MW制氢系统讲解
风光储制氢综合能源发电项目能源管理系统结构及配置方案浅析
风光储制氢综合能源发电项目能源管理系统结构及配置方案浅析0 引言近年来，以风能和太阳能为主的新能源得到了大力的发展, 但是由于风能和太阳能发电的随机性、间歇性和不确定性，并网之后，对电网的运行和电能质量造成不利影响。
为了解决新能源接入带来的问题，把储能装置加入风电场和光伏电站形成风光储联合发电系统是解决可再生能源发展的重要途径。
同时，氢作为清洁的能源，具有容量大、能量密度高、寿命长、便于储存和传输等特点，成为大规模综合能源发电项目绿色开发储存、利用的优选方案。
能量管理系统（简称EMS）是综合能源发电系统的关键组成部分,它可以根据市场信息、能源需求和运行约束等条件做出决策,通过对各发电单元和可控负荷的灵活调度来实现综合能源发电系统的优化运行。
本文以某风光储制氢综合能源发电项目为例, 规划配置风电装机容量50MW，光伏50MWp，20MW/20MWh的电化学储能装置，配置500m3/h制氢站，浅析其能源管理系统结构及配置方案。
1 能量管理系统结构1.1能量管理系统功能综合能源发电项目能量管理系统的功能是整体协调控制各发电单元、用电负荷、储能系统的有序、稳定运行，保证综合能源发电系统的持续、可靠运行，并尽可能提高系统的经济性以及实现发电系统不同工况、不同运行模式的平滑切换。
1.2能量管理系统结构风光储制氢综合能源发电项目能量管理系统采用开放式分层、分布系统结构，将综合能源发电系统控制系统分为主控制层和分控制层两部分。
主控制层为能量管理控制层。
能量管理主控制层为整个综合能源发电系统监视、控制、管理的中心，是综合能源发电系统进行能量优化管理、提高能源利用效率的基础。
主控制层由主控单元、主机兼操作员站和各种功能站构成，安装在中控室内，通过光缆或屏蔽双绞线与能量管理系统分控制层设备相连。
分控制层为能量管理执行层。
能量管理系统分控制层负责各发电系统、用电设备的数据采集、上传，完成各发电单元功率限额和功率平滑控制，完成与子阵内各设备的通信，并接收完成能量管理控制层下达的指令控制。
制氢系统工作原理及主设备电解槽的结构和检修工序工艺
制氣糸统工作虑理及圭设备电鮮槽的结构和检修工序工艺—*、氢宅基农知识1. 氢》%的性质和用途：気是宇宙中分布最广的一种元素，它A地球上主要以化合状态存＞4于化合场中，在大毛屢中的含量很低，仅有Ippm （体积比丿。
毛体中，範毛最轻，粘度最小，导热糸数最爲，化学活性、湊透和犷散性强（护散糸数为0.63cm2/s,约为甲烷的三信丿。
它是一种强的还原剂，可同许多杨质进行不同程度的化学反应，生成各种类型的簸化杨。
気宅的着火、燃烧、爆炸性能是它的主耍特性。
飢毛令量国在4-75% （空宅环境人4.65-93.9% （氧毛环境丿肘形成可爆燃毛体，遏到朗火戎温度淮.585V 以上肘可引起燃爆。
庄力水电解制出的竄毛具有压力為C1.6丸3.2MP" 便于输送，纯度需（99.8%以上丿可直接用于一般场合，还可以通过后续純化（飢毛纯度提壽列99.995以上丿和干燥（空点提壽列-40〜-85°C丿，可作为燃料、栽毛、还原或保护宅.冷却介质，广臣用于国氏经济的各行各业。
2. 水电解制氢.、纯J化脱氧、干燥療理2.1水电解制氮原理利用电能使芷电解质溶液分解为其它杨质的单元装置称为电解也。
任何场质在电解过程中，从数量上的炙化服从法竝笫主律。
法拉第定律指出：电鮮肘，淮.电极上析出场质的救量，与通过诲液的电流强度和通施肘间成正比；用和同的电量通过不同的电解质溶液肘，各种溶液柱两圾上析岀杨质量匀它的电化当量成正比，而析出1克生量的任何炀质都需要1出拉■第单伐.96500库公（26.8Ah丿的电量。
