制氢系统及制氢系统的控制方法与流程

1.本技术涉及制氢技术领域，尤其涉及一种制氢系统及制氢系统的控制方法。


背景技术：

2.制氢技术是一种利用供能设备进行供能，将原水净化后进行电解，从而产出氢气和氧气等气体作为产品的技术。目前给制氢系统进行供能的设备一般采用清洁能源，即风力发电装置、太阳能光伏发电装置以及燃料电池装置等，上述装置作为新能源发电形式，具有节能环保、建设周期短、投资灵活等诸多优点。但由于风能、太阳能具有间歇性、随机性、波动性等特点，使得风力发电装置、太阳能光伏发电装置难以对制氢设备提供稳定的输出功率。而燃料电池装置虽然能够提供稳定的输出功率，但其改变功率的速率较慢，在制氢设备的用电功率改变的情况下，燃料电池装置难以快速的改变输出功率以供应制氢设备的用电功率需求。
3.为了解决上述问题，一般在供能装置里增加储能电池装置，储能电池装置一方面具有输出功率可以快速变化的优势，另一方面，储能电池装置又具有充放电供能，在风力发电装置或者太阳能发电装置的功率有剩余时，还能够给储能电池进行充电，在风力发电装置或者太阳能发电装置的功率不足时，储能电池装置又能够对输出功率进行补充，从而保证整个供能装置具有稳定的输出功率。
4.但是由于风力发电装置或者太阳能发电装置的波动太大，需要设置多组储能电池装置备用，导致制氢系统的成本较高。


技术实现要素：

5.本技术提供一种制氢系统及制氢系统的控制方法，用以解决相关技术中的制氢系统的成本高的问题。
6.一方面，本技术提供一种制氢系统，包括输送装置、原水加热装置、蒸发装置、电解装置、控制器以及供能装置，控制器用于控制输送装置、原水加热装置、蒸发装置以及电解装置的用电状态；输送装置包括输送管路以及设置在输送管路上的动力设备，输送管路的第一端连通原水水源；原水加热装置、蒸发装置以及电解装置分别于输送装置连通，并沿输送管路内的原水的流动方向依次设置；纯水罐，纯水罐与输送装置连通并位于蒸发装置与电解装置之间；供能装置包括发电装置、储能电池装置以及与发电装置和储能电池装置连接的直流母线，供能装置还包括设置在直流母线上的第一电源、第二电源以及第三电源；其中，第一电源与原水加热装置连接，并给原水加热装置供能；动力设备和蒸发装置均与第二电源连接，第二电源用以给动力设备和蒸发装置供能；第三电源与电解装置连接，以给电解装置供能。
7.在一些实施例中，电解装置包括电解槽、氧气缓冲罐以及氢气缓冲罐，氧气缓冲罐与电解槽的正极连通，氢气缓冲罐与电解槽的负极连通；
8.发电装置包括：
9.燃料电池装置，燃料电池的功率输出端与直流母线连接，燃料电池装置的阳极与氢气缓冲罐连通，燃料电池装置的阴极与氧气缓冲罐连通；
10.风力发电装置，风力发电装置的功率输出端与直流母线连接，风力发电装置与储能电池装置连接，以对储能电池装置充电。
11.在一些实施例中，第一电源为被动电源。
12.在一些实施例中，动力设备包括：第一送料泵、第二送料泵、第一压缩机、第一换热器以及第三送料泵，其中，第一送料泵设置在原水加热装置的上游，用以将原水送入原水加热装置；第二送料泵设置在原水加热装置与蒸发装置之间，用以将原水从原水加热装置送至蒸发装置；第一压缩机的进气端与蒸发装置的蒸汽排放端连通，第一压缩器的排气端与第一换热器的进气端连通，第一换热器的排气端与纯水罐连通，纯水罐通过第三送料泵与电解装置连通。
13.另一方面，本技术提供一种制氢系统的控制方法，制氢系统的控制方法应用于上述的制氢系统，制氢系统的控制方法包括：
14.当制氢系统中储能电池装置的soc值大于第一储能预设值时，开启制氢系统中的第一电源、第二电源和第三电源；
15.当纯水罐内的纯水储量大于纯水储量预设值时，提高第三电源的运行功率，并监测第二电源的运行功率；
16.当第二电源的运行功率大于第一功率预设值时，启动电解装置，以通过电解装置电解纯水制备氢气。
17.在一些实施例中，制氢系统的控制方法，还包括：
18.当储能电池装置的soc值小于或者等于第一储能预设值时，对储能电池装置进行充电，直至储能电池装置soc值大于第一预储能设值。
19.在一些实施例中，当纯水罐内的纯水储量大于纯水储量预设值时，提高第三电源的运行功率，并监测第二电源的运行功率的步骤之后，制氢系统的控制方法还包括：
20.当第二电源的运行功率小于或者等于第一功率预设值时，提升储能电池装置的放电功率，以提升第二电源的运行功率。
