专利名称：一种风电制氢调控并网系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及能够对风力发电输出的电量和功率进 行调控，并且利用氢能源的存储技术解决风力发电并网，特别是解决大型风力发电并网问 题的风电制氢调控并网系统。
背景技术：
目前，风力发电机电能的并网，特别是大型风力发电厂的发电并网的难题还有待 于解决。首先以一台1000千瓦的风力发电机组为例，传统的并网模式是风力发电机必须 加上高精度的电能控制系统(千瓦级容量的电子调控设备)，需要将风电调整到与电网一 致的电压、周率、波形、相序，还要调整有功和无功功率，达到电网最基本的并网需求，并且 还要输出电流基本稳定，才能够并入电网，这些都依靠大功率的电子调控设备实现，价格极 高，又极容易损坏。这部分占到整个机组造价的50%，现在的1000千瓦机组的大功率电子 器件市场价大概是800到1000万元/台。不仅使整个风电机组的造价大幅度上升，而且故 障点增多几十倍，这些大功率电子器件的稳定性较差，特别容易损坏，损坏后的维修、更换 成本一直居高不下。特别是利用风能的效率方面更是有太大的差别，并网模式在风速小时产生的电能 不够，不能并网，风速太大时并网发电机组因为安全问题会进行“自动保护”(就是在极短的 时间里甩掉负荷，保护发电机组不会损坏)突然脱离电网，这对电网的危害最大。巨大容量 的电能突然脱离电网，会造成电网电压的大幅度下降，影响整个电网的平稳。即使在风力发 电机可使用的风速变化范围(3-20米/秒)内，大部分的风力发电机仅仅能够使用总有效 风速总量的40%左右(8-14米/秒)，这也是为什么大型风力发电机组成本如此的巨大、结 构如此复杂、工作性能如此不稳定的原因所在，再加上对有效风速的利用率低，所以造成每 度电的成本很高，并且很难上网并网。另外，风力发电受自然界各种不可控制因素的影响，非常不稳定，对电网的安全供 电造成较大冲击，以风力发电为基础电源系统的能量输出受到严厉的短期和季节性变化限 制。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够有效解决风力发电并网问题的风电制氢调控并网 系统。为了实现上述目的，本发明提供了一种风电制氢调控并网系统，包括风力发电装 置、氢气发生器、氢气存储器以及氢能发电装置，所述风力发电装置的电能输出端直接或间 接与氢气发生器相连，所述氢气发生器的氢气输出端与所述氢气储存器相连，所述氢气储 存器与氢能发电装置相连，由氢能发电装置消耗氢气储存器中的氢气进行发电并输出至供 电网络。
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优选地，所述风力发电装置的输出端通过整流器将其发出的交流电整流成直流 电，然后与氢气发生器连接。优选地，进一步包括电池组，所述电池组与氢气发生器在电路上相连接，当所述风 力发电装置发出的电力低于所述氢气发生器所需电力时，由所述电池组向氢气发生器供电 继续产生氢气和氧气。优选地，所述氢气发生器的数量为多个，在电路上相并联，其参与制氢的数量与所 述风力发电装置的发电量相匹配；当风力超过风力发电装置允许的范围时，立即耦合下一 个或多个氢气发生器，从而快速地减少电流和电功率，降低风力发电机的转速。 优选地，所述氢能发电装置具体为氢燃料电池或氢内燃发电机。优选地，所述氢气发生器产生的氢气通过氢气管道长距离输送到缺电缺水地区， 并且与氢燃料电池或氢内燃机相连，在发电的同时生产出洁净水。