水电解制気符合法竝笫电解龙律，即亦标;隹状恚下，阴极析岀1克分孑的気鮎所需电量为53.6Aho生尹1Nm3気毛（1.073m3,（氧％为気宅尹量的50%J,所需电量2390Ah,療抖水谄耗0.805kg。
将水电解为気宅和氧％的过程，其电圾反应为：阴圾：2HO + 2e — H t + 2OH阳奴：2OH + 2e f HO + 1/20 t总反应：2HO -> 2H t + O t从反应无得岀：1）水电解对尹生两个ft和一个氧。
5kw 氢燃料电池 氢气流量
主题：5kw氢燃料电池氢气流量调节技术探究一、概述随着新能源技术的不断发展，氢燃料电池作为一种清洁高效的能源形式，逐渐受到人们的关注。
而在氢燃料电池系统中，氢气流量的调节对于其稳定性和性能具有重要影响。
本文旨在探讨5kw氢燃料电池系统中氢气流量的调节技术，以期为相关研究和应用提供参考。
二、氢燃料电池系统概述1. 氢燃料电池原理氢燃料电池是一种将氢气和氧气通过化学反应转化为电能的装置，其原理是利用氢和氧的氧化还原反应生成电能和水。
其中，氢气是氢燃料电池的重要能源来源，因此氢气流量的调节对于保证电池系统的稳定运行至关重要。
2. 5kw氢燃料电池系统结构5kw氢燃料电池系统一般包括氢气储罐、氢气输送管道、氢气流量调节装置、电解质膜堆、电动机等组成。
其中，氢气流量调节装置是保证氢气进入电解质膜堆的关键部件。
三、氢气流量调节技术研究1. 氢气流量调节原理氢气流量调节技术是指通过控制氢气的流量、压力等参数，以满足电解质膜堆和电站系统的工作需要。
常见的氢气流量调节原理包括阀门调节、流量计控制、压力控制等方法。
2. 阀门调节技术阀门调节技术是指通过调节氢气流量调节阀的开度，从而实现对氢气流量的控制。
其优点是操作简单、成本较低，但同时存在响应速度慢、精度低等缺点。
3. 流量计控制技术流量计控制技术是利用流量计监测氢气流量，并通过控制系统实时调节流量控制阀，以实现对氢气流量的精确控制。
该技术具有响应速度快、精度高的优点，但设备复杂、成本较高。
4. 压力控制技术压力控制技术是通过控制氢气储罐内的压力来实现对氢气流量的控制。
该技术简单可靠，但对氢气输送管道和阀门的密封性要求较高。
四、氢燃料电池系统氢气流量调节技术选择与优化1. 技术选择原则在选择氢气流量调节技术时，需要考虑系统的实际需求、成本、精度要求、可靠性等因素。
针对5kw氢燃料电池系统，应该根据系统的特点和工况选择合适的氢气流量调节技术。
2. 技术优化措施针对不同的氢燃料电池系统，可以采取一些技术优化措施，以提高氢气流量调节的精度和稳定性。
制氢系统工作原理及主设备电解槽的结构和检修工序工艺
制氢系统工作原理及主设备电解槽的结构和检修工序工艺一、氢气基本知识1．氢气的性质和用途：氢是宇宙中分布最广的一种元素，它在地球上主要以化合状态存在于化合物中，在大气层中的含量很低，仅有lppm（体积比）。
气体中，氢气最轻，粘度最小，导热系数最高，化学活性、渗透和扩散性强（扩散系数为0.63cm2/s,约为甲烷的三倍）。
它是一种强的还原剂，可同许多物质进行不同程度的化学反应，生成各种类型的氢化物。
氢气的着火、燃烧、爆炸性能是它的主要特性。
氢气含量范围在4-75％（空气环境）、4.65-93.9%（氧气环境）时形成可爆燃气体，遇到明火或温度在585°C 以上时可引起燃爆。
压力水电解制出的氢气具有压力高（1.6或3.2MPa）便于输送，纯度高（99.8%以上）可直接用于一般场合，还可以通过后续纯化（氢气纯度提高到99.995以上）和干燥（露点提高到-40〜-85C），可作为燃料、载气、还原或保护气、冷却介质，广泛用于国民经济的各行各业。