21.在一些实施例中，当第二电源的运行功率小于或者等于第一功率预设值时，提升储能电池装置的放电功率之后，制氢系统的控制方法还包括：
22.当储能电池装置的soc值小于或者等于第二储能预设值时，对储能电池装置进行充电，直至储能电池装置soc值大于第一储能预设值。
23.在一些实施例中，获取纯水罐内的纯水储量，当纯水罐内的纯水储量大于纯水储量设值时，提高第三电源的运行功率，并监测第二电源的运行功率，还包括：
24.当纯水罐内的纯水储量小于或者等于纯水储量预设值时，降低第三电源的运行功率，以提升第一电源的运行功率。
25.在一些实施例中，对储能电池装置进行充电，包括：
26.获取储能电池系统的soc值；
27.当储能电池系统的soc值小于第三储能预设值时，获取此时风力发电装置的发电功率和直流母线的用电功率；
28.当风力发电装置的发电功率大于直流母线的用电功率时，风力发电装置对储能电
池装置充电，当风力发电装置的发电功率小于或者等于直流母线的用电功率，并且此时的储能电池系统的soc值小于或者等于第四储能预设值时，降低第三电源的运行功率。
29.本技术提供的制氢系统包括供能端、设备端以及控制器，供能端主要包括供能，供能系统包括发电装置、储能电池装置以及与发电装置和储能电池装置连接的直流母线。设备端包括输送装置、原水加热装置、蒸发装置、电解装置等参与制氢的用电设备。控制器用于控制输送装置、原水加热装置、蒸发装置以及电解装置等设备端的用电状态。
30.为了便于对设备端的用电设备的输出功率进行控制，本技术在直流母线上引出了第一电源、第二电源和第三电源，其中，第一电源与原水加热装置连接，并给原水加热装置供能；动力设备和蒸发装置均与第二电源连接，第二电源用以给动力设备和蒸发装置供能；第三电源与电解装置连接，以给电解装置供能。通过上述设置方式，控制器能够通过控制第一电源、第二电源和第三电源的输出功率从而达到控制设备端的用电设备的用电功率的效果，在供能设备的发电功率不足时，可以选择优先保证某一电源的输出功率，降低其他电源的输出功率，从而一方面保证了制氢系统的正常工作，也能够有效缓解供能端的供能压力，进而使得供能系统不必设置过多数量的储能电池装置，有利于降低制氢系统的建设成本。
附图说明
31.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
32.图1为本技术实施例提供的制氢系统的结构示意图；
33.图2为本技术实施例提供的制氢系统的控制方法的流程示意图；
34.图3为本技术实施例提供的制氢系统的控制策略流程图；
35.图4为本技术实施例提供的制氢系统的对储能电池装置充电的控制策略流程图；
36.图5为本技术实施例提供的风力发电装置的发电功的率示意图；
37.图6为本技术实施例提供的储能电池装置的发电功的率示意图；
38.图7为本技术实施例提供的第一电源的输出功率的示意图；
39.图8为本技术实施例提供的第二电源的输出功率的示意图；
40.图9为本技术实施例提供的第三电源的输出功率的示意图。
41.附图标记说明：
42.10-直流母线；11-风力发电装置；12-储能电池装置；13-燃料电池装置；14-风电控制器；15-储能电池控制器；16-燃料电池控制器；17-第一电源；18-第二电源；19-第三电源；
43.21-进水口；22-蒸发管路；23-排污管；24-原料空气管路；27-燃料电池阳极管路；26-燃料电池阴极管路；28-正极产品管道；29-氧气管道；210-负极产品管道；211-氢气管道；
44.31-第一送料泵；32-原水换热器；33-原水加热装置；34-第二送料泵；35-第一换热器；36-第一压缩机；37-第三送料泵；38-正极汽水分离器；39-负极汽水分离器；310-空气压缩机；311-空气流量调节阀；312-原水过滤器；313-在空氧混合器；314-纯水换热器；315-氧气流量调节阀；
45.41-储热水箱；42-蒸发装置；43-氢气储罐；44-氧气缓冲罐；45-空气缓冲罐；46-纯水罐；
46.50-电解装置；
47.60-产品管路；61-排放装置；63-纯水输送管路；64-排氧管路；
48.70-控制器；
49.80-制氢系统。
50.通过上述附图，已示出本技术明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本技术构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本技术的概念。
具体实施方式
