一种风光电协同的电解制氢系统的制作方法

本发明涉及一种绿色制氢，具体是一种风光电协同的电解制氢系统。

背景技术：

1、随着全球能源结构的转型和对可再生能源的迫切需求，风光电作为清洁、可持续的能源形式受到广泛关注。然而，风光电具有间歇性和不稳定性，这对其并网和有效利用带来了挑战。因此，提出了风光电协同的电解制氢系统。

2、系统主要由风力发电机、光电转换设备、电解槽、储氢罐、等关键部件组成。风力发电机和光电转换设备负责将自然风和太阳能转化为电能，这些电能随后被输送到电解槽中。电解槽是核心部件，它通过电解水产生氢气和氧气。产生的氢气被储存到储氢罐中，以备后续应用，如电力供应、交通领域或化工原料等。控制系统则负责监控整个系统的运行状态，确保各个部件协同工作。

3、风光电协同的电解制氢系统不仅解决了风光电的并网问题，还有效利用了这些可再生能源，减少了化石燃料的依赖，降低了温室气体排放。同时，它促进了能源结构的多元化，提高了能源供应的安全性和稳定性。此外，该系统还有助于推动相关产业的发展，如氢能产业、新能源汽车产业等，从而创造更多的经济价值和社会价值。

4、目前，虽然风光电协同的电解制氢系统在理论上具有诸多优势，但在实际应用中仍存在一些挑战和不足。首先，电解槽的效率和稳定性仍有待提高，特别是在应对风光电不稳定性方面，特别是电压的波动，对电解制氢系统的效率和产生的氢气质量都有显著的影响。当风光电产生的电压升高，超过电解槽设计的额定电压时，会导致电解槽内部的电极和隔膜承受过高的电压应力。这可能会加速电极的腐蚀和损坏，缩短电解槽的使用寿命。同时，过高的电压可能导致电解过程中产生过多的热量，使得电解槽内部温度升高，进一步影响其稳定性和效率。此外，过高的电压还可能引发电解槽内部的气体交叉渗透，降低产生的氢气的纯度。当风光电的电压下降，低于电解槽正常工作所需的最低电压时，电解反应可能无法有效进行。这会导致电解槽的制氢效率显著下降，甚至可能完全停止产氢。长时间的低电压运行还可能导致电解槽内部的电极表面发生钝化，进一步降低其反应活性。

5、因此，有必要提供一种风光电协同的电解制氢系统，研发更先进的控制系统和电解槽技术，以更好地适应风光电的电压波动，以解决上述背景技术中提出的问题。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种风光电协同的电解制氢系统，包括：

2、a.能源收集与转换系统：

3、通过天气监测模块，实时监测风速和光照强度；

4、如果风速或光照强度适合发电，则进入下一步；否则，系统停止运行；

5、若风速合适，启动风力发电模块，捕获风能并将其转换为电能；

6、若光照强度合适，启动太阳能发电模块，捕获太阳能并将其转换为电能；

7、b.能源管理与分配系统：

8、对收集到的电能进行管理与分配；

9、若当前电能输出大于电解所需电能的上阈值，则将多余的电能储存到储能模块中；

10、若当前电能输出小于电解所需电能的下阈值，则首先检查储能模块中的电能是否充足；

11、如果储能模块电能充足，则由储能模块输出电能以补充不足；

12、如果储能模块电能也不足，则系统停止运行；

13、c.电解制氢系统：

14、传感器实时检测电解过程中的各项参数，包括但不限于电解液浓度、温度、电解电压；

15、电解液自动调配机构调整电解液浓度，以确保电解过程中的反应速率；

16、调节间距执行机构调整电极间距，以确保电解过程中的反应速率；

17、确保所有参数都符合要求，电解槽模块开始电解水产生氢气；

18、d.氢气储存与输送系统：

19、对产生的氢气进行净化处理，去除其中的杂质和水分；

20、将净化后的氢气进行压缩，以便储存和运输；

21、将压缩后的氢气储存到氢气储存模块中，等待后续使用或输送。

22、进一步的，作为优选，所述电解液自动调配机构包括：

23、电解质储存罐和淡水储存罐：分别用于储存电解质和淡水，配备有料位检测以确保材料充足；

24、混水阀：通过泵和管道与电解质储存罐和淡水储存罐连接，能够调节电解质和淡水的混合比例，其调节算法受传感器反馈控制，并将混合后的电解液输送到电解槽模块中进行电解；