优选地，所述氢气发生器包括氢燃料罐体，所述氢燃料罐体可进行燃料液和电极 反应产生氢气和氧气，其罐体为双层结构，内壁和外壁之间的两壁空间充满散热材料，所述 内壁或外壁上设有散热壁翅片，罐体底部一侧设有散热材料进出口，罐体下方设有散热风 扇；所述罐体中有两个电极，分别是氢电极和氧电极；所述两个电极分别连接氢气收集器 和氧气收集器，两个收集器中分别具有氢气和氧气渗透膜，两个收集器收集的氢气和氧气 会分别送到氢气存储器和氧气存储器。优选地，所述罐体内的氢电极和氧电极与活塞轴连接，所述活塞轴连接到气缸的 活塞，所述活塞由驱动装置执行器驱动，由所述活塞带动所述氢电极和氧电极进行上下运 动；当氢电极和氧电极向燃料液移动时，产氢率增大，当氢电极和氧电极远离燃料液移动 时，产氢率减小。优选地，所述氢气发生器包括氢燃料罐体，所述氢燃料罐体可进行燃料液和电极 反应产生氢气和氧气，其罐体为双层结构，内壁和外壁之间的两壁空间充满散热材料，所述 内壁或外壁上设有散热壁翅片，罐体底部一侧设有散热材料进出口，罐体下方设有散热风 扇；所述氢气生产系统产生的氢气通过管道输送至分离室，分离室内的氢气通过渗透膜后 经输出管道进入储氢罐或氢消耗负载，氧气通过渗透膜后经输出管道进入储氧气罐或氧气 消耗负载。优选地，所述催化剂室与活塞轴连接，所述活塞轴由驱动装置执行器驱动，所述活 塞轴驱动所述催化剂室旋转并且可以进行上下运动，所述催化剂室为倒漏斗型的网状体， 当催化剂室朝向燃料液移动时，或催化剂室远离燃料液移动时，氢气和氧气的生产率呈线 性的增加或减少，从而使氢气和氧气的产量尽量均勻。本发明的风电制氢调控并网系统在风力发电机的输出端，通过整流器将风力发电 机发出的交流电整流成直流电，然后与氢电解槽装置连接，不仅能够根据风能发电的电功 率的大小来电解生产氢气，而且还能够提高生产氢气的产量和降低产氢成本，对风力发电 的输出的电量和功率进行调控，氢能源的存储技术可以积累在低需求期间产生的能量，可 以确保高需求时利用它的能量，也可充分利用间歇性的能源需要，可有效解决风力发电并 网，特别是大型风力发电并网的问题；同时氢电解槽装置连接的自动调节系统可反发过来 调控风力发电机对风速的反应，减少风速变化对风力发电机的影响，增加风力发电机的可 使用风速变化范围，提高风力发电机的效率。
图1为本发明所提供风电制氢调控并网系统的一种具体实施方式
的结构示意图；图2为本发明所提供风电制氢调控并网系统的另一种具体实施方式
的结构示意 图；图3为本发明所提供风电制氢调控并网系统远程输送的结构示意图；图4为氢气发生器的一种结构示意图；图5为氢气发生器的另一种结构示意图。图 4 中200.氢气发生器 201.罐体 202.内壁 203.外壁 204.散热翅片205.高 导热材料 206.风扇 207.出水进水口 208.氢电极 209.氧电极210.氢气收集器 212.氧气收集器214.活塞轴216.驱动执行器图 5 中300.氢气发生器301.罐体302.内壁303.外壁304.散热翅片305.高导 热材料306.风扇 307.出水进水口 308.管道312.分离室316.活塞轴 318.驱动 执行器311.催化剂室