51.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。
52.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵”、“长”、“宽”、“上”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
53.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“紧固”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
54.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
55.在本说明书的描述中，参考术语“可选地”、“可选地实施方式”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。
56.相关技术中，制氢系统的供能装置一般包括风力发电装置、太阳能光伏发电装置、燃料电池发电装置等清洁能源发电装置，以及储能电池装置。
57.但由于风能、太阳能具有间歇性、随机性、波动性等特点，使得风力发电装置、太阳能光伏发电装置难以对制氢设备提供稳定的输出功率。而燃料电池装置虽然能够提供稳定
的输出功率，但其改变功率的速率较慢，在制氢设备的用电功率改变的情况下，燃料电池装置难以快速的改变输出功率以供应制氢设备的用电功率需求。
58.为了解决上述问题，一般在供能装置里增加储能电池装置，储能电池装置一方面具有输出功率可以快速变化的优势，另一方面，储能电池装置又具有充放电供能，在风力发电装置或者太阳能发电装置的功率有剩余时，还能够给储能电池进行充电，在风力发电装置或者太阳能发电装置的功率不足时，储能电池装置又能够对输出功率进行补充，从而保证整个供能装置具有稳定的输出功率。但是由于风力发电装置或者太阳能发电装置的波动太大，需要设置多组储能电池装置备用，导致制氢系统的成本较高。
59.为了进一步解决上述的问题，发明人经过长期研究发现，可以通过精确调节制氢设备的功率来降低制氢设备的耗电量，从而降低储能电池设备的设置数量，最终起到降低制氢系统的建设成本的作用。
60.图1为本技术实施例提供的制氢系统的结构示意图；图5为本技术实施例提供的风力发电装置的发电功的率示意图；图6为本技术实施例提供的储能电池装置的发电功的率示意图；图7为本技术实施例提供的第一电源的输出功率的示意图；图8为本技术实施例提供的第二电源的输出功率的示意图；图9为本技术实施例提供的第三电源的输出功率的示意图。
61.具体地，如图1以及图5至图9所示，本实施例提供了一种制氢系统，包括输送装置、原水加热装置、蒸发装置、电解装置、控制器以及供能装置。
62.其中，控制器用于控制输送装置、原水加热装置、蒸发装置以及电解装置的用电状态；输送装置包括输送管路以及设置在输送管路上的动力设备，输送管路的第一端连通原水水源；原水加热装置、蒸发装置以及电解装置分别于输送装置连通，并沿输送管路内的原水的流动方向依次设置；纯水罐，纯水罐与输送装置连通并位于蒸发装置与电解装置之间；供能装置包括发电装置、储能电池装置以及与发电装置和储能电池装置连接的直流母线，供能装置还包括设置在直流母线上的第一电源、第二电源以及第三电源；其中，第一电源与原水加热装置连接，并给原水加热装置供能；动力设备和蒸发装置均与第二电源连接，第二电源用以给动力设备和蒸发装置供能；第三电源与电解装置连接，以给电解装置供能。
63.应用本实施例的技术方案，制氢系统包括供能端、设备端以及控制器，供能端主要包括供能，供能系统包括发电装置、储能电池装置以及与发电装置和储能电池装置连接的直流母线。设备端包括输送装置、原水加热装置、蒸发装置、电解装置等参与制氢的用电设备。控制器用于控制输送装置、原水加热装置、蒸发装置以及电解装置等设备端的用电状态。
64.为了便于对设备端的用电设备的输出功率进行控制，本技术在直流母线上引出了第一电源、第二电源和第三电源，其中，第一电源与原水加热装置连接，并给原水加热装置供能；动力设备和蒸发装置均与第二电源连接，第二电源用以给动力设备和蒸发装置供能；第三电源与电解装置连接，以给电解装置供能。通过上述设置方式，控制器能够通过控制第一电源、第二电源和第三电源的输出功率从而达到控制设备端的用电设备的用电功率的效果，在供能设备的发电功率不足时，可以选择优先保证某一电源的输出功率，降低其他电源的输出功率，从而一方面保证了制氢系统的正常工作，也能够有效缓解供能端的供能压力，进而使得供能系统不必设置过多数量的储能电池装置，有利于降低制氢系统的建设成本。
