一种基于高空风能发电技术的制氢系统的制作方法

1.本发明涉及高空风能发电技术领域，特别涉及一种基于高空风能发电技术的制氢系统。


背景技术：

2.高空风能发电原理是采用伞组的往复式做功，一个独立发电单元至少需要两个以上的伞组交替运行，才能保证时刻有伞组在空中发电。考虑到不同伞组运行工况的复杂性，并不是完全交替或者同步，不同发电单元的发电机输出功率并不稳定。为了实现能量的汇流，需要通过电气元件整流成直流电后才能实现能量的叠加。若采用交流电机，还需要先将交流转化为直流，才能实现能量的线性叠加。而对于接入电网的电流，通常需要交流电，能量汇流后还需再次转为交流才能接入电网。因此高空风能必须要实现从交流-直流-交流的反复转变，才能实现输出端能量汇流，以满足系统末端接入电网的要求。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种基于高空风能发电技术的制氢方法，能够通过高空风能发电系统发电制氢。
4.本发明实施例提供了一种基于高空风能发电技术的制氢系统，包括发电单元和制氢单元；
5.所述发电单元用于利用高空风能发电并将电能传输至所述制氢单元，所述制氢单元用于接收电能并利用电能电解水制备氢气，所述制氢单元还用于将氢气传输至用户。
6.在一种可能的设计中，所述发电单元包括做功伞、摩擦卷扬机、齿轮箱、发电装置、电动装置、第一直流母线、第二直流母线、整流器和储能装置；
7.所述做功伞与所述摩擦卷扬机连接，所述摩擦卷扬机与齿轮箱连接，所述齿轮箱分别与发电装置和电动装置连接，所述发电装置与所述第一直流母线连接，所述第一直流母线与所述制氢单元连接；
8.做所述功伞打开时，所述做功伞在风力的作用下上升，所述做功伞带动所述摩擦卷扬机旋转，所述摩擦卷扬机带动所述齿轮箱转动，所述齿轮箱带动所述发电装置发电，所述发电装置将电能通过第一直流母线传输给制氢单元和储能装置；
9.所述做功伞关闭时，所述储能装置通过所述第二直流母线将电能传输给所述电动装置，所述电动装置带动所述齿轮箱转动，所述齿轮箱带动所述摩擦卷扬机转动，所述摩擦卷扬机缠绕缆绳带动所述做功伞快速下降。
10.在一种可能的设计中，所述制氢单元包括电解槽、储气罐和氢气压缩机。
11.在一种可能的设计中，发电装置依次包括串联的第一离合器、发电机、整流逆变器。
12.在一种可能的设计中，所述电动装置依次包括串联的第二离合器、电动机。
13.在一种可能的设计中，所述齿轮箱为变速齿轮箱。
14.在一种可能的设计中，所述发电机为交流发电机。
15.在一种可能的设计中，所述电动机为直流电动机。
16.本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
17.高空风能发电原理是采用伞组的往复式做功，一个独立发电单元至少需要两个以上的伞组交替运行，才能保证时刻有伞组在空中发电。考虑到不同伞组运行工况的复杂性，并不是完全交替或者同步，不同发电单元的发电机输出功率并不稳定。为了实现能量的汇流，需要通过电气元件整流成直流电后才能实现能量的叠加。若采用交流电机，还需要先将交流转化为直流，才能实现能量的叠加。而对于接入电网的电流，通常需要交流电。因此高空风能必须要实现从交流-直流-交流的反复转变，才能实现输出端能量汇流，以满足系统末端接入电网的要求。
18.而对于电解水制氢的工艺系统，通常需要从外网接入交流电，目前电解水系统都采用并将交流电通过整流器转化为直流之后才能进行发电。
19.若直接将高空风能与制氢系统进行耦合，可以直接利用汇流后的直流电，直接来制取氢气，从而避免了逆变上网以及从网上整流电流的设备投资。而且考虑到高空风能的不稳定性，直接利用高空风能电解水制氢，可以将波动的电量通过水电解装置转化为氢气进行存储和使用，有效的解决高空风能的不稳定性的缺点。
20.本发明通过将高空风能与电解水制氢进行耦合，从另一个角度解决高空风能电力不稳定的问题。
21.相对于传统的电解水制氢工艺，无需直接从电网接入，外来节省了从电网下来的整流逆变设备，所发的直流电可直接进行氢气的制取。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明实施例提供的一种基于高空风能发电技术的制氢系统的结构示意图。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明中的
具体含义。
26.本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
27.如图1所示，本发明实施例提供了一种基于高空风能发电技术的制氢系统，包括发电单元和制氢单元；
28.发电单元用于利用高空风能发电并将电能传输至制氢单元，制氢单元用于接收电能并利用电能电解水制备氢气，制氢单元还用于将氢气传输至用户。