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。本发明的申请人曾于2009年09月09日和2010年07月28日分别向国家知识产 权局提交了名称为“水流海浪潮汐动能和风能太阳能发电的综合系统”和“一种自然能源 发电及电解海水或苦咸水的综合应用系统”的发明专利申请，其公开号为CN101649813和 CN101010240101。专利公布了利用自然能源发电以及电解海水或苦咸水产生氢气和氧气的 技术。氢气能源可以长时间储存、可以管道长距离输送，可以直接用来大规模发电，更可 以提供给汽车、火车、飞机、轮船等移动的交通运输工具使用，氢气能源可以直接提供给燃 料电池也可以直接提供给氢内燃机燃烧产生动力，其反应产物是水，对环境没有污染，用氢 代替目前所用的燃料是唯一既没有温室效应、也没有污染物威胁的方法。氢气能源也可以直接提供给发电厂发电，可以由大型燃料电池发电，也可以直接 在燃气轮机内燃烧发电，产生的电力在电网高峰需要时大量的并入电网。这两种电能都是 高质量的特别平稳可调可控的电流，都是电网十分欢迎的高质量电能。这种高质量的电能 也会对电网的稳定起到很大的作用。我国是氢能源大国，但是大部分的氢气是由燃烧煤制氢，这种氢能源因为消耗了 煤，产生了二氧化碳，不是清洁能源。如果利用燃煤电厂的电力制氢和压缩氢，那么氢气也 不是清洁能源(没有尾气，但消耗了电力，即消耗了煤)。即便是用天然气燃气发电厂的电 力制氢，也不是清洁的。如果利用太阳能、水能、风能发电制氢，则是真正的清洁的无碳能 源，由此产生的经济才是真正的无碳经济。请参考图1、图2，图1为本发明所提供风电制氢调控并网系统的一种具体实施方
5式的结构示意图；图2为本发明所提供风电制氢调控并网系统的另一种具体实施方式
的结 构示意图；图1与图2的差别在于图1的氢能源直接进入氢燃料电池而发电，图2是氢能源 直接进入氢内燃机燃烧发电并入电网。如图1和图2所示，本发明的风电制氢调控并网系统是由风力发电机发出的风电 只需进行最简单的变压、整流处理(采用现有技术即可实现)，将电压通过变压器调整到所 需电压，交流电整流为直流电；使用该直流电对制氢电解槽中的水或燃料液体(含有金属 氢化物的液体)，进行电解产生氢气和氧气，其中氧气可以医用也可以工业使用；氢气储存 在氢能存储器中，并且直接提供给燃料电池，重新产生电能；或储存在氢能存储器中的氢气 直接提供给氢内燃机，燃烧发电重新产生电能。氢的燃烧热为28900千卡/千克，大约是汽 油燃烧热的三倍，不论是从燃料电池所发的电，还是氢内燃机燃烧所发的电都是符合电网 要求的电能。图1和图2中的变流器是指稳压稳流和交流整流器。图1和图2中的电池组是指 一系列蓄电池组是用来调节稳定直流线路中的直流电；并且部分缓冲，阻尼和吸收由风力 发电机发出的强电流。若采用新的钴和磷酸盐的比例约为1 2的催化剂和电极可以大量地产生氢气， 同时减少使用的电解电能，低于传统电极的一半以下。本发明电解水产生一立方米氢气所 需要的电能低于两度，传统方法所使用的电能为五度。而且该钴磷酸盐催化剂是从地球丰 富的矿产制成的，比传统方法的钯和白金(钼)催化剂价格大幅降低。本发明在直流电电路中，设计了电池组，可以在空当风速时(风速低于2.7米/ 秒)，也能使氢电解槽产生氧气和氢气，当风电发电产能低时，氢气流量的产出也随之降低。本发明的风电制氢调控并网系统在利用风能的效率方面与传统的风力发电机有 很大差别，传统风力发电机的并网模式在风速小时产生的电能不够，不能并网。本发明在 风电发电产能低时，氢气流量的产出也低，而且用于另外加入的蓄电池组，仍然会有氢气产 出，仍然能够实现累积性的大规模的氢能量储存，流入氢气输出压缩器。风速太大时传统风 力发电机的并网发电机组因为安全问题会进行“自动保护”(就是在极短的时间里甩掉负 荷，保护发电机组不会损坏)突然脱离电网，这对电网的危害最大。