65.具体地，如图1所示，在本实施例中，第一电源与原水加热装置连接，并给原水加热装置供能；动力设备和蒸发装置均与第二电源连接，第二电源用以给动力设备和蒸发装置供能；第三电源与电解装置连接，以给电解装置供能。
66.其中，原水加热装置用以对原水进行加热，加热后的原水进入蒸发器中蒸发，蒸发的水蒸气冷凝后形成纯水，纯水能够进入到电解装置内进行电解，进而产生氢气和氧气作为制氢系统的产物。
67.在本实施例中，如图5至图9所示，供能系统用以优先保证第二电源的功率输出，也既有效保证动力设备和蒸发装置的用电功率，使得原水能够顺利地制备出纯水。纯水的储量得到保证后，如果供能系统能提供其余的功率，则可增加第三电源的输出功率，从而提升电解装置的电解效率，增大氢气和氧气的生产效率。而在供能装置的发电功率不足时，可降低第三电源的输出功率，也既电解装置的输出功率，进而降低设备端的用电功率，从而有效缓解供能端的供能压力。
68.如图5至图9所示，第三电源的消耗功率在系统中占比50-95％，优选85％。第二电源的消耗功率在系统中占比为2-10％，优选3-5％。因此可知第三电源所连接的电解装置50是整个设备端最耗能的设备，通过调节第三电源的输出功率可有效改变设备端的功率消耗情况。
69.储能电池装置包括但不限于镍氢电池、锂离子电池、先进的铅酸电池、铅炭电池等，也可选用超级电容器等功率设备。优选镍氢电池、钛酸锂电池。
70.如图1所示，在本实施例中，电解装置包括电解槽、氧气缓冲罐以及氢气缓冲罐，氧气缓冲罐与电解槽的正极连通，氢气缓冲罐与电解槽的负极连通。电解槽能够对纯水进行电解，电解槽包括正极和负极，正极能够产生氧气，负极能够产生氢气，电解槽的正极与氧气缓冲罐连接，负极与氢气缓冲罐进行连接，从而对电解装置产生的氢气和氧气进行存储。
71.如图1所示，在本实施例中，发电装置包括：燃料电池装置和风力发电装置。
72.其中，燃料电池装置产生的发电功率较为稳定，但是改变发电功率较为缓慢，在设备端的用功率激增时，难以提升发电功率以快速响应设备端的功率需求。风力发电装置，风力发电装置的功率输出端与直流母线连接，为设备端提供发电功率，同时风力发电装置还与储能电池装置连接，以在功率有剩余时对储能电池装置充电。由于风力发电装置受外部风力的影响较大，具有间歇性、随机性、波动性等特点，因此发电功率不稳定。而储能电池装置一方面具有输出功率可以快速变化的优势，另一方面，储能电池装置又具有充放电供能，在风力发电装置或者太阳能发电装置的功率有剩余时，还能够给储能电池进行充电，在风力发电装置或者太阳能发电装置的功率不足时，储能电池装置又能够对输出功率进行补充，从而保证整个供能装置具有稳定的输出功率。
73.在本实施例中，供能系统采用燃料电池装置和风力发电装置作为发电装置，采用储能电池装置作为缓冲装置，从而使得制氢系统的供能端具有快速响应设备端的功率变化的优点，同时也能够为设备端提供稳定的输出功率。
74.具体地，如图1所示风力发电装置11电量通过风电控制器14连接在直流母线10上。储能电池装置12通过储能电池控制器15连接在直流母线10上；燃料电池装置13通过燃料电池控制器16连接在直流母线10上。
75.燃料电池装置的阳极与氢气缓冲罐连通，燃料电池装置的阴极与氧气缓冲罐连
通。燃料电池消耗氢气和氧气来发电，氢气和氧气来源于制氢设备电解原水得来，因此本实施例的制氢系统的能量来源可依靠自身制得，极大降低了制氢系统的能耗。
76.还需要说明的是，本制氢系统制造氢气和氧气所依靠的能源包括原水和风能，因此本制氢系统适合安装的场合包括海上、沿海地区或者岛屿，充分利用了海洋环境中原水充足以及风力充沛的优势。
77.如图1所示，在本实施例中，第一电源为被动电源。上述的“被动电源”指的是输出功率不能主动调节的电源。与其对应的是“主动电源”也既输出功率能够主动调节的电源。
78.在本实施例中，第二电源和第三电源为主动电源，第一电源是被动电源。第一电源被动接受供能系统提供的除去第二电源和第三电源的用电功率后剩余的发电功率，第一电源用以对原水加热装置进行供电。
79.具体地，如图1所示，在本实施例中，动力设备包括：第一送料泵、第二送料泵、第一压缩机、第一换热器以及第三送料泵。