2．水电解制氢、纯化脱氧、干燥原理2.1水电解制氢原理利用电能使某电解质溶液分解为其它物质的单元装置称为电解池。
任何物质在电解过程中，从数量上的变化服从法拉第定律。
法拉第定律指出：电解时，在电极上析出物质的数量，与通过溶液的电流强度和通电时间成正比；用相同的电量通过不同的电解质溶液时，各种溶液在两极上析出物质量与它的电化当量成正比，而析出1克当量的任何物质都需要1法拉第单位96500库仑（26.8Ah）的电量。
水电解制氢符合法拉第电解定律，即在标准状态下，阴极析出1克分子的氢气，所需电量为53.6Ah。
生产1Nm3氢气（1.073m3,20C）（氧气为氢气产量的50%），所需电量2390Ah，原料水消耗0.805kg。
将水电解为氢气和氧气的过程，其电极反应为：阴极：2HO＋2e- 亠Ht ＋2OH阳极：2OH＋2e- HO ＋1/2Ot总反2HO 2Ht ＋Ot从反应式得出：1）水电解时产生两个氢和一个氧。
制氢讲义
制氢讲义1、为什么要用氢气冷却转子绕组、定子铁芯？1、发电机在运行中产生磁感应的涡流损失和线阻损失，这部分能量损失转变为热量，使发电机的转子和定子发热。
发电机线圈的绝缘材料因温度升高而引起绝缘强度降低，会导致发电机绝缘击穿事故的发生，所以必须不断地排出由于能量损耗而产生的热量。
2、 空气冷却20世纪30年代末期以前，汽轮发电机基本上处于单一的空气冷却阶段。
空气冷却在结构上最简单，费用最低廉，维护最方便，这些显著的优点使得空气冷却首先得到了应用和发展。
随着电网容量的增大，要求提高汽轮发电机的容量。
为了提高容量，需要增加电磁负荷，导致电磁损耗增大，从而引起电机发热量的增加要强化冷却就必须加大通风量，这必然引起通风损耗的增大，而通风损耗(含风摩耗)占总损耗的40%，这就使得电机的效率降低。
另外，空气冷却的定转子绕组的温升也较高，影响绝缘的寿命。
氢气冷却当电机的单机容量达到一定水平时，空冷技术在效率和温升等方面逐渐暴露出不足，为了寻求更加有效的冷却方式，人们发展了氢冷技术。
从20世纪30年代末，容量大于50MW的汽轮发电机逐步过渡到氢气冷却。
氢气的比重小，纯氢的密度仅为空气的1/14，导热系数为空气的7倍，在同一温度和流速下，放热系数为空气的1 4～1 5倍,粘度最小，导热系数最高。
由于密度小，因此，在相同气压下，氢气冷却的通风损耗、风摩耗均为空气的1/10，而且通风噪声亦可减小。
氢冷电机的效率提高了，而且温升明显下降。
由于电机内氢气必须维持规定纯度，为此必须额外设置一套供氢装置，给设计和安装带来了困难。
另外，密封防爆问题始终是氢气冷却电机安全运行的一个隐患。
3、本厂1100MW发电机定子绕组直接水内冷，转子绕组直接氢内冷，定子铁芯氢冷由于发电机都是高转速的汽轮发电机组，由于其转速很高，为3000转/分钟，为降低离心力，其发电机设计成直径短而轴向长度很长的样子。
由于长度太长，发电机中部的热量不易散出，所以需要专门的发电机冷却系统。
氢气循环系统简介介绍
程，可以提高氢能源的利用率，降低能源消耗和环境污染。
02
氢气循环系统的基本构成
氢气循环系统主要包括氢气储存、输送、净化和再利用等组成部分，各
组成部分之间相互关联、协同工作，确保氢气的安全、高效循环。
03
氢气循环系统的关键技术
氢气循环系统的关键技术包括氢气储存技术、氢气净化技术、氢气输送
技术和氢气再利用技术等，这些技术的不断发展和创新是推动氢能源领
背景
随着环保意识的提高和清洁能源的需求增加，氢气作为一种高效、清洁的能源 载体，受到了广泛关注。氢气循环系统的发展对于推动氢能经济的发展具有重 要意义。
