一种电解槽集群轮换运行保温控制方法与流程

本发明属于可再生能源制氢，具体地涉及一种电解槽集群轮换运行保温控制方法。

背景技术：

1、风电、光伏等可再生能源发电出力具有间歇性和波动性特点，与负荷需求曲线不匹配，导致弃电现象，能量利用率低。利用可再生能源的电力电解水制氢，将能量以氢的形式储存和运输，是解决波动性电源消纳的一条重要途径。制氢单元可以作为一个可变负荷，跟随风光电源实时发电量的变化而随时调节，使可再生能源得到充分消纳。在制氢设备方面，目前综合考虑设备投资、单槽规模、技术成熟度等因素，主要采用的是碱性液体电解质电解槽(即碱性电解槽)技术。然而，碱性电解槽负荷存在调节范围窄、启动速度慢的缺点，这些特性使其难以快速跟随电源端的出力变化。单台碱性电解槽一般要求运行在50％-100％负荷区间，当上游功率低于50％时则只能停机，而如果停机时间长，碱液冷却后，重启启动时为了将碱液加热到60℃-90℃的工作温度，额外耗费能量，特别是在低温状态下电解槽能承受的电流处于低水平，加热效果不佳，达到额定运行条件所要求的温度时间较长，通常其冷启动时间长达2小时。碱性电解槽的这些特性，不利于其与波动电源的耦合运行。

2、提高碱性电解设备动态响应速度的方法之一是使暂时停机的电解槽处于热备用状态，使其维持在运行温度，从而在重新启动时可以很快地进入正常工作状态。但热备期间需要额外提供电力以抵消电解槽散热导致的能量损失，当热备时间较长时也会造成能源的浪费。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：提供一种电解槽集群轮换运行保温控制方法，解决现有方案能源浪费较多、不利于耦合运行等问题，实现通过监测集群中每一台电解槽中的碱液温度，制定启停策略，使尽可能多的电解槽处于温度较高的热备状态，以便有需要时快速启动投入生产。

2、依据本发明的技术方案，本发明提供了一种电解槽集群轮换运行保温控制方法，其特征在于，其所采用的可再生能源制氢系统中包括有发电单元、发电功率测量单元、电解槽集群、控制单元、发电功率预测单元；发电单元与电解槽集群相连接，发电单元与发电功率测量单元相连接，发电功率测量单元、电解槽集群、发电功率预测单元均与控制单元相连接；电解槽集群由多台电解槽组成，每一台电解槽均具有碱液循环回路，每一台电解槽均具有温度测量单元；

3、发电单元用于产生电力送给电解槽集群；发电功率测量单元用于测量发电单元的发电功率；温度测量单元用于在电解槽碱液出口测量碱液温度并传送给控制单元；控制单元用于接收发电功率测量单元、温度测量单元的测量数据以及发电功率预测单元提供的功率预测数据，并经过决策后将控制指令发送给电解槽集群；

4、所述的电解槽集群轮换运行保温控制方法包括如下步骤：

5、步骤s1，选定温度临界值tp；

6、步骤s2，选定电解槽集群执行启停策略的周期t0；

7、步骤s3，控制单元根据发电功率测量单元提供的过去一个或几个t0时间内的发电功率历史数据，结合发电功率预测单元提供的功率预测数据，决定未来t0时间内需要开启运行的电解槽台数，与当前已开启的电解槽数量相比后得到需要开启或关闭的电解槽台数n1；

8、步骤s4，控制单元根据电解槽集群中与每台电解槽相对应的温度测量单元采集电解槽的温度状态信息；

9、步骤s5，控制单元统计温度在tp以下的电解槽，组成待重启升温电解槽集合g2，待重启升温电解槽集合g2中电解槽台数为n2；统计正在运行状态的电解槽，组成正在运行电解槽集合g3，正在运行电解槽集合g3中电解槽台数为n3；电解槽集群中其余的关停状态但温度高于tp的电解槽组成备用电解槽集合g4；