80.其中，第一送料泵设置在原水加热装置的上游，用以将原水送入原水加热装置；第二送料泵设置在原水加热装置与蒸发装置之间，用以将原水从原水加热装置送至蒸发装置；第一压缩机的进气端与蒸发装置的蒸汽排放端连通，第一压缩器的排气端与第一换热器的进气端连通，第一换热器的排气端与纯水罐连通，纯水罐通过第三送料泵37与电解装置50连通。
81.具体地，如图1所示，在本实施例中，制氢系统的工作过程为：
82.原水从进水口21进入第一送料泵31，经过原水过滤器312过滤后，进入原水换热器32，再经过纯水换热器314后，温度由t1提升至t2。然后经原水加热装置33后，温度由t2提升至t3。t3温度为60-100℃。
83.原料水经加热后进入储热水箱41贮存。经第二送料泵34将热水由储热水箱41中抽出，进入第一换热器35加热，使温度由t3上升到t4，t4温度范围为70-100℃。水进入蒸发装置42，产生的蒸汽通过蒸发管路22进入第一压缩机36压缩后，蒸汽温度由t4升温t5，t5范围为70-105℃。热蒸汽经过第一换热器35，冷凝降温至t6发生冷凝，成为液态纯水，t6范围60-70℃。液态纯水进入纯水罐46贮存。蒸发装置42中为蒸发的液态水，进入原水换热器32，温度由t4降至t7后，经过排污管23在排放装置61中经过必要的处理后(主要为自然冷却)，进行排放。液态纯水经第三送料泵37进入电解装置50，发生电解反应(如公式1所示)，电解装置50包括电解槽，电解槽优选质子交换膜电解槽(pemec)。
84.公式1：
85.正极：
86.负极：2h
+
+2e-＝h287.总反应：
88.纯水经过电解后，正极产生氧-水混合物由正极产品管道28进入正极汽水分离器38分离。氧气由氧气管道29进入氧气缓冲罐44当中。负极产生氢-水混合物由负极产品管道210进入负极汽水分离器39分离。氢气由氢气管道211进入氢气储罐43中贮存。由正极汽水分离器38和负极汽水分离器39分离的纯水由于电解槽的热效应，温度会进一步上升至t8，
t8的温度范围为80-95℃。分离后的纯水回流至纯水换热器314，温度降温至t6或接近t6，回收至纯水罐46当中。
89.氢气储罐43中的产品氢气通过产品管路60供给至用户处。以及其中一(小)部分通过燃料电池阳极管路27进入燃料电池装置13当中。原料空气通过原料空气管路24，经空气压缩机310进入空气缓冲罐45当中。空气缓冲罐45中的空气和氧气缓冲罐44中的氧气，在通过空气流量调节阀311和氧气流量调节阀315按照一定比例调节，在空氧混合器313中混合，混合气体氧气含量可在21-100％之间调节。混合后的富氧系统经过燃料电池阴极管路26进入燃料电池装置13中。氢气和富氧气体在燃料电池装置13中发生反应(如公式2所示)。
90.公式2：
91.阳极：h2＝2h
+
+2e-92.阴极：
93.总反应：
94.在氧气缓冲罐44中富余的氧气，可通过排氧管路64输送给客户或直接排空。除此外，纯水罐46储存的纯水，可经过纯水输送管路63供给用户用水。燃料电池装置13中用水也由纯水罐46提供(图中未标出)。
95.需要说明的是，根据原料水来源不同，优选温度范围不同，在蒸发器中对应压力也不相同。
96.如图2所示，本技术提供还一种制氢系统的控制方法。
97.图2为本技术实施例提供的制氢系统的控制方法的流程示意图；图3为本技术实施例提供的制氢系统的控制策略流程图。
98.如图2和图3所示，在本实施例中，制氢系统的控制方法应用于上述的制氢系统，制氢系统的控制方法包括：
99.步骤s100：当制氢系统中储能电池装置的soc值大于第一储能预设值时，开启制氢系统中的第一电源、第二电源和第三电源；
100.步骤s200：当纯水罐内的纯水储量大于纯水储量预设值时，提高第三电源的运行功率，并监测第二电源的运行功率；
101.步骤s310：当第二电源的运行功率大于第一功率预设值时，启动电解装置，以通过电解装置电解纯水制备氢气。
102.上述的“soc”指的是state of charge的英文缩写，表示电池中剩余电荷的可用状态，一般用百分比来表示。