巨大容量的电能突然脱 离电网，会造成电网电压的大幅度下降，影响整个电网的平稳。而风电制氢调控并网系统与 之不同，不需要昂贵的高精度的电子、电能调控设备，无论什么样的风速，只要发电机发电 就能够利用，风小电量小时电解的氢气数量较少，风大电量大时产生的氢气就多，在整个的 发电制氢过程中大部分电能可以转化为氢气。并且本风电制氢调控并网系统可以根据电功 率的大小来自动调控电解生产氢气，而且同时提高生产氢气的产量和降低产氢气的产生成 本，风力发电机在强风速时所产生的一部分电流，还可以存储在蓄电池组中。本发明的风电制氢调控并网系统实际上完全起到风力发电机的“功率阻尼器”(也 可以叫电力调节器)，随时在反向调整风力发电机的“发电”(功率输出)，风速变大时这些 电能功率会自动的加大产氢气的数量，风速变小时可以“随时减少的发电”，降低产氢气的 数量。对于风能利用方面，很特别的地方就是“风力发电机的发电输出与风速的比是3次方 的关系”，即风速增大一倍，输出功率增大八倍，这也是为什么在风速特别大时风力发电机 需要快速卸载进行保护的原因，因为功率的变化幅度太大，速度又太快，如果不能够在极短 的时间里“卸载”，超大的风能能量肯定会损坏机组，制氢方式正好可以迅速地对功率进行快速大幅度的调整，甚至在风力发电机产生出具大电能时，可以同时并联多个制氢电解槽， 一个或多个制氢电解槽以及蓄电池组的使用都在本发明的保护范围之内。本发明的风电制氢调控并网系统可以大大提供风力发电机可使用的风速变化范 围(3-20米/秒)，目前本系统能够在风速高达25米/秒时，仍然没有出现问题。如果加入 多个并联制氢电解槽，有可能达到30米/秒。这样不仅大大地提高了传统的风力发电机的 发电能力和效率，也大大地降低了传统的风力发电机的制造成本和维护成本。目前大多数的太阳能和风能存储方法是低能量密度的储存，不能对大型风能和太 阳能项目起到任何作用。这包括电池最高的能量密度仅为3.0兆焦耳/公斤。相反，燃料 电池的能量密度为电池密度的10的二次方倍大，氢能源(氢气)比电池存储容量更是大到 10的三次方倍大。事实上，我们可以直观地理解到，所有的大规模能源储存是以燃料形式 存储。这些都是碳基燃料，如石油，天然气和煤炭。而本发明是无碳性的，可持续的，易于扩 展，又便宜的能量燃料贮存的氢能源方法。从根本上脱离原先的碳能源模式，进入到氢能源 模式。因此利用氢能源(氢气)来存储大型风力发电和太阳能发电作为能源存储系统，也 落在本发明的保护范围之内。请参考图3，图3显示了风电制氢远程输送并网系统的结构框图。该风电制氢远程输送并网系统是将氢气发生器产生的氢气由氢气输送管道或其 它方法运送到缺少电和或缺少水源的地区，通过氢气与空气的反应，生产出非常稳定的电 能和纯净水。该系统发出的电能完全可以上网或直接应用于当地的用电负荷中。这种方法 使所产生的氢气可以用管道或其它交通工具输送，类似于天然气输送，可通往城市，小镇， 农村或海岛等需要用电或需要用水的地方，然后由燃料氢电池以氢和空气为原料产生电能 和清洁的水，将氢气重新转化为电能，清洁的水以供饮用。本发明的申请人在2010年07月28日向国家知识产权局提交了名称为“一种自然 能源发电及电解海水或苦咸水的综合应用系统”的发明专利申请中，公布的氢电同轴电缆 (CN101010240101)，可以远距离输送氢能。电缆中心的部分输送液态氢，同时利用液态氢极 低的温度保持外层金属处于超导状态来输送电能，因为没有电阻(电阻很低)，电流通过就 不会发热，能够大规模输送电能，大大减少了输电的损耗。