1.本發(fā)明涉及清潔能源冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種電制氫合成氨方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2.傳統(tǒng)的合成氨工藝主要以化石能源制氫和空分制氮的方式獲取原料，在合成塔中催化劑的作用下合成氨。但以煤、天然氣等化石能源為原料的化工裝置在制氫過程中會排放大量的二氧化碳，加劇溫室效應(yīng)。為了減少二氧化碳的排放，緩解全球變暖及其他負(fù)面影響，可以利用風(fēng)電、光伏等可再生能源進(jìn)行電解水制氫，以減少化石能源的使用。

3.現(xiàn)有的風(fēng)電、光伏耦合合成氨工藝的技術(shù)中，僅是在生產(chǎn)過程中機(jī)械性的引入風(fēng)電或光伏，由于風(fēng)電或光伏等提供的電力存在波動性，為了保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定進(jìn)行，還需電網(wǎng)提供電力進(jìn)行平衡，或者配置大型的儲能設(shè)備進(jìn)行電力平衡，導(dǎo)致高生產(chǎn)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明實施例提供了一種電制氫合成氨方法和系統(tǒng)，能夠克服風(fēng)電、光伏等新能源提供的波動的電力對生產(chǎn)過程穩(wěn)定性的影響，減少電網(wǎng)電力的使用，降低生產(chǎn)成本。

5.本發(fā)明實施例的技術(shù)方案可以這樣實現(xiàn)：

6.第一方面，本發(fā)明實施例提供一種電制氫合成氨方法，應(yīng)用于電制氫合成氨系統(tǒng)，所述電制氫合成氨系統(tǒng)包括控制中心、電解水制氫站和合成氨站，所述控制中心分別與所述電解水制氫站和所述合成氨站通信，所述電解水制氫站生產(chǎn)的氫氣通過管道傳輸至所述合成氨站，所述控制中心還與電網(wǎng)調(diào)度中心通信，所述方法包括：

7.所述控制中心接收所述電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)送的調(diào)度指令；

8.所述控制中心基于所述調(diào)度指令，確定所述電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間，其中，所述電制氫合成氨系統(tǒng)按照所述功率控制目標(biāo)值運行時滿足預(yù)設(shè)運行條件，所述功率調(diào)整時間表征所述電制氫合成氨系統(tǒng)從當(dāng)前用電功率調(diào)節(jié)至所述功率控制目標(biāo)值耗費的時間；

9.所述控制中心根據(jù)所述功率控制目標(biāo)值，確定所述電解水制氫站的目標(biāo)用電功率，并將所述目標(biāo)用電功率發(fā)送至電解水制氫站，以使所述電解水制氫站基于所述目標(biāo)用電功率生產(chǎn)氫氣；

10.所述控制中心根據(jù)所述功率調(diào)節(jié)時間，確定所述合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，并將所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式發(fā)送至所述合成氨站，以使所述合成氨站基于目標(biāo)調(diào)節(jié)模式合成液氨。

11.可選地，所述電制氫合成氨系統(tǒng)還包括風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站，所述風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站均通過輸電線路向所述電解水制氫站和所述合成氨站提供電力，所述控制中心還分別與所述風(fēng)力發(fā)電站和所述光伏發(fā)電站通信；

12.所述控制中心基于所述調(diào)度指令，確定所述電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間的步驟包括：

13.所述控制中心獲取所述風(fēng)力發(fā)電站所在區(qū)域的風(fēng)速數(shù)據(jù)和所述光伏發(fā)電站所在區(qū)域的太陽輻照度數(shù)據(jù)；

14.所述控制中心將所述風(fēng)速數(shù)據(jù)和所述太陽輻照度數(shù)據(jù)輸入預(yù)先建立的系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)模型輸出結(jié)果確定所述功率控制目標(biāo)值和所述功率調(diào)節(jié)時間。

15.可選地，所述電制氫合成氨系統(tǒng)還包括風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站，所述風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站均通過輸電線路向所述電解水制氫站和所述合成氨站提供電力，所述控制中心與所述風(fēng)力發(fā)電站和所述光伏發(fā)電站均通信；

16.所述控制中心根據(jù)所述功率控制目標(biāo)值，確定所述電解水制氫站的目標(biāo)用電功率的步驟包括：

17.所述控制中心獲取所述風(fēng)力發(fā)電站的當(dāng)前發(fā)電功率、所述光伏發(fā)電站的當(dāng)前發(fā)電功率、所述合成氨站的當(dāng)前用電功率、所述風(fēng)力發(fā)電站的當(dāng)前棄電功率和所述光伏發(fā)電站的當(dāng)前棄電功率；