103.在本实施例中，供能系统包括风力发电装置、燃料电池发电装置以及储能电池装置，风力发电装置和燃料电池发电装置的发电输出端均与直流目前连接，其发电产生的发电功率能够直接给设备端供电。燃料电池发电装置能够以稳定的发电功率对设备端进行供电，风力发电装置能够将产生的电能直接通过直流母线供给到设备端，同时在风力发电装置的发电功率有剩余的情况下能够对储能电池装置进行充电，而在风力发电装置的发电功率不足以支撑设备端的用电功率时，储能电池装置能够给设备端供电，以维持成个制氢系统的正常运转。因此储能电池装置的soc值能够反应整个供能系统的功率是否充足。在步骤s100中，首先判断储能电池装置的soc值是否大于第一储能预设值，如果储能电池装置的
soc值大于第一储能预设值，则表征此时供能系统的电量充足，可开启制氢系统中的第一电源、第二电源和第三电源，以使制氢系统的用电设备能够正常运行。设备运行后，判断纯水罐内的纯水储量情况，当纯水罐内的纯水储量大于纯水储量预设值时，提高第三电源的运行功率，以提升电解装置的功率，加速制造氢气和氧气的速率。另外，在提高第三电源的运行功率的同时还需监测第二电源的运行功率，以防止第三电源的运行功率过高而影响第二电源的运行功率，从而保证第二电源供能的设备能够正常运行。在第二电源的运行功率低于第一功率预设值时，进一步提升储能电池系统的放电功率，以支撑第二电源的运行。同时监测储能电池系统的soc值，如果此时的储能电池系统的soc值小于第二储能预设值，则表明此时的供能装置的能量供应能力不足，应当及时增加储能电池装置的电量，直至储能电池1力的判定标准，并通过供电系统的供电能力和纯水储量作为判定标准来对电解装置的电解功率进行调节，从而实现了对制氢系统的供电设备的精准控制。
104.具体地，第一储能预设值的设置范围在50％至100％之间，优选50％至100％；第二储能预设值的设置范围在0％至50％之间，优选30％至50％；第一功率预设值的设置范围在第二电源额定功率的30％至100％之间，优选75％至100％；水量预设值的范围为第三电源50％-100％功率(或电流)运行时0.1-1小时的用水量，或者为第三电源100％功率(或电流)运行时0.5小时的用水量。
105.进一步地，步骤s100包括：当储能电池装置的soc值小于或者等于第一储能预设值时，对储能电池装置进行充电，直至储能电池装置soc值大于第一预储能设值。储能电池装置的soc值能够反应供能系统的供电能力，只有当储能电池装置的soc值大于第一储能预设值时第一电源、第二电源以及第三电源能够被开启，即制氢系统能够正常运行。而当储能电池装置的soc值小于或者等于第一储能预设值时，则表明目前的供能系统的供电能力不足，不足以支撑设备端的供能，因此需要等待储能电池装置的电量增加至第一储能预设值以上时才能开启第一电源、第二电源以及第三电源。
106.进一步地，步骤s200之后，制氢系统的控制方法还包括：
107.步骤s320：当第二电源的运行功率小于或者等于第一功率预设值时，提升储能电池装置的放电功率，以提升第二电源的运行功率。上述步骤可以保证第二电源的运行功率，第三电源的运行功率可以为了保证第二电源的运行功率而降低，也既优先保证第二电源的运行功率，使第二电源供能的设备能够正常运行。
108.具体地，第二电源用以给动力设备和蒸发装置供能；第三电源与电解装置连接，以给电解装置供能。在本实施例中，供能系统用以优先保证第二电源的功率输出，也既有线保证动力设备和蒸发装置的用电功率，使得原水能够顺利地制备出纯水，纯水的储量得到保证后，如果供能系统能提供其余的功率，则可增加第三电源的输出功率，从而提升电解装置的电解效率，增大氢气和氧气的生产效率。而在供能装置的发电功率不足时，可降低第三电源的输出功率，也既电解装置的输出功率，进而降低设备端的用电功率，从而有效缓解供能端的供能压力。
109.进一步地，如图2所示，步骤s320之后，步骤s400还包括：
110.当储能电池装置的soc值小于或者等于第二储能预设值时，对储能电池装置进行充电，直至储能电池装置soc值大于第一储能预设值。上述步骤能够保证储能电池装置的soc值，使得储能电池装置不至于到电量被耗尽的状态，从而有效地保证储能电池装置的使
用寿命。
111.需要说明的是，第一储能预设值和第二储能预设值之间的差值越小，越有利于保证储能电池的使用寿命。但第一储能预设值和第二储能预设值之间的差值过小则会影响储能电池装置的供电能力。储能电池装置中单体电池的设置数量越多，则分担到每个单体电池上的耗电量越小，但成本会相应地提升，因此需要综合考虑储能电池装置的安装成本和使用寿命来设置储能电池装置的数量以及第一储能预设值和第二储能预设值的具体数值。
112.进一步地，如图2所示，步骤s200还包括：
