CN113235121B - 一种混合式多槽制氢系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合式多槽制氢系统及其控制方法，针对目前的制氢系统由于采用单一的电解槽，其制氢能力及制氢能耗不能满足工业生产的需求的问题，通过将PEM电解槽与AEL电解槽相结合，共用一套电控装置和纯化装置，满足不同供电模式下的氢气稳定生产，且可降低氢气纯化单元的耗能，实现整个制氢系统达到全负载(0～100％)的制氢生产能力。
Description
技术领域
本发明属于电解水制氢的技术领域，尤其涉及一种混合式多槽制氢系统及其控制方法。
背景技术
氢气作为重要的工业原料和燃料电池的发电原料，得到行业和政府越来越多的重视，利用可再生能源制氢是解决弃风弃光和碳排放问题的重要途径。水电解制氢技术因工艺简单、制氢纯度高、原料易得等优点备受关注。
现阶段，广泛应用的水电解制氢技术一般分为纯水制氢技术(PEM水电解制氢技术)和碱水制氢技术(AEL水电解制氢技术)。这两种技术的特点是工作压力均可达到3MPa，PEM水电解制氢技术启动响应快，全制氢范围可调，但单槽制氢的规模做不了太大。而AEL水电解制氢技术需要对槽内水进行升温而启动响应较慢，且AEL的制氢范围较窄(50％～100％)，但单槽的制氢规模可以做到很大。单独使用上述两种制氢技术中一种，其制氢能力及制氢能耗不能满足工业生产的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合式多槽制氢系统及其控制方法，共用一套电控装置和纯化装置，满足不同供电模式下的氢气稳定生产，且可降低氢气纯化单元的耗能，实现整个制氢系统达到全负载(0～100％)的制氢生产能力。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种混合式多槽制氢系统，包括电控装置及制氢装置；
所述电控装置包括多通路供电控制模块，所述多通路供电控制模块用于接收包含光伏电站提供的高压直流电及电网提供的交流电经AC/DC转换后的高压直流电，所述多通路供电控制模块将接入的高压直流电经过两个及以上的DC/DC转换成低压直流电后，为所述制氢装置的电解槽供电；
所述制氢装置包括混合式多槽制氢模块、纯化模块及出氢模块；所述混合式多槽制氢模块输出的粗制氢气输送给所述纯化模块，所述纯化模块将粗制氢气存入氢气缓冲罐中，并对氢气缓冲罐进行压力监测，当氢气缓冲罐内的压力达到预设阈值时，打开氢气缓冲罐，将粗制氢气输送给氢气纯化单元进行纯化处理；所述氢气纯化单元输出纯化处理后的氢气给所述出氢模块，所述出氢模块将氢气输入储氢器。
根据本发明一实施例，所述电控装置还包括供电模式控制单元；
所述供电模式控制单元对所述混合式多槽制氢系统的供电方式进行判断及切换，所述供电方式包括光伏供电、电网供电及可再生能源供电；
当某一供电方式的供电能力降低到1/2时，所述供电模式控制单元自行切换连接至稳定供电模式进行电力供应。
根据本发明一实施例，所述混合式多槽制氢模块包括N个PEM电解槽及n个AEL电解槽，单个PEM电解槽的制氢能力为a m3/h，单个AEL电解槽的制氢能力为b m3/h，通过所述电控装置的调控，将n个AEL电解槽的制氢能力满足(1/2～1)b m3/h、(1～2)b m3/h、…、(n/2～n)b m3/h(n>1)，及N个PEM电解槽的制氢能力满足(0～1)a m3/h、(0～2)am3/h、…、(0～N)am3/h(N>1)，使得所述混合式多槽制氢系统通过不同的功率调节实现(0～100％)(N*a+n*b)m3/h的制氢能力。
根据本发明一实施例，所述出氢模块包括循环气路、第一出氢管路、第二出氢管路及第三出氢管路；