由于液态氢的重量轻，在电缆的 中心，挥发也少，又有利于减少液态氢的损耗长距离管道输送氢气效益最高。可以将淡化的 饮用水和电能通过输送氢气，运送到边远缺水的西部地区。图1、图2和图3都显示了氢能源的存储设备，氢气的存储几乎是无消耗并且可以 长期存储，也没有容量的限制，可以无限增加存储氢气罐的数量。目前市场上已经有了各种 型号和大小的储氢罐可供选择。目前风力发电，特别是大型风力发电项目只能并网上网，还 没有任何存储风力发电机所发电的方法，本发明正是提供风力发电机所发电的最好的存储 方法。请参考图4，图4为氢气发生器的一种结构示意图。图中所示为具有自我调节功能的氢气发生器200。该氢气发生器200包括一个单 一的氢燃料罐体201，该氢燃料罐体201可进行燃料液和电极反应产生氢气和氧气，燃料液 可以是水，也可以是非纯净水、海水，也可以是加入氢化金属燃料液体，对于某些应用来说， 还包含稳定剂，如氢氧化钠。由于氢的生成是一个放热反应，对于高产量的氢气发生器，其 罐体201最好设计成双层结构，具有内壁202和外壁203，在内壁202和外壁203之间的两壁空间可以充满高导热材料205，例如水。它可以为系统散热服务，也可以充分利用氢气发 生器产生的热能。这种热转移可以进一步通过加入燃料箱的多元化散热翅片204实现，散 热翅片204可以设于内壁202和外壁203上，散热壁翅片204从外壁203伸出，风扇206是 用来降低温度，当燃料液降低达到预先设定的温度时，风扇206将会自动开闭，罐体底部一 侧设有出水进水口 207，可以使冷水流入热水流出，进行热交换还可以充分利用该产氢装置 的热能。上述氢燃料罐体201中的燃料液包括一个或多个具有氢的复合金属，一般化学式 为MBH 4。M是一个碱金属从第一组(原集团1A)条的元素周期表中选择，其中包括如锂， 钠，钾或在某些情况下M也可以是铵或有机体。B是从组13元素周期表(前组)第IIIA部 选定的元素，其中的例子包括硼，铝和镓，H是氢元素。本发明使用的是复杂的金属氢化物硼氢化钠(NaBH4)。使用钠硼氢化物作为氢能 燃料的成分，特别某些应用是非常可取的。使用硼氢化钠所生产的氢气是典型的高纯度无 碳杂质和高湿度的。任何化学氢化物水解所产生的化学氢将有类似的特征。硼氢化钠生产 氢能时没有被检测到一氧化碳气体。这是值得注意的，因为大多数燃料电池，尤其是质子交 换膜燃料电池和碱性燃料电池，需要高品质的氢气和一氧化碳将会使催化剂中毒，最终将 破坏燃料电池。碳氢化合物重整产生氢气的方法，含有一氧化碳和二氧化碳，一氧化碳需要 进一步处理，然后将一氧化碳去除。如图所示，罐体201中有两个电极，分别是氢电极208和氧电极209 ；两个电极又 分别连接氢气收集器210和氧气收集器212。两个收集器中分别具有氢气和氧气渗透膜，该 两种渗透膜只分别允许氢气和氧气通过，进入氢气收集器210和氧气收集器212。两个收集 器收集的氢气和氧气会分别送到氢气存储器和氧气存储器(图中没有显示)。水，燃料液体 和硼酸都不能通过渗透膜，只能回到罐体201中。两个收集器的渗透膜也同样阻止水蒸气 通过，水蒸气也只能回到罐体201中。这种渗透膜主要是疏水性膜，包括硅橡胶、氟聚合物 膜、或共同氢渗透的金属膜，如钯金合金制成的任何产品。本发明优选氟聚合物膜，氢气通 过氢气收集器210的渗透膜后经输出管道进入储氢罐或氢消耗负载，如氢燃料电池或氢内 燃机；氧气通过氧气收集器212的渗透膜后经输出管道进入储氧罐或氧消耗负载，如医用 氧或工业用氧。