29.高空风能发电原理是采用伞组的往复式做功，一个独立发电单元至少需要两个以上的伞组交替运行，才能保证时刻有伞组在空中发电。考虑到不同伞组运行工况的复杂性，并不是完全交替或者同步，不同发电单元的发电机输出功率并不稳定。为了实现能量的汇流，需要通过电气元件整流成直流电后才能实现能量的叠加。若采用交流电机，还需要先将交流转化为直流，才能实现能量的叠加。而对于接入电网的电流，通常需要交流电。因此高空风能必须要实现从交流-直流-交流的反复转变，才能实现输出端能量汇流，以满足系统末端接入电网的要求。
30.而对于电解水制氢的工艺系统，通常需要从外网接入交流电，目前电解水系统都采用并将交流电通过整流器转化为直流之后才能进行发电。
31.若直接将高空风能与制氢系统进行耦合，可以直接利用汇流后的直流电，直接来制取氢气，从而避免了逆变上网以及从网上整流电流的设备投资。而且考虑到高空风能的不稳定性，直接利用高空风能制氢，可以有效的解决高空风能的不稳定性，并将能量形式转化为氢能进行传输。
32.本发明通过将高空风能与电解水制氢进行耦合，从另一个角度解决高空风能电力不稳定的问题。
33.相对于传统的电解水制氢工艺，无需直接从电网接入，外来节省了从电网下来的整流逆变设备，所发的直流电可直接进行氢气的制取。
34.在本发明的一些实施例中，发电单元包括做功伞、摩擦卷扬机、齿轮箱、发电装置、电动装置、第一直流母线、第二直流母线、整流器和储能装置；
35.做功伞与摩擦卷扬机连接，摩擦卷扬机与齿轮箱连接，齿轮箱分别与发电装置和电动装置连接，发电装置与第一直流母线连接，第一直流母线与制氢单元连接；
36.做功伞打开时，做功伞在风力的作用下上升，做功伞带动摩擦卷扬机旋转，摩擦卷扬机带动齿轮箱转动，齿轮箱带动发电装置发电，发电装置将电能通过第一直流母线传输给制氢单元和储能装置；
37.做功伞关闭时，储能装置通过第二直流母线将电能传输给电动装置，电动装置带动齿轮箱转动，齿轮箱带动摩擦卷扬机转动，摩擦卷扬机缠绕缆绳带动做功伞快速下降。
38.在本实施例中，高空风电摩擦卷扬机发电装置直接与第一直流母线对接，第一直流母线上连接有储能装置，确保第一直流母线上的电流稳定。母线出来直流电直接制氢单元对接，将电能转化为氢气进行储存，方便运输，有效的避免了高空风能不稳定对电网的影
响。此外，发电装置发出的电还会储存在储能装置中，为回收做功伞提供动力。
39.在本发明的一些实施例中，制氢单元包括电解槽、储气罐和氢气压缩机。
40.在本实施例中，制氢单元包括电解槽、储气罐和氢气压缩机，多个电解槽与第一直流母线并联，储能装置和直流母线连接，电解水装置用于接收发电装置和/或储能装置输出的电能以电解水制备氢气，储气罐接收电解水装置制备的氢气，氢气压缩机用于将缓冲装置中的氢气输送至用户。
41.在本发明的一些实施例中，发电装置依次包括串联的第一离合器、发电机、整流逆变器。
42.在本实施例中，当做功伞上升做功时，第一离合器闭合运行发电，当做功伞下降时，第一离合器分开停运。
43.在本发明的一些实施例中，电动装置依次包括串联的第二离合器、电动机。
44.在本实施例中，当做功伞上升做功时，第二离合器分开停运，当做功伞下降时，第一离合器闭合运行以使电动装置运行回收做功伞。由于回收做功伞时做功伞收拢，阻力小，且受重力，需要的动力较小，因此，将发电机和电动机分开运转，使选择性更广泛。例如，做功伞上升时速度较快，发电较多，可以选择大功率的发电机，回收做功伞需要的动力较小，可以选择低功率的电动机，更加节能。
45.此外，可以将多个发电装置、电动装置和齿轮箱的组合与摩擦卷扬机并联，每个发电装置、每个电动装置中均设置离合器，根据风力和回收做功伞的速度可以灵活选择闭合运行离合器的发电装置、电动装置的个数，若需要快速回收，则闭合运行多个电动装置的离合器，若风力较大，闭合运行多个发电装置的离合器。
46.在本发明的一些实施例中，齿轮箱为变速齿轮箱。
47.在本发明的一些实施例中，发电机为交流发电机。
48.在本发明的一些实施例中，电动机为直流电动机。
49.在本发明的实施例中，制氢单元与第一直流母线连接，第一直流母线可以和多个制氢单元通过开关连接，当风速高，发电量大时，通过闭合多个开关来增加接入的制氢单元，及时消纳发出的电量，保证不超过储能设备容量，当风速低时，减少接通第一直流母线的制氢单元。不论空中负荷如何，都可以通过制氢单元的切换，进行实时匹配。制氢系统有储气罐，所以负荷波动(制氢量的波动)对下游没有影响。
50.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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发明各实施例技术方案的精神和范围。