所述循环气路将氢气纯化单元输出的氢气送入样品检测单元进行氢气合格率检测，若不合格，则将纯化模块中的氢气通过所述循环气路返回给氢气纯化单元进行再纯化；若合格，则按预设的出氢规则，开启所述第一出氢管路和/或所述第二出氢管路和/或所述第三出氢管路，将氢气输入至储氢器。
一种混合式多槽制氢系统的控制方法，用于本发明一实施例中的混合式多槽制氢系统，其特征在于，该控制方法包括：
响应于混合式多槽制氢系统的光伏供电模式，将光伏电站的直流电接入多通路供电控制模块，通过DC/DC转换，按照预设的功率分配给PEM电解槽供电制氢，并给AEL电解槽的预热单元供电进行升温处理；或响应于混合式多槽制氢系统的非光伏供电模式，将电网或其他来源的交流电接入多通路供电控制模块，通过AC/DC转变为高压直流电接入并进行DC/DC降压后供配电；
对制氢装置生成的粗制氢气进行提纯控制，得到纯化的氢气；
对纯化的氢气进行合格率判断，若不合格，则将纯化模块中的氢气通过循环气路返回给氢气纯化单元进行再纯化；若合格，则按预设的出氢规则，开启第一出氢管路和/或第二出氢管路和/或第三出氢管路，将氢气输入至储氢器。
根据本发明一实施例，所述响应于混合式多槽制氢系统的光伏供电模式，将光伏电站的直流电接入多通路供电控制模块，通过DC/DC转换，按照预设的功率分配给PEM电解槽供电制氢，并给AEL电解槽的预热单元供电进行升温处理进一步包括：
S101：对供电模式进行预判，判断是否为光伏供电模式，若是，则将光伏电站的直流电接入多通路供电控制模块，通过DC/DC转换，按照预设的功率分配给PEM电解槽供电制氢，并给AEL电解槽的预热单元供电进行升温处理；
S102：在光伏供电模式下，判断当前光照强度是否在预设强度值以上，或对光伏电站输出的电能进行MPPT运算，得到最大功率点，判断该最大功率点是否在制氢系统的用能功率以上，若是，则按照预设供配电比例为电解槽提供充足电力支持，并进行步骤S105；若否，则进行步骤S103；
S103：判断光照强度对应的供电能力是否满足电解槽正常运行，或对光伏电站输出的电能进行MPPT运算，得到最大功率点，判断该最大功率点是否满足制氢系统的最低功率，若满足，则按照AEL电解槽预设的输电量为n个AEL电解槽提供电能，并根据实际输电情况调控N个PEM电解槽的开闭状态及电流，使PEM电解槽进行恒压制氢；若不满足，则判断制氢系统是否有制氢请求，若有制氢请求，则切换进入非光伏供电模式；若无制氢请求，则切断电源，停机维护；
S104：判断输入电能是否满足AEL电解槽满功率状态下的用电需求，若否，则在恒压的基础上降低AEL电解槽输入的电流值，同时，对PEM电解槽进行待机以备对波动功率进行响应；若是，则进行步骤S105；
S105：判断制氢模块排出的氢气压力是否符合要求，若是，则将制氢模块产生的氢气充入纯化模块的氢气缓冲罐；若否，则通过调节电流输入量，增加电解槽内部氢气的生成速率。
根据本发明一实施例，所述响应于混合式多槽制氢系统的非光伏供电模式，将电网或其他来源的交流电接入多通路供电控制模块，通过AC/DC转变为高压直流电接入并进行DC/DC降压后供配电进一步包括：
S111：对AC/DC变换及DC/DC变换后的低压直流电，按照预设的功率分配给PEM电解槽和AEL电解槽进行氢气制备；
S112：在制氢模块进行氢气制备的过程中，判断制氢模块中各个传感器的值是否超出预设范围，若是，则根据工控机的参数设定，开启或停止相关的阀门、泵或电解槽，使得传感器的值恢复正常稳定态势；若否，则进行步骤S113；
S113：持续监测各传感器的数值变化。
根据本发明一实施例，所述对制氢装置生成的粗制氢气进行提纯控制，得到纯化的氢气进一步包括：