罐体201中的氢电极208和氧电极209与可移动的活塞轴214连接。活塞轴214 连接到驱动执行器216上，由驱动执行器216驱动。驱动执行器216可以是任何一种驱动 执行器，包括但不限于弹簧、液压泵或马达，对于某些应用使用弹簧作为驱动执行器也是可 以的，特别是在驱动时不需要外来动力。此外，具有内部弹簧的驱动执行器可以移动活塞筒 和其输出轴。在选择使用驱动执行器时，液压泵、马达或类似的作为驱动执行器，它们的通 断操作是通过一个敏感器和控制传导器所控制(图中未示出)。活塞轴214本身被套住或 包含针槽结构，使用这种套式或针槽结构能够让氢电极208和氧电极209旋转并且进行上 下运动。从而达到调节控制氢气和氧气产量的目的，风力发电机发电量大时，生产的氢气和 氧气多；风力发电机发电量小时，生产的氢气和氧气少。本发明公布了氢电极和氧电极设置在一个包含燃料液的罐体中的方法，氢电极和 氧电极与燃料液进行相对的运动，当氢电极和氧电极向燃料液移动时，可提高产氢率，当氢 电极和氧电极远离燃料液移动时，可减少产氢率。该发明的优点是这种自我调节和自动控
8制的功能不需要外接电源或外在动力，即可满足各种不同商业应用的需求，特别是风力发 电储能调控和并网的需要，整个系统可以使用一个单一的罐体，其结构紧凑，大大地减少了 产氢总体积，并且可使用市售的零件制造。请参考图5，图5为氢气发生器的另一种结构示意图。如图所示，显示了本发明的另一种方案，使用倒漏斗型网状体的催化剂室来代替 前述电极，催化剂室311是倒漏斗型的网状体，内有电解水产生氢和氧的催化剂，通过燃料 室和催化剂室的相对运动，以增加或减少氢气和氧气生成率(氢和氧产生率)。这种相对运 动是氢气和氧气生成过程中的一个或多个参数监测所产生的反应结果。这是一种具有自我 调节功能的生产氢和氧气的系统。该氢气发生器300包括一个单一的氢燃料罐体301，该 氢燃料罐体可注入燃料液产生氢气。该燃料液可以是水，也可以是非纯净水、海水，也可以 是加入氢化金属燃料液体，对于某些应用来说，还包含稳定剂如氢氧化钠。由于氢的生成是 一个放热反应，对于高产量的氢气发生器，罐体301需设计成双层罐体，包括内壁302和外 壁303，在内壁302和外壁303之间的两壁空间充满高导热材料305，例如水。它可以为系 统散热服务，也可以充分利用其热能。这种热转移可以进一步通过加入燃料箱的多元化散 热翅片304实现，散热翅片304从外壁303伸出，风扇306用来降低温度，当燃料液降低达 到预先设定的温度时，风扇306将会自动开闭，罐体底部一侧设有出水进水口 307，可以使 冷水流入热水流出。由氢气发生器300产生的氢气可通过管道308至分离室312，分离室312内的氢 气通过渗透膜(图中未示出)，水、液体和硼酸不能通过渗透膜，从而回到分离室312内，最 后还是要回流到罐体中。渗透膜可以由只允许氢气通过而且同时阻止水蒸气通过的任何物 质。例如，疏水性膜可以使用，包括硅橡胶、氟聚合物膜或共同氢渗透的金属膜，如钯金合金 制成的任何产品。本发明优选氟聚合物膜，氢气通过渗透膜后经输出管道进入储氢罐或氢 消耗负载，如氢燃料电池或氢内燃机，氧气通过渗透膜后经输出管道进入储氧气罐或氧气 消耗负载，例如医学用氧或工业用氧。催化剂室与活塞轴316连接，活塞轴316由驱动执行器318驱动，活塞轴316驱动 催化剂室311旋转并且可以进行上下运动。这种运作旋转机制允许催化剂室旋转甩干，因 为它移出氢燃料的接触，加快以防止任何硼酸会在液体催化剂室中沉淀。