氢气循环系统的重要性
提高氢气利用效率
通过循环使用氢气，可以减少氢 气的浪费，提高氢气的利用效率 ，从而降低成本并减少对环境的
负担。
降低能源消耗
氢气循环系统可以减少在制取、储 存和运输过程中的能源消耗，有助 于实现能源的可持续利用。
规等手段推动其发展和应用。
技术研发
02
鼓励企业和科研机构加强技术研发和创新，提高氢气循环系统
的技术水平和经济性。
国际合作
03
加强国际间的合作与交流，共同推动氢气循环系统技术的发展
和应用，实现全球能源的绿色转型。
06
总结与反思
对氢气循环系统的认识与理解
01
氢气循环系统的重要性
氢气循环系统是实现氢能源高效利用的关键环节，通过优化氢气循环过
能量转换或利用。
使用后的氢气返回储存装置， 完成一个循环过程。
关键技术与设备
高压储存技术
采用高强度材料制造储存装置，确保 氢气在高压下的安全储存。
高效压缩技术
采用先进的压缩机设计，提高氢气的 压缩效率，降低能耗。
制氢系统流程及日常维护常见缺陷处理培训
氧气经过与碱液的分离氧气出口调节阀排空。
氢气经过氢分离洗涤器，在其内与碱液分离，然后从氢分离洗涤器顶部
的氢气管道进入氢气冷却器。在冷却器中将氢气由 75～90℃冷却至 40℃左右，再进入气水分离器，分离出冷凝水滴，使含湿度降到 4g/Nm3下，经氢气出口调节阀流向干燥器框架。
碱液经过氢分离洗涤器和氧分离器中分离出氢气和氧气后，在两分离器
• 放在干燥器后面，滤去气体中所含的微尘。
23
氢气干燥装置使用注意事项
• 1.干燥装置间严禁明火，操作人员严禁穿带钉的鞋入内。 • 2 .应注意观察氢气的含氧量应≤0.5%，若≥0.5%应停机。 • 3. 再生加热终止温度不得超过 250℃。 • 4 .当没有氢气流过加热器时，禁止长时间开启加热器（不超过 15s），
6
一体式水解制氢设备（电解槽）
7
电解槽
8
故障与维护
• （1）电解槽小室电压增加到2.5V或者更高，这时需要停车，清洗过 滤器，电解槽排污。或者用碱液循环泵大流量循环碱液，疏通电解槽 小室。则要考虑相邻两片极板短路，使它们内部不产生气体。
• （2）法兰接口处漏碱：适当拧紧螺母或更换聚四氟垫片。 • （3）弹簧片碎裂：先停车待温度恢复到常温状态，松开相应的螺栓，
底部的连通管内汇合，经碱液过滤器去除固态杂质，再经碱液冷却器冷
制氢装置工艺流程说明
制氢装置工艺流程说明1.1 膜分离系统膜分离单元主要由原料气预处理和膜分离两部分组成。
混合加氢干气经干气压缩机升压至 3.4MPa，升温至110℃，首先进入冷却器（E-102）冷却至45℃左右，然后进入预处理系统，预处理系统由旋风分离器（V-101）、前置过滤器(F-101AB)、精密过滤器(F-102AB)和加热器（E-101）组成。
预处理的目的是除去原料气中可能含有的液态烃和水，以及固体颗粒，从而得到清洁的饱和气体，为防止饱和气体在膜表面凝结，在进入膜分离器前，先进入加热器（E-101）加热到80℃左右，使其远离露点。
经过预处理的气体直接进入膜分离器（M-101），膜分离器将氢气与其他气体分离，从而实现提纯氢气的目的。
每个膜分离器外形类似一管壳式热交换器，膜分离器壳内由数千根中空纤维膜丝填充，类似于管束。
原料气从上端侧面进入膜分离器。
由于各种气体组分在透过中空纤维膜时的溶解度和扩散系数不同，导致不同气体在膜中的相对渗透速率不同，在原料气的各组分中氢气的相对渗透速率最快，从而可将氢气分离提纯。
在原料气沿膜分离器长度方向流动时，更多的氢气进入中空纤维。