S201：将N个PEM电解槽优先制出的氢气和氧气分别通过氢气母联排及氧气母联排汇总后进入PEM的氢水分离器及氧水分离器作粗处理，并进行压力监测；
S202：将PEM侧粗处理后的氢气输送至纯化模块的氢气缓冲罐中，并对氢气缓冲罐进行压力监测；
S203：判断氢气缓冲罐中的压力值是否满足γ＝4/5*α，若是，则控制电磁阀门打开氢气缓冲罐，将氢气缓冲罐的气体流入氢气纯化单元对粗制氢气进行纯化处理；若否，则进行步骤S204；
S204：判断n个AEL电解槽侧是否有氢气经氢气母联排通过氢水分离器和洗涤冷凝器产出氢气，若否，则将PEM洗涤冷凝过的粗制氢气继续充入氢气缓冲罐中，使氢气缓冲罐压力值满足γ＝4/5*α；若是，则对制氢模块AEL侧进入氢气缓冲罐之前的氢气压力进行监测，通过电磁阀门控制AEL侧的氢气压力β，使其满足|β-α|<1bar；
S205：判断氢气缓冲罐中的压力值是否满足氢气缓冲罐最大压力的γ＝4/5*min(α,β)，若否，则将制氢模块中AEL电解槽和PEM电解槽所制得的氢气继续充入氢气缓冲罐中，不断监控以使氢气缓冲罐压力值满足γ＝4/5*min(α,β)；若是，则控制电磁阀门打开氢气缓冲罐，使氢气缓冲罐的气体流入氢气纯化单元对粗制氢气进行纯化处理。
根据本发明一实施例，所述对纯化的氢气进行合格率判断，若不合格，则将纯化模块中的氢气通过循环气路返回给氢气纯化单元进行再纯化；若合格，则按预设的出氢规则，开启第一出氢管路和/或第二出氢管路和/或第三出氢管路，将氢气输入至储氢器进一步包括：
S301：将氢气纯化单元出来的氢气通过循环气送入样品检测单元；
S302：判断氢气的露点和氢中氧含量是否满足预设阈值，若否，则将纯化模块中的氢气通过循环气返回到氢气纯化单元进行再纯化；若是，则进行步骤S303；
S303：判断氢气前端电解槽的开闭状态是否符合N个PEM电解槽开启或大于1/2*n个AEL电解槽开启，若是，则开启第一出氢管路阀门、第二出氢管路阀门和第三出氢管路阀门，将氢气输入到储氢器；若否，则继续判断氢气前端电解槽的开闭状态，进行步骤S304；
S304：判断氢气前端电解槽的开闭状态是否符合N个PEM电解槽开启或小于1/2*n个AEL电解槽开启或大于1/2N个PEM电解槽开启，若是，则开启第一出氢管路阀门和第二出氢管路阀门，将氢气输入到储氢器；若否，则开启第一出氢管路阀门，将氢气输入到储氢器。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明一实施例中的混合式多槽制氢系统，针对目前的制氢系统由于采用单一的电解槽，其制氢能力及制氢能耗不能满足工业生产的需求的问题，通过将PEM电解槽与AEL电解槽相结合，共用一套电控装置和纯化装置，满足不同供电模式下的氢气稳定生产，且可降低氢气纯化单元的耗能，实现整个制氢系统达到全负载(0～100％)的制氢生产能力。
2)本发明一实施例中的混合式多槽制氢系统，其制氢装置中的混合式多槽制氢模块主要包括了N个PEM电解槽(单槽制氢能力am3/h)和n个AEL电解槽(单槽制氢能力b m3/h)等，通过系统中多通路供电控制模块和功率分配单元等器件，可使得AEL电解槽的制氢能力满足(1/2～1)b m3/h、(1～2)b m3/h、…、(n/2～n)b m3/h等(n>1)，使得PEM电解槽的制氢能力满足(0～1)a m3/h、(0～2)am3/h、…、(0～N)am3/h等(N>1)，最终使制氢系统通过不同的功率调节实现(0～100％)(N*a+n*b)m3/h的制氢能力。
3)本发明一实施例中的混合式多槽制氢系统，其纯化模块包括了氢气缓冲罐和氢气纯化单元，其中，氢气缓冲罐能够减少氢气纯化单元的工作能耗并提高纯化效率，当氢气缓冲罐中的氢气量达不到需要纯化处理的阈值时，氢气纯化单元将不工作以节省系统能耗。