此外，催化剂室 311的旋转，有助于确保燃料溶液的均勻性。催化剂室311呈倒漏斗型的网状体，可以确保 催化剂室311内的催化剂与燃料溶液充分地均勻接触。倒漏斗型网状体的催化剂室311内 具有电解水和燃料溶液的催化剂。由于是倒漏斗型的网状体，所以随着催化剂室与燃料液 的相对运动，当催化剂室朝向燃料液移动时，或催化剂室远离燃料液移动时，氢气和氧气的 生产率是呈线性的增加或减少，从而使氢气和氧气的产量尽量均勻。图4和图5都是能够自我调节并在不同的风力情况下生产氢的储能调控系统。当 风力很小时如每秒2. 7米，只要风力发电机风叶转动，产生电能时，图4中的电极或图5中 的催化剂室，就会与燃料溶液接触，产生氢气和氧气。当风力加大时图4中的电极或图5 中的催化剂室，就会向燃料溶液中移动，就会与燃料溶液接触更加广泛，从而产生更多的氢 气。当风力更大时因为产生的气体过多，使得产气室内的压力加大，自动调节将图4中的电 极或图5中的催化剂室抬高，从而降低了气体的产量。这个降低产量的过程实际上是个软 性功率阻尼的作用，这种风电制氢储能调控和并网的方法对于风力发电机组简化控制方面还有特别好的辅助性能制氢电解设备与风力发电机组连接后在制氢时实际上就成了机组 的功率阻尼器(也可以叫电力制动器)，随时根据风力的大小来调整风力发电机的功率输 出(即电能的输出)，风速变大时这些电能功率会自动的加大产氢气的数量，风速变小时可 以“随时减少风力发电机组的输出，降低产生氢气的数量和产量。电解制氢方式可以迅速的对功率进行快速大幅度的调整，当风力超过风力发电机 允许的范围时如风速超过每秒20米时，传统的风力发电机组就会自动关闭，保护发电机 组，而本发明所设计的储能调控和并网的氢能源技术会立即耦合另一个或多个氢气发生 器，从而快速地减少电流和电功率，快速有效地降低风力发电机的转速。这种电力制动效应 方法可以拖住风力发电机不致于发生飞车或转速过快，有效地保护风力发电机。并且至少 可以在风力发电机需要进行“偏头调速”(风力发电机的效果最好的调速方式，只是调速时 间长)时在电力制动的制动力上进行“柔性降速”或“软性减速”作用下，机组有充裕的时 间保证安全偏头调速进行安全停机，这些都是传统的风力发电机并网无法实现的特点。这 样本发明不仅大大地提高了风力发电机的发电能力和效率，也大大地降低了风力发电机的 制造成本和维护成本，也大大地提高了风力发电机的使用寿命。以上对本发明所提供的风电制氢调控并网系统进行了详细介绍。本文中应用了具 体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发 明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前 提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保 护范围内。
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权利要求
一种风电制氢调控并网系统，其特征在于，包括风力发电装置、氢气发生器、氢气存储器以及氢能发电装置，所述风力发电装置的电能输出端直接或间接与氢气发生器相连，所述氢气发生器的氢气输出端与所述氢气储存器相连，所述氢气储存器与氢能发电装置相连，由氢能发电装置消耗氢气储存器中的氢气进行发电并输出至供电网络。
2.根据权利要求1所述的风电制氢调控并网系统，其特征在于，所述风力发电装置的 输出端通过整流器将其发出的交流电整流成直流电，然后与氢气发生器连接。