18.所述控制中心根據(jù)所述風(fēng)力發(fā)電站的當(dāng)前發(fā)電功率、所述光伏發(fā)電站的當(dāng)前發(fā)電功率、所述合成氨站的當(dāng)前用電功率、所述風(fēng)力發(fā)電站的當(dāng)前棄電功率、所述光伏發(fā)電站的當(dāng)前棄電功率以及所述功率控制目標(biāo)值，確定所述電解水制氫站的目標(biāo)用電功率。

19.可選地，所述電解水制氫站包括站內(nèi)控制器和多個整流器，所述站內(nèi)控制器控制所述多個整流器的運行，所述站內(nèi)控制器與所述控制中心通信；

20.在所述控制中心將所述目標(biāo)用電功率發(fā)送至電解水制氫站的步驟后，所述方法還包括：

21.所述站內(nèi)控制器將所述目標(biāo)用電功率與預(yù)設(shè)最大功率和預(yù)設(shè)最小功率進(jìn)行比較；

22.若所述站內(nèi)控制器判定所述目標(biāo)用電功率大于所述預(yù)設(shè)最小功率、且所述目標(biāo)用電功率小于所述預(yù)設(shè)最大功率，則根據(jù)所述目標(biāo)用電功率確定每個所述整流器的運行功率；

23.若所述站內(nèi)控制器判定所述目標(biāo)用電功率不大于所述預(yù)設(shè)最小功率，則根據(jù)所述預(yù)設(shè)最小功率確定每個所述整流器的運行功率；

24.若所述站內(nèi)控制器判定所述目標(biāo)用電功率不小于所述預(yù)設(shè)最大功率，則根據(jù)所述預(yù)設(shè)最大功率確定每個所述整流器的運行功率。

25.可選地，所述電解水制氫站還包括氣液分離器和多個電解槽，一個所述電解槽與一個所述整流器電連接，每個電解槽產(chǎn)生的氣液混合物均通過管道傳輸至所述氣液分離器，所述氣液分離器中的冷卻水裝置對氣液混合物中的堿液進(jìn)行降溫，所述方法還包括：

26.所述站內(nèi)控制器獲取所述多個電解槽的入口處和出口處的堿液溫度；

27.若所述站內(nèi)控制器判定所述多個電解槽的入口處的堿液溫度和/或所述多個電解槽出口處的堿液溫度偏離預(yù)設(shè)溫度范圍，則獲取所述多個電解槽的運行參數(shù)和所述冷卻水裝置的入口處和出口處冷卻水溫度；

28.所述站內(nèi)控制器根據(jù)所述多個電解槽的入口處和出口處的堿液溫度、所述多個電解槽的運行參數(shù)和所述冷卻水裝置的入口處和出口處冷卻水溫度，確定所述冷卻水裝置的冷卻水需求量；

29.所述站內(nèi)控制器根據(jù)所述冷卻水需求量，調(diào)節(jié)所述冷卻水裝置的入口處的閥門，以使所述多個電解槽的入口處的堿液溫度和/或所述多個電解槽出口處的堿液溫度處于預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)。

30.可選地，所述方法還包括：

31.所述站內(nèi)控制器獲取所述多個電解槽中堿液的濃度和所述氣液分離器內(nèi)堿液的液位；

32.若所述站內(nèi)控制器判定堿液的濃度高于預(yù)設(shè)濃度，和/或所述堿液的液位低于預(yù)設(shè)液位，則根據(jù)所述電解水制氫站的目標(biāo)用電功率確定所述電解水制氫站內(nèi)原料水的需求量；

33.所述站內(nèi)控制器根據(jù)所述原料水的需求量，調(diào)節(jié)所述多個電解槽的入口處的閥門，以降低所述堿液的濃度和/或提高堿液的液位。

34.可選地，所述合成氨站包括儲氣罐和合成塔，所述電解水制氫站生產(chǎn)的氫氣通過管道傳輸至所述儲氣罐，所述儲氣罐中的氫氣通過管道傳輸至所述合成塔，所述控制中心根據(jù)所述功率調(diào)節(jié)時間，確定所述合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式的步驟包括：

35.所述控制中心獲取所述儲氣罐的氫氣進(jìn)入量、氫氣釋放量及氫氣存儲量；

36.所述控制中心根據(jù)所述氫氣進(jìn)入量、氫氣釋放量及氫氣存儲量，確定所述儲氣罐的緩沖時間，所述緩沖時間表征所述儲氣罐儲滿氫氣需耗費的時間；

37.若所述控制中心判定所述功率調(diào)節(jié)時間不大于所述緩沖時間，則確定所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第一調(diào)節(jié)模式，所述第一調(diào)節(jié)模式用于調(diào)節(jié)所述儲氣罐的運行；

38.若所述控制中心判定所述功率調(diào)節(jié)時間大于所述緩沖時間，則確定所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第二調(diào)節(jié)模式，所述第二調(diào)節(jié)模式用于調(diào)節(jié)所述合成塔的運行。