4)本发明一实施例中的混合式多槽制氢系统的控制方法，针对目前的制氢系统由于采用单一的电解槽，其制氢能力及制氢能耗不能满足工业生产的需求的问题，通过将PEM电解槽与AEL电解槽相结合，共用一套电控装置和纯化装置，分别对供电及氢气纯化进行精准的控制，满足不同供电模式下的氢气稳定生产，且可降低氢气纯化单元的耗能，实现整个制氢系统达到全负载(0～100％)的制氢生产能力。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的一种混合式多槽制氢系统的结构示意图；
图2是本发明实施例所提供的一种混合式多槽制氢系统的控制方法流图；
图3是本发明实施例所提供的一种混合式多槽制氢系统在不同供电模式下的制氢流程示意图；
图4是本发明实施例所提供的一种混合式多槽制氢系统在对氢气进行提纯及出氢的控制流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种混合式多槽制氢系统及其控制方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
本实施例针对目前的制氢系统由于采用单一的电解槽，其制氢能力及制氢能耗不能满足工业生产的需求的问题，提供了一种混合式多槽制氢系统，通过将PEM电解槽与AEL电解槽相结合，共用一套电控装置和纯化装置，满足不同供电模式下的氢气稳定生产，且可降低氢气纯化单元的耗能，实现整个制氢系统达到全负载(0～100％)的制氢生产能力。
具体的，请参看图1，该混合式多槽制氢系统包括电控装置和制氢装置，其中，电控装置包括了AC/DC变换器、DC/AC变换器、DC/DC变换器、多通路供电控制模块、功率分配电源和工控机等，多通路供电控制模块外接多路光伏电站高压直流电和多路AC/DC变换器，AC/DC变换器外接两路电网和多路可再生能源电力，多通路供电控制模块后接DC/DC变换器和DC/AC变换器，其中，DC/AC变换器接工控机，DC/DC变换器接功率分配单元，功率分配单元接后端的电解槽。
制氢装置包括了混合式多槽制氢模块、纯化模块、检测模块和出氢模块，其中，混合式多槽制氢模块包括N个PEM电解槽(N>1)、n个AEL电解槽(n>1)、AEL电解槽配套的预热单元、氢水分离器、氧水分离器和洗涤冷凝器等，电解槽制备的氢气和氧气分别通过氢气母联排和氧气母联排汇入到氢水分离器和氧水分离器，AEL的水气分离器后端接有洗涤冷凝器以除去碱性杂质，在制氢模块中处理过的氧气产品通过管路通入外界的储氧罐中，而氢气则进入纯化模块。该纯化模块包括了氢气缓冲罐和氢气纯化单元等，氢气缓冲瓶前端分别连接制氢模块的PEM氢水分离器和AEL氢气的洗涤冷凝器，后端连接氢气纯化单元，氢气纯化单元连接出氢模块。该出氢模块包括了循环气路、第一出氢管路、第二出氢管路和第三出氢管路，循环气路连接氢气检测单元和纯化处理单元，第一出氢管路、第二出氢管路和第三出氢管路的前后分别连接氢气纯化单元和储氢罐。
在该混合式多槽制氢系统中，多通路供电控制模块用于接收包含光伏电站提供的高压直流电及电网提供的交流电经AC/DC转换后的高压直流电，多通路供电控制模块将接入的高压直流电经过两个及以上的DC/DC转换成低压直流电后，为制氢装置的电解槽供电。
混合式多槽制氢模块用于氢气制备，该混合式多槽制氢模块包括N个PEM电解槽及n个AEL电解槽，单个PEM电解槽的制氢能力为a m3/h，单个AEL电解槽的制氢能力为b m3/h，通过所述电控装置的调控，将n个AEL电解槽的制氢能力满足(1/2～1)b m3/h、(1～2)b m3/h、…、(n/2～n)b m3/h(n>1)，及N个PEM电解槽的制氢能力满足(0～1)am3/h、(0～2)a m3/h、…、(0～N)a m3/h(N>1)，使得所述混合式多槽制氢系统通过不同的功率调节实现(0～100％)(N*a+n*b)m3/h的制氢能力。
