部压强、缓冲装置温度、缓冲装置体积。24.本技术第二方面实施例提出一种风氢耦合发电方法，所述方法包括：25.获取电网的调度信号、风力发电模块的运行数据和第一运行数据；26.根据所述调度信号、所述风力发电模块的运行数据和第一运行数据确定控制模块所需下发的控制指令；27.根据所述控制指令控制氢储能模块进行电解水制取氢气或将氢气作为燃料进行发电。28.优选的，所述根据所述调度信号、所述风力发电模块的运行数据和第一运行数据确定控制模块所需下发的控制指令，包括：29.当风力发电模块的实时输出功率大于电网的调度信号对应的功率值时，控制模块基于第一运行数据生成启动电解槽的控制指令；30.当风力发电模块的实时输出功率小于电网的调度信号对应的功率值时，控制模块基于第一运行数据生成启动氢燃料电池的控制指令。31.进一步的，所述根据所述控制指令控制氢储能模块进行电解水制取氢气或将氢气作为燃料进行发电，包括：32.若所述控制指令为启动电解槽，则利用风力发电机产生的多余功率启动电解槽，然后通过电解水制取氢气；33.若所述控制指令为启动氢燃料电池，则利用高压储氢罐中的氢气作为燃料进行发电。34.进一步的，所述通过电解水制取氢气之后还包括:35.将所述氢气通过缓冲装置输送到高压储氢罐中进行存储。36.本技术第三方面实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第二方面实施例所述的方法。37.本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：38.本技术提出了一种风氢耦合发电系统及方法，所述系统包括：风力发电模块、控制模块和氢储能模块；所述风力发电模块，用于发电，并将其运行数据发送到所述控制模块；所述控制模块，用于接收电网的调度信号、风力发电模块的运行数据和第一运行数据，并基于所述调度信号、所述风力发电模块的运行数据和第一运行数据生成控制指令，然后将所述控制指令发送到氢储能模块；所述氢储能模块，用于接收所述控制模块发送的控制指令，并基于所述控制指令进行电解水制取氢气或将氢气作为燃料进行发电；其中，所述第一运行数据包括：电解槽的运行数据、氢燃料电池的运行数据、高压储氢罐的运行数据和缓冲装置的运行数据。本技术提出的技术方案，采用来源广、热值高、无污染的氢作为储能方式，参与调节风电功率偏差，通过电解槽-储氢罐-燃料电池，实现回馈闭环及风电规模化综合开发利用，同时也提高了电网质量。39.本技术附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明40.本技术上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：41.图1为根据本技术一个实施例提供的一种风氢耦合发电系统的结构图；42.图2为根据本技术一个实施例提供的一种风氢耦合发电系统与电网连接的示意图；43.图3为根据本技术一个实施例提供的氢储能模块的第一种结构图；44.图4为根据本技术一个实施例提供的氢储能模块的第二种结构图；45.图5为根据本技术一个实施例提供的风氢耦合发电系统与电网连接的详细示意图；46.图6为根据本技术一个实施例提供的一种风氢耦合发电方法的流程图。47.附图标记：48.风力发电模块100、控制模块200、氢储能模块300、电网400、电解槽301、压缩机302、高压储氢罐303、氢燃料电池304、缓冲装置305。具体实施方式49.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。50.本技术提出的一种风氢耦合发电系统及方法，所述系统包括：风力发电模块、控制模块和氢储能模块；所述风力发电模块，用于发电，并将其运行数据发送到所述控制模块；所述控制模块，用于接收电网的调度信号、风力发电模块的运行数据和第一运行数据，并基于所述调度信号、所述风力发电模块的运行数据和第一运行数据生成控制指令，然后将所述控制指令发送到氢储能模块；所述氢储能模块，用于接收所述控制模块发送的控制指令，并基于所述控制指令进行电解水制取氢气或将氢气作为燃料进行发电；其中，所述第一运行数据包括：电解槽的运行数据、氢燃料电池的运行数据、高压储氢罐的运行数据和缓冲装置的运行数据。本技术提出的技术方案，采用来源广、热值高、无污染的氢作为储能方式，参与调节风电功率偏差，通过电解槽-储氢罐-燃料电池，实现回馈闭环及风电规模化综合开发利用，同时也提高了电网质量。51.下面参考附图描述本技术实施例的一种风氢耦合发电系统及方法。52.实施例一53.图1为根据本技术一个实施例提供的一种风氢耦合发电系统的结构，如图1所示，所述系统包括：风力发电模块100、控制模块200和氢储能模块300；54.所述风力发电模块100，用于发电，并将其运行数据发送到所述控制模块200；55.所述控制模块200，用于接收电网400的调度信号、风力发电模块100的运行数据和第一运行数据，并基于所述调度信号、所述风力发电模块的运行数据和第一运行数据生成控制指令，然后将所述控制指令发送到氢储能模块；56.其中，所述风力发电模块100的运行数据，包括：风电机组的额定输出功率、实际输出功率、切入风速、切出风速和额定风速；57.需要说明的是，所述风力发电模块100可以包括：风力发电机组及其支撑结构；58.进一步的所述风力发电模块分别与所述控制模块200、氢储能模块300和电网400连接。59.所述氢储能模块300，用于接收所述控制模块发送的控制指令，并基于所述控制指令进行电解水制取氢气或将氢气作为燃料进行发电。60.示例的，如图2所示为风氢耦合发电系统与电网连接的示意图。61.