3.根据权利要求2所述的风电制氢调控并网系统，其特征在于，进一步包括电池组，所 述电池组与氢气发生器在电路上相连接，当所述风力发电装置发出的电力低于所述氢气发 生器所需电力时，由所述电池组向氢气发生器供电继续产生氢气和氧气。
4.根据权利要求3所述的风电制氢调控并网系统，其特征在于，所述氢气发生器的数 量为多个，在电路上相并联，其参与制氢的数量与所述风力发电装置的发电量相匹配；当风 力超过风力发电装置允许的范围时，自动耦合下一个或多个氢气发生器，从而快速地减少 电流和电功率，降低风力发电机的转速。
5.根据权利要求4所述的风电制氢调控并网系统，其特征在于，所述氢能发电装置具 体为氢燃料电池或氢内燃发电机。
6.根据权利要求5所述的风电制氢调控并网系统，其特征在于，所述氢气发生器产生 的氢气通过氢气管道长距离输送到缺电缺水地区，并且与氢燃料电池或氢内燃机相连，在 发电的同时生产出洁净水。
7.根据权利要求1至6任一项所述的风电制氢调控并网系统，其特征在于，所述氢气发 生器包括氢燃料罐体，所述氢燃料罐体可进行燃料液和电极反应产生氢气和氧气，其罐体 为双层结构，内壁和外壁之间的两壁空间充满散热材料，所述内壁或外壁上设有散热壁翅 片，罐体底部一侧设有散热材料进出口，罐体下方设有散热风扇；所述罐体中有两个电极， 分别是氢电极和氧电极；所述两个电极分别连接氢气收集器和氧气收集器，两个收集器中 分别具有氢气和氧气渗透膜，两个收集器收集的氢气和氧气会分别送到氢气存储器和氧气 存储器。
8.根据权利要求7所述的风电制氢调控并网系统，其特征在于，所述罐体内的氢电极 和氧电极与活塞轴连接，所述活塞轴连接到气缸的活塞，所述活塞由驱动装置执行器驱动， 由所述活塞带动所述氢电极和氧电极进行上下运动；当氢电极和氧电极向燃料液移动时， 产氢率增大，当氢电极和氧电极远离燃料液移动时，产氢率减小。
9.根据权利要求1至6任一项所述的风电制氢调控并网系统，其特征在于，所述氢气发 生器包括氢燃料罐体，所述氢燃料罐体可进行燃料液和电极反应产生氢气和氧气，其罐体 为双层结构，内壁和外壁之间的两壁空间充满散热材料，所述内壁或外壁上设有散热壁翅 片，罐体底部一侧设有散热材料进出口，罐体下方设有散热风扇；所述氢气生产系统产生的 氢气通过管道输送至分离室，分离室内的氢气通过渗透膜后经输出管道进入储氢罐或氢消 耗负载，氧气通过渗透膜后经输出管道进入储氧气罐或氧气消耗负载。
10.根据权利要求9所述的风电制氢调控并网系统，其特征在于，所述催化剂室与活塞轴连 接，所述活塞轴由驱动装置执行器驱动，所述活塞轴驱动所述催化剂室旋转并且可以进行上下运 动，所述催化剂室为倒漏斗型的网状体，当催化剂室朝向燃料液移动时，或催化剂室远离燃料液 移动时，氢气和氧气的生产率呈线性的增加或减少，从而使氢气和氧气的产量尽量均勻。
全文摘要
本发明公开了一种风电制氢调控并网系统，包括风力发电装置、氢气发生器、氢气存储器以及氢能发电装置，所述风力发电装置的电能输出端直接或间接与氢气发生器相连，所述氢气发生器的氢气输出端与所述氢气储存器相连，所述氢气储存器与氢能发电装置相连，由氢能发电装置消耗氢气储存器中的氢气进行发电并输出至供电网络。该系统利用氢能源的存储技术，可有效解决风力发电并网，特别是大型风力发电并网的问题。
文档编号F03D9/00GK101976853SQ201010538149
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者张建洲 申请人:张建洲