混合式多槽制氢模块输出粗制氢气给纯化模块，纯化模块将粗制氢气存入氢气缓冲罐中，并对氢气缓冲罐进行压力监测，当氢气缓冲罐内的压力达到预设阈值时，打开氢气缓冲罐，将粗制氢气输送给氢气纯化单元进行纯化处理。该氢气纯化单元输出纯化处理后的氢气给出氢模块，该出氢模块包括循环气路、第一出氢管路、第二出氢管路及第三出氢管路。其中，循环气路将氢气纯化单元输出的氢气送入样品检测单元进行氢气合格率检测，若不合格，则将纯化模块中的氢气通过循环气路返回给氢气纯化单元进行再纯化；若合格，则按预设的出氢规则，开启第一出氢管路和/或第二出氢管路和/或第三出氢管路，将氢气输入至储氢器(储氢罐)。
本实施例提供了多种供电模式，为了实现不同供电模式的切换，本实施例中的电控装置还包括供电模式控制单元。该供电模式控制单元对所述混合式多槽制氢系统的供电方式进行判断及切换，其中，供电方式包括光伏供电、电网供电及可再生能源供电。当某一供电方式的供电能力降低到1/2时，该供电模式控制单元自行切换连接至稳定供电模式进行电力供应。
上述详细介绍了本发明混合式多槽制氢系统，下面详细介绍一下该混合式多槽制氢系统的控制方法，以实现不同供电模式下的氢气稳定生产，及降低氢气纯化单元的耗能，达到全负载(0～100％)的制氢生产能力。
请参看图2，该混合式多槽制氢系统的控制方法，包括以下步骤：
S1：响应于混合式多槽制氢系统的光伏供电模式，将光伏电站的直流电接入多通路供电控制模块，通过DC/DC转换，按照预设的功率分配给PEM电解槽供电制氢，并给AEL电解槽的预热单元供电进行升温处理；或响应于混合式多槽制氢系统的非光伏供电模式，将电网或其他来源的交流电接入多通路供电控制模块，通过AC/DC转变为高压直流电接入并进行DC/DC降压后供配电；
S2：对制氢装置生成的粗制氢气进行提纯控制，得到纯化的氢气；
S3：对纯化的氢气进行合格率判断，若不合格，则将纯化模块中的氢气通过循环气路返回给氢气纯化单元进行再纯化；若合格，则按预设的出氢规则，开启第一出氢管路和/或第二出氢管路和/或第三出氢管路，将氢气输入至储氢器。
在步骤S1中，请参看图3，响应于混合式多槽制氢系统的光伏供电模式，将光伏电站的直流电接入多通路供电控制模块，通过DC/DC转换，按照预设的功率分配给PEM电解槽供电制氢，并给AEL电解槽的预热单元供电进行升温处理进一步包括：
S101：对供电模式进行预判，判断是否为光伏供电模式，若是，则将光伏电站的直流电接入多通路供电控制模块，通过DC/DC转换，按照预设的功率分配给PEM电解槽供电制氢，并给AEL电解槽的预热单元供电进行升温处理；
S102：在光伏供电模式下，判断当前光照强度是否在预设强度值以上，或对光伏电站输出的电能进行MPPT运算，得到最大功率点，判断该最大功率点是否在制氢系统的用能功率以上，若是，则按照预设供配电比例为电解槽提供充足电力支持，并进行步骤S105；若否，则进行步骤S103；
S103：判断光照强度对应的供电能力是否满足电解槽正常运行，或对光伏电站输出的电能进行MPPT运算，得到最大功率点，判断该最大功率点是否满足制氢系统的最低功率，若满足，则按照AEL电解槽预设的输电量为n个AEL电解槽提供电能，并根据实际输电情况调控N个PEM电解槽的开闭状态及电流，使PEM电解槽进行恒压制氢；若不满足，则判断制氢系统是否有制氢请求，若有制氢请求，则切换进入非光伏供电模式；若无制氢请求，则切断电源，停机维护；
S104：判断输入电能是否满足AEL电解槽满功率状态下的用电需求，若否，则在恒压的基础上降低AEL电解槽输入的电流值，同时，对PEM电解槽进行待机以备对波动功率进行响应；若是，则进行步骤S105；