10、步骤s6，如果n1≥0且n1≥n2，则将待重启升温电解槽集合g2中的n2台电解槽启动，并从备用电解槽集合g4中选择温度最低的(n1-n2)台电解槽启动；

11、如果n1≥0且n1＜n2，则先从待重启升温电解槽集合g2中选出温度最低的n1台电解槽启动，再在正在运行电解槽集合g3中选择(n2-n1)台电解槽关闭，并将待重启升温电解槽集合g2中剩余的(n2-n1)台电解槽启动；

12、如果n1＜0，则先从正在运行电解槽集合g3中选择|n1|台电解槽关闭；进而如果n3-|n1|≥n2,则从正在运行电解槽集合g3中再选n2台电解槽关闭，同时将待重启升温电解槽集合g2的全部电解槽重启；如果n3-|n1|＜n2，则将正在运行电解槽集合g3中剩余的电解槽全部关闭，同时从待重启升温电解槽集合g2中选n2-(n3-|n1|)台电解槽重启。

13、进一步地，步骤s6中，如果n1≥0且n1＜n2，且n3＜(n2-n1)，则将正在运行电解槽集合g3中的电解槽全部关机，从待重启升温电解槽集合g2中选择温度较低n3台电解槽启动。

14、进一步地，温度临界值tp比电解槽的热备温度下限高5℃-10℃。

15、进一步地，温度测量单元位于碱液循环回路中，且温度测量单元位于电解槽外的碱液出口处；步骤s4中，对于处于停机状态的电解槽，在采集电解槽的温度状态信息之前，先使碱液循环回路短暂运行，以使电解槽中碱液流过温度测量单元所对应的温度测量点。

16、进一步地，发电单元为风力发电系统、光伏发电系统和/或风力发电与光伏发电相结合的发电系统。

17、与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

18、本发明的电解槽集群轮换运行保温控制方法提出一种创新的控制策略，通过监测电解槽集群中每一台电解槽中的碱液温度，据此制定启停策略，在根据需求调整电解槽启停的同时考虑所有电解槽的温度情况，从而使尽可能多的电解槽处于温度较高的热备状态，以便有需要时能够快速启动投入生产，且使得为了维持电解槽温度而消耗的电力相对较低。

技术特征：

1.一种电解槽集群轮换运行保温控制方法，其特征在于，其所采用的可再生能源制氢系统中包括有发电单元、发电功率测量单元、电解槽集群、控制单元、发电功率预测单元；发电单元与电解槽集群相连接，发电单元与发电功率测量单元相连接，发电功率测量单元、电解槽集群、发电功率预测单元均与控制单元相连接；电解槽集群由多台电解槽组成，每一台电解槽均具有碱液循环回路，每一台电解槽均具有温度测量单元；

2.根据权利要求1所述的电解槽集群轮换运行保温控制方法，其特征在于，步骤s6中，如果n1≥0且n1＜n2，且n3＜(n2-n1)，则将正在运行电解槽集合g3中的电解槽全部关机，从待重启升温电解槽集合g2中选择温度较低n3台电解槽启动。

3.根据权利要求1所述的电解槽集群轮换运行保温控制方法，其特征在于，温度临界值tp比电解槽的热备温度下限高5℃-10℃。

4.根据权利要求1所述的电解槽集群轮换运行保温控制方法，其特征在于，温度测量单元位于碱液循环回路中，且温度测量单元位于电解槽外的碱液出口处；

5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的电解槽集群轮换运行保温控制方法，其特征在于，发电单元为风力发电系统、光伏发电系统和/或风力发电与光伏发电相结合的发电系统。

技术总结本发明公开一种电解槽集群轮换运行保温控制方法，其所采用的可再生能源制氢系统中，发电单元与电解槽集群相连接，发电单元与发电功率测量单元相连接，发电功率测量单元、电解槽集群、发电功率预测单元均与控制单元相连接；电解槽集群由多台电解槽组成，每一台电解槽均具有碱液循环回路，每一台电解槽均具有温度测量单元。本方案通过监测电解槽集群中每一台电解槽中的碱液温度，据此制定启停策略，在根据需求调整电解槽启停的同时考虑所有电解槽的温度情况，从而使尽可能多的电解槽处于温度较高的热备状态，以便有需要时能够快速启动投入生产，且使得为了维持电解槽温度而消耗的电力相对较低。技术研发人员：丁奕,李少华,彭扬子,涂宏,汤晓舒,马欣欣受保护的技术使用者：中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9