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當(dāng)前位置:安科瑞電子商務(wù)(上海)有限公司>>技術(shù)文章>>電解水制氫整流原理及二次設(shè)備選型
電解制氫工藝主要有ALK堿性電解、PEM質(zhì)子交換膜、SOEC固體氧化物高溫電解、AEM 陰離子交換膜等幾種路線,其中ALK堿性電解為目前市場(chǎng)主流,占比超80%,本文以電解水制氫站為核心講解電解水制氫整流原理及電氣二次設(shè)備選型。

圖1 堿性電解制氫電氣示意圖
這是一套光伏自發(fā)自用+電網(wǎng)備用供電的堿性電解水制氫全系統(tǒng)原理圖,整體分為10kV高壓配電系統(tǒng)、24脈波移相整流直流供電系統(tǒng)、電解制氫工藝系統(tǒng)、0.4kV輔機(jī)配電系統(tǒng)四大板塊。
·優(yōu)先使用光伏綠電,經(jīng)24脈整流變成直流電驅(qū)動(dòng)電解槽制綠氫;
·光照不足時(shí),市政10kV電網(wǎng)補(bǔ)足電量,保證制氫連續(xù);
·高低壓兩級(jí)無(wú)功補(bǔ)償配合24脈整流,解決大功率整流諧波和直流紋波難題;
·全套水、冷、氣、儲(chǔ)配套設(shè)備由0.4kV統(tǒng)一供電,形成完整可連續(xù)運(yùn)行的光伏綠氫站。
2.1 10kV變配電部分
依據(jù)NB/T10447-2020《整流變壓器組保護(hù)裝置通用技術(shù)要求》及相關(guān)電力變壓器繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合10kV雙移相變壓器構(gòu)成24脈整流、光伏+電網(wǎng)雙電源供電、堿性電解水制氫工況,分為電氣電量主保護(hù)、電氣后備保護(hù)、非電量保護(hù)、整流閥側(cè)專(zhuān)項(xiàng)保護(hù)、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)保護(hù)五大類(lèi)。兩臺(tái)移相整流變獨(dú)立配置全套保護(hù),配合整流橋、直流母線形成全鏈路防護(hù)。

圖2 電解制氫10kV電氣部分保護(hù)配置
10kV部分配置清單如下表:

2.2 10kV光伏并網(wǎng)部分
分布式光伏采用10kV并網(wǎng),自發(fā)自用,余電不上網(wǎng)。并網(wǎng)合規(guī)是光伏電站投運(yùn)的前提,電能質(zhì)量設(shè)計(jì)直接決定電站能否長(zhǎng)期穩(wěn)定并網(wǎng)、避免電網(wǎng)考核。10kV進(jìn)線處配置防逆流保護(hù),升壓箱變配置箱變保護(hù)測(cè)控裝置,并網(wǎng)柜配置防孤島保護(hù)、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置和電能計(jì)量?jī)x表,安科瑞同時(shí)提供Acrel-1000DP光伏監(jiān)控系統(tǒng),幫助項(xiàng)目對(duì)接電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng),安全合規(guī)并網(wǎng)。

圖3 分布式光伏保護(hù)配置
10kV光伏并網(wǎng)部分配置清單如下表:

2.3 0.4kV保護(hù)測(cè)控
0.4kV部分主要包含0.4kV水泵、電機(jī)、線路保護(hù),如補(bǔ)水泵、配堿泵、冷卻水供/回水泵、冷凍水供/回水泵、壓縮機(jī)等。

圖4 0.4kV部分保護(hù)配置
0.4kV保護(hù)測(cè)控配置清單如下:

2.4 直流絕緣監(jiān)測(cè)
電解槽工作在直流低壓、大電流工況下,堿液導(dǎo)電,潮濕、漏堿極易造成直流對(duì)地漏電,氫氣易燃易爆,絕緣監(jiān)測(cè)是電解槽標(biāo)配安全保護(hù)。

2.5 交直流計(jì)量
交直流回路配置多功能計(jì)量電表,包括10kV、0.4kV、直流回路,通過(guò)多功能電表計(jì)量發(fā)/用電量,部分回路需要監(jiān)測(cè)諧波畸變率、直流紋波系數(shù)等電能質(zhì)量參數(shù)。

2.6 防爆區(qū)域本安信號(hào)隔離
由于氫氣易燃易爆,在制氫的控制過(guò)程中,防爆區(qū)域內(nèi)需要本安信號(hào)隔離,隔離式安全柵不可少。

Acrel-2000MG能量管理系統(tǒng)能夠?qū)χ茪湔驹矗ㄊ须?、分布式光伏、風(fēng)機(jī))、網(wǎng)(內(nèi)部配電網(wǎng))、荷(電解槽及輔助設(shè)備)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和優(yōu)化控制,保護(hù)制氫站電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行安全,實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)下源網(wǎng)荷儲(chǔ)資源之間的靈活互動(dòng),增加多策略控制下系統(tǒng)的靈活控制,促進(jìn)新能源消納、合理削峰填谷,減少電網(wǎng)建設(shè)投資,提升電網(wǎng)運(yùn)行安全,降低運(yùn)行成本。同時(shí)為制氫站提供交直流電氣、環(huán)境等異常告警和控制,保障制氫站穩(wěn)定運(yùn)行。
圖5 制氫站能量管理系統(tǒng)
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