在本公开实施例中，如图3所示，所述氢储能模块300包括：电解槽301、压缩机302、高压储氢罐303和氢燃料电池304；62.所述电解槽301与所述控制模块200双向通信连接，用于接收控制模块200发送的控制指令，并将电解槽301的运行数据发送到控制模块200；63.其中，所述电解槽的运行数据，包括：氢气产量、电解槽运行时间、每1kwh电能制取的氢气体积、电解槽效率、产生氢气的摩尔数量和气体摩尔体积；64.所述电解槽301与所述风力发电模块100连接，所述电解槽301还用于基于所述控制指令将风机发电机组400输出的电能进行电解水制取氢气；65.所述压缩机302分别与所述电解槽301、所述高压储氢罐303连接，所述压缩机302用于将所述电解槽301产生的氢气压缩到所述高压储氢罐303中。66.需要说明的是，所述高压储氢罐303与所述控制模块200连接，所述高压储氢罐303将罐内氢气摩尔数量、储氢罐漏气率、输入气体效率、燃料电池所需氢气摩尔数量、输出气体效率发送到控制模块200；67.所述高压储氢罐303用于存储氢气，其中所述高压储氢罐303的运行数据包括：罐内氢气摩尔数量、储氢罐漏气率、输入气体效率、燃料电池所需氢气摩尔数量和输出气体效率。68.所述氢燃料电池304与所述控制模块200双向通信连接，所述氢燃料电池304用于接收所述控制模块200发送的控制指令，并将氢燃料电池304的运行数据发送到控制模块200；69.其中，所述氢燃料电池的运行数据，包括：氢燃料电池输出功率、氢气输入量、每产生1kwh电所需氢气量、氢燃料电池转化效率和燃料电池工作时间。70.所述氢燃料电池304分别与所述高压储氢罐303、电网400连接，所述氢燃料电池304还用于基于所述控制指令将高压储氢罐303中的氢气作为燃料进行发电，然后将所发的电能输送到电网400。71.进一步的，如图4所示，所述氢储能模块300还包括：缓冲装置305；72.所述缓冲装置305分别与所述电解槽301、所述压缩机302连接，所述缓冲装置305用于将所述电解槽301产生的氢气通过所述缓冲装置305输送到所述高压储氢罐303，其中所述缓冲装置305向控制模块200发送缓冲装置305的内部压强、温度、体积。73.需要说明的是，缓冲装置305可以将产生的氢气平稳地输送到压缩机302中，其中所述缓冲装置305的运行数据包括：缓冲装置内部压强、缓冲装置温度、缓冲装置体积。74.示例的，当风力发电模块100输出的实时风电功率大于电网400的调度信息即预测上报功率时，即风力发电机400产生的电量大于电网需求的电量，此时将风力发电机400产生的多余功率用于启动电解槽301，通过电解水制取氢气。简言之，电解槽301的作用是通过电解水来制取氢气，而启动电解槽需的电，来自于风机多发出的电。75.需要说明的是，电网400对电量的需要是有控制的，并不是风电机组400发出的所有电都能上电网，超出需求的部分就得弃掉，所以用弃掉的电来电解水；76.当风力发电模块100输出的实时风电功率小于电网400的调度信息即预测上报功率时，通过控制模块200启动氢燃料电池304，将高压储氢罐303中的氢气作为燃料发电，补充风电功率缺口，满足风电上网要求。77.示例的，如图5所示为本实施例提供的风氢耦合发电系统与电网400连接详细示意图，基于上述系统用于实现本实施所提供发电方案，其中，图中实线单箭头线表示电能输送，间隙小的虚线单箭头线表示运行数据的传输、间隙大的虚线单箭头线表示氢气流的传输，虚线双箭头线表示双向通信。78.综上所述，本实施例提出的一种风氢耦合发电系统，采用来源广、热值高、无污染的氢作为储能方式，参与调节风电功率偏差，通过电解槽-储氢罐-燃料电池，实现回馈闭环及风电规模化综合开发利用，同时也提高了电网质量。79.实施例二80.图6为根据本技术一个实施例提供的一种风氢耦合发电方法的流程图，如图6所示，所述方法包括：81.步骤1：获取电网的调度信号、风力发电模块的运行数据和第一运行数据；82.步骤2：根据所述调度信号、所述运行数据和第一运行数据确定控制模块所需下发的控制指令；83.步骤3：根据所述控制指令控制氢储能模块进行电解水制取氢气或将氢气作为燃料进行发电。84.在本公开实施例中，所述步骤2具体包括：85.当风力发电模块的实时输出功率大于电网的调度信号对应的功率值时，控制模块基于第一运行数据生成启动电解槽的控制指令；86.当风力发电模块的实时输出功率小于电网的调度信号对应的功率值时，控制模块基于第一运行数据生成启动氢燃料电池的控制指令。87.在本公开实施例中，所述步骤3具体包括：88.若所述控制指令为启动电解槽，则利用风力发电机产生的多余功率启动电解槽，然后通过电解水制取氢气；89.若所述控制指令为启动氢燃料电池，则利用高压储氢罐中的氢气作为燃料进行发电。90.需要说明的是，所述通过电解水制取氢气之后还包括:91.将所述氢气通过缓冲装置输送到高压储氢罐中进行存储。92.综上所述，本实施例提出的一种风氢耦合发电方法，采用来源广、热值高、无污染的氢作为储能方式，参与调节风电功率偏差，通过电解槽-储氢罐-燃料电池，实现回馈闭环及风电规模化综合开发利用，同时也提高了电网质量。93.实施例三94.为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如实施例二所述的方法。95.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。96.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。97.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。