25、气液分离装置：用于将电解槽模块中产生的氢气混合液和氧气混合液中的氢气和氧气分离，并回收电解液；

26、电解液提纯装置：用于将气液分离装置回收的电解液提纯分离成高浓度的电解质和淡水，并将电解质和淡水补充回电解质储存罐和淡水储存罐中。

27、进一步的，作为优选，所述电解槽模块包括两片压板，两片所述压板间分布有多个电解单元，两片所述压板间的周围通过多根固定轴固定连接，两片所述压板下部设有连通到电解单元内的电解液进管，一片所述压板上部设有连通到电解单元内的氧侧出管，另一片所述压板上部设有连通到电解单元内的氢侧出管，两片所述压板间上部的前后侧分别设有阳极导电管和阴极导电管；

28、所述调节间距执行机构包括伺服电机，所述伺服电机设置在其中一片所述压板中部，所述伺服电机连接有可转动地贯穿到电解单元内的导向轴。

29、进一步的，作为优选，所述电解单元包括两片极板，两片极板间垫有密封圈，所述密封圈内设有将两侧隔开的隔膜，所述密封圈与两侧的极板间分别设有阳极导电环和阴极导电环，所述阳极导电环内设有阳极电极板，所述阴极导电环内设有阴极电极板。

30、进一步的，作为优选，所述极板两侧均有内凹的槽，相邻的两个所述电解单元共用同一片极板。

31、进一步的，作为优选，所述阳极导电环与阳极导电管固定连接，所述阴极导电环与阴极导电管固定连接。

32、进一步的，作为优选，所述隔膜与靠近阳极电极板一侧的极板间的空间与氧侧出管连通，所述隔膜与靠近阴极电极板一侧的极板间的空间与氢侧出管连通，所述隔膜与两侧极板间的空间均与电解液进管连通。

33、进一步的，作为优选，所述阳极电极板与阳极导电环可滑动地连接，所述阴极电极板与阴极导电环可滑动地连接，所述导向轴对应阳极电极板和阴极电极板处开设有反向的螺纹，使所述导向轴分别与应阳极电极板和阴极电极板螺纹连接。

34、进一步的，作为优选，所述阳极导电环和阴极导电环均为石墨材质。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、本系统通过优化电解槽模块设计，使得多个电解单元能够独立且高效地进行电解反应。每个电解单元都配备了独立的导电系统，确保电流能够均匀地通过每个电解单元，从而提高整体的电解效率。此外，系统能够根据实际需求动态调整电解条件，如极板间距，以达到最优的电解效果，进一步提高产量。从而针对风光电不稳定的特点进行了专门的设计和优化，以确保在不稳定电源条件下仍能稳定、高效地运行。

37、本系统通过动态调整电解条件，能够在不同输入电压下保持最优的电解效率，从而减少能耗。此外，系统采用的材质，如石墨导电环，不仅具有良好的导电性能，还能减少摩擦和能耗，符合节能环保的要求。通过优化电解过程，本系统还降低了废液和废气的产生，减轻了对环境的负担。

38、本系统通过合理的结构设计和优质的材质选择，确保了电解槽模块的稳定性和可靠性。压板、固定轴等部件的稳固连接，保证了电解槽的整体刚性。同时，采用高品质的材料和制造工艺，延长了设备的使用寿命，减少了维护和更换的频率。