风氢互补发电系统构建初探

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1、风氢互补发电系统构建初探徐晔，陈晓宁（解放军理工大学，南京２１０００７）［摘要］　为了解决风力发电输出功率的不平稳性和电压的波动性，以解决并网的瓶颈问题，提出风氢互补发电系统，将风力发电输出“波谷”对应的可控出力作为风电场能保证恒定输出的功率，“波峰”至“波谷”之间对应的不可控的出力，采用“波峰”制氢进行“削峰”、“波谷”氢气发电进行“填谷”的方式进行平衡。并以如东风电场为例进行了实例分析与计算，结果证明采用该风氢互补系统基本能保证发电输出平衡，是解决风电并网有效可行的途径。［关键词］　风力发电；氢能发电；制氢

2、储氢［中图分类号］　ＴＫ９１；ＴＫ８９　［文献标识码］　Ａ　［文章编号］　１００９－１７４２（２０１０）１１－００８３－０６至“波谷”之间对应的不可控的出力，采用“波峰”制1前言氢进行“削峰”、“波谷”氢气发电进行“填谷”的方发展风力发电是我国解决能源危机的重要战略式进行平衡。并以如东风电场为例进行了实例分析方针，将风力发电与常规电网联网是大规模利用风与计算。电最经济的方式，但风电场与电力系统并网还存在2风氢互补发电系统的组成与工作原理若干技术难关，增强电网接纳风电的能力，对发展超大型风电场解决技术瓶颈问题具有

3、重要意义。2．1系统总体方案与组成超大风力发电场与电力系统并网的关键问题就风氢互补系统由装有大量风力发电机的大型风是解决风电场功率输出不平稳及电压波动问题。这电场、制氢站、储氢设备、氢能发电站组成，如图１所一问题也是风电场接入电力系统的技术瓶颈问题。示。风是自然现象，完全是随机的，风电场的出力具有间风力发电是将机械能转换为电能。自然界的风断性和不可控性，然而电力系统每时每刻都必须保速是随机变化的，风力机所产生的电能时大时小，风持发电量与用电量的平衡，十分强调可控性，一旦风电场的出力极不稳定。当风电场的出力较大时

4、，可电并网，其出力的不可预测性必然对电力系统造成以消耗电能制氢，通过制氢站的设备（制氢单元）将不良影响，如果风电场的容量大到一定程度，甚至会电能转换为氢气储存在储氢设备（储氢单元）中，当危及整个系统安全。风速很小或无风的时候，再将存储起来的氢气供给改善风电场出力的不可控性，平稳风电场的功氢能发电站，将氢气的化学能再转换为电能，调节和率输出是提高电网接纳风电容量的主要途径。局部补偿由于风速的波动而引起的风电场出力的波动，风电场的发电机出力是完全不可控的，但超大风电起到削峰填谷的作用，使整个发电系统能够输出平场的发

5、电机总出力将呈现某种统计规律，是具有稳，消除因大规模开发风能而对电网产生的不良影“波峰”、“波谷”上下波动的曲线。文章提出并构建响。了风氢互补发电系统的方案，即将“波谷”对应的可控出力作为风电场能保证恒定输出的功率，“波峰”［收稿日期］　２０１０－０７－２８［作者简介］　徐晔（１９６４—），女，江西南昌市人，解放军理工大学副教授，研究方向为军用新电源技术；Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｕｙｅ０４１４＠１２６．ｃｏｍ２０１０年第１２卷第１１期83图2电解水制氢系统组成示意图图1风氢互补发电系统的组成示意图Fig．2Compos

6、itiondiagramofthesystemofFig．1Compositiondiagramofthewindandhydrogengeneratedbyelectrolysingwatershydrogenpowerelectricgeneratingsystem源的能量含量之比。则电解制氢系统总制氢效率模2．2制氢与储氢系统型建立如下。２．２．１　制氢方式的选择电解水制氢过程中，所需的总能量Qｔ（一次能当今工业上大规模制氢方法主要有甲烷蒸汽重源系统提供）为：Qｔ＝Qｔｈ＋Qｅｌ（２）整（ＳＭＲ）和电解水

7、制氢。甲烷蒸汽重整是目前最式（２）中，Qｔｈ为电解池所需的热能；Qｅｌ为产生电解经济的大规模制氢方法，但其消耗大量化石燃料，池所需电能消耗的热能。可得，电解水制氢系统的产生大量二氧化碳。总制氢效率为：电解水制氢方法主要有３种：常规碱性、固体ΔHＨ聚合物电解（ＳＰＥ）及固体氧化物电解池（ＳＯＥＣ）电ηｔ＝（３）Qｔｈ＋Qｅｌ解制氢。常规碱性电解水制氢技术成本较高，总制式（３）中，ΔHＨ为氢的焓值。氢效率较低，发电过程也是消耗化石燃料，排放二氧ＳＯＥＣ电解池在电解过程中所消耗的能量由电化碳。［１］能和高温热能两部分

8、组成，其总制氢效率为固体氧化物电解水制氢系统制氢效率约是碱性ΔHＨ电解制氢系统总制氢效率（约２５％）的２倍多，ηｔ＝（４）ΔG（T）Qｔｈ（T）ΔG（T）ＳＰＥ电解制氢系统（约３５％）的１．５倍，是目前已＋·（１－ηｅｌ）ηｅｌηｔｈηｔｈηｅｌηｔｈ知最高效率的制氢系统，最有希望满足未来风电场式（４）中，ηｔｈ为ＳＯＥＣ电解制氢系统热效率，包括一大规模、可持续、清洁、高效的制氢要求。