Page 18 - 电力与能源2023年第四期

324 毛火华，等：模块式绿电制氢储用系统控制策略研究

源管理系统、舱体环境保障系统等。绿氢储用氢 管路等组件组成，储氢采用 LaNiMg 低温型储氢
［6］
舱内的主要设备有质子交换膜（PEM）制氢装置、 合金 ，通过质量流量控制器（MFC）控制和计量
固态储氢装置、氢燃料电池及舱体环境保障系统 确定吸氢和放氢量。吸氢时制冷机组提供冷水冷
等。模块式绿氢储用系统组成如图 1 所示。 却储氢罐，放氢时通过太阳能热水器和加热棒加
热储氢罐，提升其温度至 40～75 ℃，使储氢罐以

一定放氢速率供给氢燃料电池。
1.4 氢燃料电池
氢燃料电池额定功率为 2.5 kW，主要由两个
燃 料 电 池 模 块 、一 个 锂 电 模 块 和 一 个 二 级 升 压
DC/DC 模块组成，两个燃料电池模块正常状态下
一用一备。燃料电池模块内的空气系统提供的氧

气和氢气系统提供的氢气，在电堆内发生电化学
反应，产生电能，供给一级 DC/DC，温控系统控制
电堆内部温度，配电系统中的锂电池平抑功率波
动并作为燃料电池的启动电源，二级升压 DC/DC
图 1 模块式绿氢储用系统组成
起到匹配外部电源系统母线电压的作用 。
［7］
1.1 光伏及储能
光伏发电经汇流、逆变之后直接供给末端用 2 接口与回路
户负载，在电力富余时为储能电池簇充电，或启动
2.1 两舱接口
PEM 制氢装置进行制氢、储氢。在用电高峰时储
储能控制电舱设置光伏输入接口、电网接入
能电池簇辅助供电，然后燃料电池启动工作，经
接口作为供电接入接口。同时储能控制电舱设置
DC/DC 升压为 350 V 后为电池簇充电。本系统
负载输出接口、舱间直流接口、舱间交流接口、舱
以储能控制电舱为核心，分别连接光伏发电阵列、
间辅助供电接口和舱间通信接口。储能控制电舱
绿氢储用氢舱、市电电网组成系统整体，对外具备
和绿氢储用氢舱分别配备有负载接口，各接口均
供电接口，连接用户给负载供电，可以并、离网运
采用标准接插件，实现安全可靠连接。
行，可以实现并网充电、并网放电、离网功率平衡
2.2 回路设置
等工作模式。
电回路的输入接口布置在储能控制电舱，其
1.2 PEM 制氢
中一路为交流接口，可接入电网供电，电压等级为
PEM 制氢装置主要由电解池堆、电解水循环
泵、水/气分离设备、热控系统、压力调控系统等组 交流 380 V，接口容量为 50 kVA；另外一路为直流
成，额定制氢量为 1 Nm·h 。从经济性角度考 接口，可接入光伏供电，电压等级为直流 1 500 V，
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虑，优先使用可再生电力制取氢气。考虑西北地 接口容量为 100 kVA；电回路的输出 4 路交流接
区高寒多变以及高碱高硬的地表水，对 PEM 制氢 口分别布置在储能控制电舱和绿氢储用氢舱。储
系统中的水处理和电解过程进行了优化和平衡， 能控制电舱有 1 路交流 220 V 输出接口，容量为

使其成为宽范围、快响应的高效水处理-电解制氢 3 kVA，1 路交流 380 V 输出接口，容量为 10 kVA；
系统，功率负载范围为 5%～100%，冷启动时间 绿氢储用氢舱有 2 路交流 220 V 输出接口，容量均
小于 5 min。 为 7 kVA。
1.3 固态储氢 气回路为绿氢储用氢舱内部回路，起始于制
固态储氢装置储氢量为 5 kg，主要由储氢罐、 氢设备，经过储氢设备及其配套缓存罐，终止于燃
空调水制冷机、太阳能热水器、传感器、控制阀和 料 电 池 设 备 。 设 备 之 间 由 气 阀 控 制 ，实 现 气 压