113.当纯水罐内的纯水储量小于或者等于纯水储量预设值时，降低第三电源的运行功率，以提升第一电源的运行功率。上述步骤中，第一电源为被动电源，在纯水罐内的水量较少的情况下，可以降低电解水的效率，一方面降低纯水的消耗量，另一方面，第一电源为被动电源，在第二电源处于稳定运行的情况下，可以降低第三电源的运行功率来提升第一电源的运行功率，从而使得纯水量能够迅速的累积。
114.图4为本技术实施例提供的制氢系统的对储能电池装置充电的控制策略流程图。
115.如图4所示，在步骤s100中，对储能电池装置进行充电的步骤，包括：
116.获取储能电池系统的soc值；
117.当储能电池系统的soc值小于第三储能预设值时，获取此时风力发电装置的发电功率和直流母线的用电功率；
118.当风力发电装置的发电功率大于直流母线的用电功率时，风力发电装置对储能电池装置充电，当风力发电装置的发电功率小于或者等于直流母线的用电功率，并且此时的储能电池系统的soc值小于或者等于第四储能预设值时，降低第三电源的运行功率。
119.上述步骤中，可以通过降低第三电源的输出功率来降低整个设备端的用电功率，从而使得储能电池装置的电量能够迅速累积，以避免储能电池装置消耗过块。
120.具体地，第三储能预设值的设置范围在100％至90％之间，在本实施例中，第三储能预设值100％，即只要储能电池装置不是满电量，风力发电装置有剩余的功率就可以给储能电池装置进行充电。实际上储能电池装置始终处于边消耗边充电的状态。第四储能预设值时的设置范围在30％至90％之间，优选地，第四储能预设值60％至80％之间。也即当储能电池装置的电量消耗到45％时，储能电池装置处于低电量状态，此时应该降低第三电源的输出功率以使储能电池装置的电量快速增加。
121.需要说明的是，在储能电池装置soc值从第三储能预设值降低第四储能预设的过程中，可增加梯度耗电提示步骤，也既每消耗一定的soc值是储能电池装置对控制器发送当前的soc值信号，控制器可连接电量显示装置，通过电量显示装置对当前的储能电池装置soc值进行显示。
122.在本实施例中，功能系统与设备端的能量关系如下所示：
123.p
wind
+p
battery
+p
fc
＝pe+p
bop
+p
hot
+p
loss
124.其中，p
wind
为风力发电装置11的输出供率、p
battery
为储能电池装置12输出或输入功率、p
fc
为燃料电池装置13的输出功率、pe为第三电源19的输出功率、p
bop
为第二电源18的输出功率、p
hot
为第一电源17的输出功率、p
loss
为系统损失功率。
125.最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本技术的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施方式对本技术已经进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应
当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施方式技术方案的范围。

技术特征：
1.一种制氢系统，其特征在于，包括输送装置、原水加热装置、蒸发装置、电解装置、控制器以及供能装置，所述控制器用于控制所述输送装置、所述原水加热装置、所述蒸发装置以及电解装置的用电状态；所述输送装置包括输送管路以及设置在所述输送管路上的动力设备，所述输送管路的第一端连通原水水源；所述原水加热装置、所述蒸发装置以及所述电解装置分别于所述输送装置连通，并沿所述输送管路内的原水的流动方向依次设置；纯水罐，所述纯水罐与输送装置连通并位于所述蒸发装置与所述电解装置之间；所述供能装置包括发电装置、储能电池装置以及与所述发电装置和所述储能电池装置连接的直流母线，所述供能装置还包括设置在所述直流母线上的第一电源、第二电源以及第三电源；其中，所述第一电源与所述原水加热装置连接，并给所述原水加热装置供能；所述动力设备和所述蒸发装置均与所述第二电源连接，所述第二电源用以给所述动力设备和所述蒸发装置供能；所述第三电源与所述电解装置连接，以给所述电解装置供能。2.