S105：判断制氢模块排出的氢气压力是否符合要求，若是，则将制氢模块产生的氢气充入纯化模块的氢气缓冲罐；若否，则通过调节电流输入量，增加电解槽内部氢气的生成速率。
在步骤S1中，响应于混合式多槽制氢系统的非光伏供电模式，将电网或其他来源的交流电接入多通路供电控制模块，通过AC/DC转变为高压直流电接入并进行DC/DC降压后供配电进一步包括：
S111：对AC/DC变换及DC/DC变换后的低压直流电，按照预设的功率分配给PEM电解槽和AEL电解槽进行氢气制备；
S112：在制氢模块进行氢气制备的过程中，判断制氢模块中各个传感器的值是否超出预设范围，若是，则根据工控机的参数设定，开启或停止相关的阀门、泵或电解槽，使得传感器的值恢复正常稳定态势；若否，则进行步骤S113；
S113：持续监测各传感器的数值变化。
在步骤S2中，请参看图4，对制氢装置生成的粗制氢气进行提纯控制，得到纯化的氢气进一步包括：
S201：将N个PEM电解槽优先制出的氢气和氧气分别通过氢气母联排及氧气母联排汇总后进入PEM的氢水分离器及氧水分离器作粗处理，并进行压力监测，得到PEM侧的压力值α；
S202：将PEM侧粗处理后的氢气输送至纯化模块的氢气缓冲罐中，并对氢气缓冲罐进行压力监测，得到压力值γ；
S203：判断氢气缓冲罐中的压力值是否满足γ＝4/5*α，若是，则控制电磁阀门打开氢气缓冲罐，将氢气缓冲罐的气体流入氢气纯化单元对粗制氢气进行纯化处理；若否，则进行步骤S204；
S204：判断n个AEL电解槽侧是否有氢气经氢气母联排通过氢水分离器和洗涤冷凝器产出氢气，若否，则将PEM洗涤冷凝过的粗制氢气继续充入氢气缓冲罐中，使氢气缓冲罐压力值满足γ＝4/5*α；若是，则对制氢模块AEL侧进入氢气缓冲罐之前的氢气压力进行监测，通过电磁阀门控制AEL侧的氢气压力β，使其满足|β-α|<1bar；
S205：判断氢气缓冲罐中的压力值是否满足氢气缓冲罐最大压力的γ＝4/5*min(α,β)，若否，则将制氢模块中AEL电解槽和PEM电解槽所制得的氢气继续充入氢气缓冲罐中，不断监控以使氢气缓冲罐压力值满足γ＝4/5*min(α,β)；若是，则控制电磁阀门打开氢气缓冲罐，使氢气缓冲罐的气体流入氢气纯化单元对粗制氢气进行纯化处理。
在步骤S3中，对纯化的氢气进行合格率判断，若不合格，则将纯化模块中的氢气通过循环气路返回给氢气纯化单元进行再纯化；若合格，则按预设的出氢规则，开启第一出氢管路和/或第二出氢管路和/或第三出氢管路，将氢气输入至储氢器进一步包括：
S301：将氢气纯化单元出来的氢气通过循环气送入样品检测单元；
S302：判断氢气的露点和氢中氧含量是否满足预设阈值，若否，则将纯化模块中的氢气通过循环气返回到氢气纯化单元进行再纯化；若是，则进行步骤S303；
S303：判断氢气前端电解槽的开闭状态是否符合N个PEM电解槽开启或大于1/2*n个AEL电解槽开启，若是，则开启第一出氢管路阀门、第二出氢管路阀门和第三出氢管路阀门，将氢气输入到储氢器；若否，则继续判断氢气前端电解槽的开闭状态，进行步骤S304；
S304：判断氢气前端电解槽的开闭状态是否符合N个PEM电解槽开启或小于1/2*n个AEL电解槽开启或大于1/2N个PEM电解槽开启，若是，则开启第一出氢管路阀门和第二出氢管路阀门，将氢气输入到储氢器；若否，则开启第一出氢管路阀门，将氢气输入到储氢器。
综上，本实施例中的混合式多槽制氢系统及其控制方法，针对目前的制氢系统由于采用单一的电解槽，其制氢能力及制氢能耗不能满足工业生产的需求的问题，通过将PEM电解槽与AEL电解槽相结合，共用一套电控装置和纯化装置，满足不同供电模式下的氢气稳定生产，且可降低氢气纯化单元的耗能，实现整个制氢系统达到全负载(0～100％)的制氢生产能力。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种混合式多槽制氢系统，其特征在于，包括电控装置及制氢装置；