在中空纤维芯侧得到94％的富氢产品，称为渗透气，压力为1.3 MPa（G），该气体经产品冷却器（E-103）冷却到40℃后进入氢气管网。
没有透过中空纤维膜的贫氢气体在壳侧富集，称为尾气，尾气进入制氢下工序。
本单元设有联锁导流阀（HV-103）和联锁放空阀（HV-104），当紧急停车时，膜前切断阀（HV-101）关闭，保护膜分离器，同时HV-103和HV-104自动打开，保证原料气通过HV-103直接进入制氢装置，确保制氢装置连续生产；通过HV-104的分流，可以保证通过HV-103进入制氢装置的气体流量不至于波动过大，使制氢装置平稳运行。
1.2 脱硫系统本制氢装置原料共有三种：轻石脑油、焦化干气、加氢干气（渣油加氢干气、柴油加氢脱硫净化气、加氢裂化干气）。
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由浸没在电解 液中的一对电极中 间隔以防止气体渗 透的隔膜而构成的 水电解池，当通以 一定的直流电时， 水就发生分解，在 阴极析出氢气，阳 极析出氧气。其反 应式如下：
阴极反应： 2H2 Ｏ + 2e → 2OH － + H2↑
阳极反应： 2OH － – 2e → H2O +1/2 O2↑
氢管道相
门
连接。
充氢旁路阀 充氢减压阀，一般调整好不动
框架Ⅱ 冲罐气动阀
充罐母管
充罐压力 变送器
#3
发
电
机
#4
发
电
机
压力变宋器，压力 >0.6MPa，自动关闭气
动阀
充氢气动阀
三通阀
充氢 压力 表一 般控 制 0.4M Pa
充 氢 母 管
框架Ⅲ
用于碱液 的配制和 储存、原 料水的储 存以及为 制氢装置 提供原料
连通管混合，经碱液冷却器冷却，
由碱液循环泵，经过滤器过滤后 打回电解槽循环使用。
碱 箱
循环泵
补给水系统：电解过程中消
耗的水，由补水泵间断的送入氢
分离洗涤器上部的筛板上，通过
溢流管进入下部与碱液混合，以
补充所消耗的水，并经常更换洗 涤水层。
氢分离洗涤 氧分离洗涤
冷却器 #3、#4发电机
补水泵
氢
气
气
冷
动
离氢气、氧气和碱液
洗氢气，防止氢气带碱
氢压力
系统压力
氧压力
液位调节阀
压力调节阀
充
罐
手
充
动
罐
洗 涤
门
器
氧
侧
手
动
放
空
阀
减压 阀： 防止 系统 压力 过高 过快 排空
氢液位
干燥器
氢侧紧急 放空阀
氢分离器
氢侧手动放阀 氧液位 氧分离器
氧侧紧急 放空阀
整流柜
整流柜由整流变压器、整流装置
装置正常运行触发 电源、主电源灯亮
却
差
器
压
调
节
器
除盐水箱 氢气干燥
装置
排空
氢气分 配装置
氢罐 储存
水电解制氢装置的结构
本装置由框架Ⅰ、整流柜、控制柜、配电 装置、计算机管理自动控制系统、框架Ⅱ、 框架Ⅲ等几部分组成。
由电解槽、氢、氧分离器、氢洗涤器、循环泵、汽水分离
器、冷却器、干燥器、氢气过滤器等组成，电解槽为压滤 式双极性结构，一端下部有进液管，另一端上部有氢气、 氧气及碱液出口管，中间极板为正极，两端极板为负极。
再经水分离器，最后通过气动薄
膜调节阀和手动阀进入氢气干燥
系统，再分别送至各储氢罐。
氧气系统：在各电解小室的
阳极上产生的氧气，与强制循环
电解槽
的碱液，经过氧气气道环，由两
端端压板引出至氧分离器。经气、
液分离后通过气动薄膜调节阀和
手动阀排空。
碱液系统：氢、氧两个分离器
内的碱液由内部设置的冷却蛇管
过滤器
进行冷却。通过二分离器底部的
水及碱液。
碱液来碱箱 碱液去系统
加水泵补水管
补水泵：实现系统碱 液、原料水的补充
碱箱 补水
门
碱液箱： 为系统补 充消耗的
碱液
管
补
道
水
补水电磁阀，水位
泵
手