根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述电解装置包括电解槽、氧气缓冲罐以及氢气缓冲罐，所述氧气缓冲罐与所述电解槽的正极连通，所述氢气缓冲罐与所述电解槽的负极连通；所述发电装置包括：燃料电池装置，所述燃料电池的功率输出端与所述直流母线连接，所述燃料电池装置的阳极与所述氢气缓冲罐连通，所述燃料电池装置的阴极与所述氧气缓冲罐连通；风力发电装置，所述风力发电装置的功率输出端与所述直流母线连接，所述风力发电装置与所述储能电池装置连接，以对所述储能电池装置充电。3.根据权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述第一电源为被动电源。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制氢系统，其特征在于，所述动力设备包括：第一送料泵、第二送料泵、第一压缩机、第一换热器以及第三送料泵，其中，所述第一送料泵设置在所述原水加热装置的上游，用以将原水送入所述原水加热装置；所述第二送料泵设置在所述原水加热装置与所述蒸发装置之间，用以将所述原水从所述原水加热装置送至所述蒸发装置；所述第一压缩机的进气端与所述蒸发装置的蒸汽排放端连通，所述第一压缩器的排气端与所述第一换热器的进气端连通，所述第一换热器的排气端与所述纯水罐连通，所述纯水罐通过所述第三送料泵与所述电解装置连通。5.一种制氢系统的控制方法，其特征在于，所述制氢系统的控制方法应用于权利要求1至4中任一项所述的制氢系统，所述制氢系统的控制方法包括：当所述制氢系统中储能电池装置的soc值大于第一储能预设值时，开启所述制氢系统中的第一电源、第二电源和第三电源；当所述纯水罐内的纯水储量大于纯水储量预设值时，提高第三电源的运行功率，并监测第二电源的运行功率；当所述第二电源的运行功率大于第一功率预设值时，启动电解装置，以通过所述电解装置电解纯水制备氢气。6.根据权利要求5所述的制氢系统的控制方法，其特征在于，还包括：
当所述储能电池装置的soc值小于或者等于所述第一储能预设值时，对所述储能电池装置进行充电，直至所述储能电池装置soc值大于第一预储能设值。7.根据权利要求5所述的制氢系统的控制方法，其特征在于，当所述纯水罐内的纯水储量大于纯水储量预设值时，提高第三电源的运行功率，并监测第二电源的运行功率的步骤之后，所述制氢系统的控制方法还包括：当所述第二电源的运行功率小于或者等于第一功率预设值时，提升所述储能电池装置的放电功率，以提升所述第二电源的运行功率。8.根据权利要求7所述的制氢系统的控制方法，其特征在于，当所述第二电源的运行功率小于或者等于第一功率预设值时，提升所述储能电池装置的放电功率之后，所述制氢系统的控制方法还包括：当所述储能电池装置的soc值小于或者等于第二储能预设值时，对所述储能电池装置进行充电，直至所述储能电池装置soc值大于第一储能预设值。9.根据权利要求5所述的制氢系统的控制方法，其特征在于，获取纯水罐内的纯水储量，当所述纯水罐内的纯水储量大于纯水储量设值时，提高第三电源的运行功率，并监测第二电源的运行功率，还包括：当所述纯水罐内的纯水储量小于或者等于所述纯水储量预设值时，降低所述第三电源的运行功率，以提升第一电源的运行功率。10.根据权利要求6所述的制氢系统的控制方法，其特征在于，对所述储能电池装置进行充电，包括：获取所述储能电池系统的soc值；当所述储能电池系统的soc值小于第三储能预设值时，获取此时风力发电装置的发电功率和所述直流母线的用电功率；当所述风力发电装置的发电功率大于所述直流母线的用电功率时，所述风力发电装置对储能电池装置充电，当所述风力发电装置的发电功率小于或者等于所述直流母线的用电功率，并且此时的所述储能电池系统的soc值小于或者等于第四储能预设值时，降低所述第三电源的运行功率。

技术总结
本申请提供一种制氢系统及制氢系统的控制方法。其中，制氢系统包括：输送装置、原水加热装置、蒸发装置、电解装置、控制器以及供能装置；输送装置包括输送管路以及设置在输送管路上的动力设备，输送管路的第一端连通原水水源；原水加热装置、蒸发装置以及电解装置分别于输送装置连通；纯水罐与输送装置连通并位于蒸发装置与电解装置之间；供能装置包括发电装置、储能电池装置以及直流母线，供能装置还包括设置在直流母线上的第一电源、第二电源以及第三电源。本申请的制氢系统能够降低制氢系统的建设成本。的建设成本。的建设成本。


技术研发人员：张祺 姚育栋
受保护的技术使用者：中国三峡新能源（集团）股份有限公司
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/12