所述电控装置包括多通路供电控制模块，所述多通路供电控制模块用于接收包含光伏电站提供的高压直流电及电网提供的交流电经AC/DC转换后的高压直流电，所述多通路供电控制模块将接入的高压直流电经过两个及以上的DC/DC转换成低压直流电后，为所述制氢装置的电解槽供电；
所述制氢装置包括混合式多槽制氢模块、纯化模块及出氢模块；所述混合式多槽制氢模块输出的粗制氢气输送给所述纯化模块，所述纯化模块将粗制氢气存入氢气缓冲罐中，并对氢气缓冲罐进行压力监测，当氢气缓冲罐内的压力达到预设阈值时，打开氢气缓冲罐，将粗制氢气输送给氢气纯化单元进行纯化处理；所述氢气纯化单元输出纯化处理后的氢气给所述出氢模块，所述出氢模块将氢气输入储氢器；
所述混合式多槽制氢模块包括N个PEM电解槽及n个AEL电解槽，单个PEM电解槽的制氢能力为am3/h，单个AEL电解槽的制氢能力为bm3/h，通过所述电控装置的调控，将n个AEL电解槽的制氢能力满足(1/2～1)bm3/h、(1～2)bm3/h、…、(n/2～n)bm3/h(n>1)，及N个PEM电解槽的制氢能力满足(0～1)am3/h、(0～2)am3/h、…、(0～N)am3/h(N>1)，使得所述混合式多槽制氢系统通过不同的功率调节实现(0～100％)(N*a+n*b)m3/h的制氢能力；
所述出氢模块包括循环气路、第一出氢管路、第二出氢管路及第三出氢管路；所述循环气路将氢气纯化单元输出的氢气送入样品检测单元进行氢气合格率检测，若不合格，则将纯化模块中的氢气通过所述循环气路返回给氢气纯化单元进行再纯化；若合格，则按预设的出氢规则，开启所述第一出氢管路和/或所述第二出氢管路和/或所述第三出氢管路，将氢气输入至储氢器。
2.如权利要求1所述的混合式多槽制氢系统，其特征在于，所述电控装置还包括供电模式控制单元；
所述供电模式控制单元对所述混合式多槽制氢系统的供电方式进行判断及切换，所述供电方式包括光伏供电、电网供电及可再生能源供电；
当某一供电方式的供电能力降低到1/2时，所述供电模式控制单元自行切换连接至稳定供电模式进行电力供应。
3.一种混合式多槽制氢系统的控制方法，用于如权利要求1或2所述的混合式多槽制氢系统，其特征在于，该控制方法包括：
响应于混合式多槽制氢系统的光伏供电模式，将光伏电站的直流电接入多通路供电控制模块，通过DC/DC转换，按照预设的功率分配给PEM电解槽供电制氢，并给AEL电解槽的预热单元供电进行升温处理；或响应于混合式多槽制氢系统的非光伏供电模式，将电网或其他来源的交流电接入多通路供电控制模块，通过AC/DC转变为高压直流电接入并进行DC/DC降压后供配电；
对制氢装置生成的粗制氢气进行提纯控制，得到纯化的氢气；
对纯化的氢气进行合格率判断，若不合格，则将纯化模块中的氢气通过循环气路返回给氢气纯化单元进行再纯化；若合格，则按预设的出氢规则，开启第一出氢管路和/或第二出氢管路和/或第三出氢管路，将氢气输入至储氢器；
其中，所述对制氢装置生成的粗制氢气进行提纯控制，得到纯化的氢气进一步包括：
S201：将N个PEM电解槽优先制出的氢气和氧气分别通过氢气母联排及氧气母联排汇总后进入PEM的氢水分离器及氧水分离器作粗处理，并进行压力监测；
S202：将PEM侧粗处理后的氢气输送至纯化模块的氢气缓冲罐中，并对氢气缓冲罐进行压力监测；
S203：判断氢气缓冲罐中的压力值是否满足γ＝4/5*α，若是，则控制电磁阀门打开氢气缓冲罐，将氢气缓冲罐的气体流入氢气纯化单元对粗制氢气进行纯化处理；若否，则进行步骤S204；