<250mm自动补水
来
动
门
原料水箱： 为系统补 充消耗的 除盐水
排污门
用于冷却碱液 、整流柜、电 解槽、氢气冷 却器等设备， 循环使用，启 动系统之前启 动，系统停止 后，最后停止 。要求除盐冷 却水压力不能 <0.4MPa， 水箱水位 ≤300mm时 ，电磁阀自动 打开补水，除 盐冷却水泵两 台，互为备用 。
概述
2×300MW发电机冷却方式为水-氢-氢，发电机 氢气容积为66×2m3，额定氢压0.30MPa(g)运 行时的漏氢量：≤10m3/24h。
制氢系统采用中船重工集团公司七一八研究所生 产的CNDQ—10/3.2型中压微机控制水电解制氢 一体化装置。整套装置由框架Ⅰ、整流柜、控制 柜、配电装置、(计算机管理)自动控制系统、框 架Ⅱ、框架Ⅲ等几部分组成。电解槽电源采用将 380V交流电经可控硅整流装置变为56V直流电供
补氢气动 阀控制
电流设定 氢液位
槽温 电流 电压 氢产量
配电装置主
要设备为配电柜， 用于对制氢系统 所有动力装置的 供电，对循环泵、 加水泵、风机等 动力设备的启停 进行控制。(制氢 站电源来自煤 400VA、B段）
整流柜电源
制氢系统来
框架Ⅱ为
氢气分配
装置，与
制氢装置、
储氢罐及
充 氢
发电机供
手 动
总 反 应：
2H2O → 2H2↑+
O2↑
电解制氢原理 阳极电解产生氧气
电解槽
阴极电解生成氢气
工艺流程
氢气系统：在整流柜输出的
直流电作用下，各电解小室的阴 极上产生的氢气与强制循环的碱 液，经过氢气气道环由两端端压
红色：氧气 黄色：氢气
板引出到氢气分离洗涤器，经气 虚线：水系统
液分离和洗涤后，至氢气冷却器，
组成，用于供给电解所需直流电源。
可控硅整流装置的主回路、控制回
路、触发回路及变压器均装在一个
柜子内。可控硅采用水冷方式，柜
左糟 电流
触发
右槽 电流
体对外有进、出水管。
电源
输出 电压
输出 电流
主电 源
主电源开按钮
计算机自动控制系统储氢罐源自力充罐气动 阀控制槽压设定
三通阀
氧液位 氢中氧 氧中氢
发电机充氢压力
碱液浓度
自控气源压力 主电源动力电电压
0.5～0.7 Mpa
气源耗量
N380V 50Hz C相～整流柜电源
控制柜电源
220V 50 Hz AC220V 50 Hz
冷却水温度
冷却水压力
0.4～0.6MPa
冷却水水质
干燥器温控温度
～
干燥器加热终止温度
干燥器再生周期
24h
除盐冷却装置
管 道
泵
来
补水电磁阀
补水手动门
除盐冷却水进水
工业 冷却水进水 工业冷去水入口总阀
水位计
电 接 点 压 力 表
除盐 冷却 水箱
工业水出水 除盐冷却水出水
蛇形 冷却 器
除
盐
冷
却
水
除盐冷却水
泵
泵控制箱
CNDQ—10/3.2水电解制氢一体化装置主要技术参数
项目
规范
项目
氢气产量
10 Nm3/h
氧气产量
碱液循环泵
循环泵启动 在配电装置 上启动，系 统启动前， 应先启动循 环泵，碱液 打循环。
放气阀： 碱液打循 环是应进 行放气， 排除碱液 系统内空
气
氢气过滤器
碱液循环泵
流量调节阀
碱液流量计：正常运 行在500~550ml、min
氢氧分离器
氢、氧分离器主要作用利用重力分 氢气洗涤器的作用是冷却氢气和清
氢气纯度(V/V)
≥99.8%
氧气纯度(V/V)
氢气湿度 氢气含碱量
≤ H2O/Nm3 H2 ≤1mg/N m3
氢气露点 氢气出口温度
工作压力
3.2MPa（0.5～3.2MPa）工作温度
工作电流
直流额定电压
直流电耗 纯水耗量
≤4.8Kwh/ m3 H2 /h
主电源动力电源容量 冷却水用量
整流柜冷却水出口背 ＜0.1 MPa 压