S204：判断n个AEL电解槽侧是否有氢气经氢气母联排通过氢水分离器和洗涤冷凝器产出氢气，若否，则将PEM洗涤冷凝过的粗制氢气继续充入氢气缓冲罐中，使氢气缓冲罐压力值满足γ＝4/5*α；若是，则对制氢模块AEL侧进入氢气缓冲罐之前的氢气压力进行监测，通过电磁阀门控制AEL侧的氢气压力β，使满足|β-α|<1bar；
S205：判断氢气缓冲罐中的压力值是否满足氢气缓冲罐最大压力的γ＝4/5*min(α,β)，若否，则将制氢模块中AEL电解槽和PEM电解槽所制得的氢气继续充入氢气缓冲罐中，不断监控以使氢气缓冲罐压力值满足γ＝4/5*min(α,β)；若是，则控制电磁阀门打开氢气缓冲罐，使氢气缓冲罐的气体流入氢气纯化单元对粗制氢气进行纯化处理。
4.如权利要求3所述的混合式多槽制氢系统的控制方法，其特征在于，所述响应于混合式多槽制氢系统的光伏供电模式，将光伏电站的直流电接入多通路供电控制模块，通过DC/DC转换，按照预设的功率分配给PEM电解槽供电制氢，并给AEL电解槽的预热单元供电进行升温处理进一步包括：
S101：对供电模式进行预判，判断是否为光伏供电模式，若是，则将光伏电站的直流电接入多通路供电控制模块，通过DC/DC转换，按照预设的功率分配给PEM电解槽供电制氢，并给AEL电解槽的预热单元供电进行升温处理；
S102：在光伏供电模式下，判断当前光照强度是否在预设强度值以上，或对光伏电站输出的电能进行MPPT运算，得到最大功率点，判断该最大功率点是否在制氢系统的用能功率以上，若是，则按照预设供配电比例为电解槽提供充足电力支持，并进行步骤S105；若否，则进行步骤S103；
S103：判断光照强度对应的供电能力是否满足电解槽正常运行，或对光伏电站输出的电能进行MPPT运算，得到最大功率点，判断该最大功率点是否满足制氢系统的最低功率，若满足，则按照AEL电解槽预设的输电量为n个AEL电解槽提供电能，并根据实际输电情况调控N个PEM电解槽的开闭状态及电流，使PEM电解槽进行恒压制氢；若不满足，则判断制氢系统是否有制氢请求，若有制氢请求，则切换进入非光伏供电模式；若无制氢请求，则切断电源，停机维护；
S104：判断输入电能是否满足AEL电解槽满功率状态下的用电需求，若否，则在恒压的基础上降低AEL电解槽输入的电流值，同时，对PEM电解槽进行待机以备对波动功率进行响应；若是，则进行步骤S105；
S105：判断制氢模块排出的氢气压力是否符合要求，若是，则将制氢模块产生的氢气充入纯化模块的氢气缓冲罐；若否，则通过调节电流输入量，增加电解槽内部氢气的生成速率。
5.如权利要求3所述的混合式多槽制氢系统的控制方法，其特征在于，所述响应于混合式多槽制氢系统的非光伏供电模式，将电网或其他来源的交流电接入多通路供电控制模块，通过AC/DC转变为高压直流电接入并进行DC/DC降压后供配电进一步包括：
S111：对AC/DC变换及DC/DC变换后的低压直流电，按照预设的功率分配给PEM电解槽和AEL电解槽进行氢气制备；
S112：在制氢模块进行氢气制备的过程中，判断制氢模块中各个传感器的值是否超出预设范围，若是，则根据工控机的参数设定，开启或停止相关的阀门、泵或电解槽，使得传感器的值恢复正常稳定态势；若否，则进行步骤S113；
S113：持续监测各传感器的数值变化。
6.如权利要求3所述的混合式多槽制氢系统的控制方法，其特征在于，所述对纯化的氢气进行合格率判断，若不合格，则将纯化模块中的氢气通过循环气路返回给氢气纯化单元进行再纯化；若合格，则按预设的出氢规则，开启第一出氢管路和/或第二出氢管路和/或第三出氢管路，将氢气输入至储氢器进一步包括：
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