39.可選地，所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式包括第一調(diào)節(jié)模式和第二調(diào)節(jié)模式，所述合成氨站包括儲氣罐、合成塔和站內(nèi)控制器，所述站內(nèi)控制器與所述控制中心通信，所述站內(nèi)控制器控制所述儲氣罐和所述合成塔的運行；

40.在所述控制中心將所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式發(fā)送至所述合成氨站的步驟之后，所述方法還包括：

41.若所述站內(nèi)控制器接收的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第一調(diào)節(jié)模式，則根據(jù)所述合成塔內(nèi)的氫氣消耗量和所述儲氣罐的氫氣進(jìn)入量，調(diào)節(jié)所述儲氣罐的入口管道上的壓力控制閥，和/或所述儲氣罐的出口管道上的壓力控制閥；

42.若所述站內(nèi)控制器接收的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第二調(diào)節(jié)模式，則根據(jù)所述儲氣罐的氫氣進(jìn)入量的變化值，調(diào)節(jié)所述合成塔內(nèi)的氣體壓力。

43.可選地，所述站內(nèi)控制器根據(jù)所述儲氣罐的氫氣進(jìn)入量，調(diào)節(jié)所述合成塔內(nèi)的氣體壓力的步驟包括：

44.若所述站內(nèi)控制器判定所述氫氣進(jìn)入量的變化值為正，則提高所述合成塔內(nèi)的氣體壓力；

45.若所述站內(nèi)控制器判定所述氫氣進(jìn)入量的變化值為負(fù)，則降低所述合成塔內(nèi)的氣體壓力；

46.第二方面，本發(fā)明實施例提供一種電制氫合成氨系統(tǒng)，包括控制中心、電解水制氫站和合成氨站，所述控制中心分別與所述電解水制氫站和所述合成氨站通信，所述電解水

制氫站生產(chǎn)的氫氣通過管道傳輸至所述合成氨站，所述控制中心還與電網(wǎng)調(diào)度中心通信；

47.所述控制中心，用于：

48.接收所述電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)送的調(diào)度指令；

49.基于所述調(diào)度指令，確定所述電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間，其中，所述電制氫合成氨系統(tǒng)按照所述功率控制目標(biāo)值運行時滿足預(yù)設(shè)運行條件；

50.根據(jù)所述功率控制目標(biāo)值，確定所述電解水制氫站的目標(biāo)用電功率，并將所述目標(biāo)用電功率發(fā)送至電解水制氫站；

51.根據(jù)所述功率調(diào)節(jié)時間，確定所述合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，并將所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式發(fā)送至所述合成氨站；

52.所述電解水制氫站，用于接收所述控制中心發(fā)送的所述目標(biāo)用電功率并基于所述目標(biāo)用電功率生產(chǎn)氫氣；

53.所述合成氨站，用于接收所述控制中心發(fā)送的所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，并基于目標(biāo)調(diào)節(jié)模式合成液氨。

54.相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的電制氫合成氨方法及系統(tǒng)，首先控制中心接收電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)送的調(diào)度指令；然后，控制中心基于調(diào)度指令，確定電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間，其中，電制氫合成氨系統(tǒng)按照功率控制目標(biāo)值運行時滿足預(yù)設(shè)運行條件，功率調(diào)整時間表征電制氫合成氨系統(tǒng)從當(dāng)前用電功率調(diào)節(jié)至功率控制目標(biāo)值耗費的時間；接著，控制中心根據(jù)功率控制目標(biāo)值，確定電解水制氫站的目標(biāo)用電功率，并將目標(biāo)用電功率發(fā)送至電解水制氫站，以使電解水制氫站基于目標(biāo)用電功率生產(chǎn)氫氣；同時，控制中心根據(jù)功率調(diào)節(jié)時間，確定合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，并將目標(biāo)調(diào)節(jié)模式發(fā)送至合成氨站，以使合成氨站基于目標(biāo)調(diào)節(jié)模式合成液氨。由于本發(fā)明實施例中，控制中心基于電網(wǎng)調(diào)度中心下發(fā)的調(diào)度指令確定電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間，根據(jù)功率控制目標(biāo)值確定電解水制氫站的目標(biāo)用電功率，根據(jù)功率調(diào)節(jié)時間確定合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，從而調(diào)節(jié)電解水制氫站和合成氨站的運行，以克服風(fēng)電、光伏等新能源提供的波動的電力對生產(chǎn)過程穩(wěn)定性的影響，減少電網(wǎng)電力的使用，降低生產(chǎn)成本。

附圖說明

55.為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

56.圖1為本發(fā)明實施例提供的一種電制氫合成氨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖；

57.圖2為本發(fā)明實施例提供的一種電制氫合成氨系統(tǒng)的工藝流程圖；

58.圖3為本發(fā)明實施例提供的一種電制氫合成氨方法的流程示意圖一；

59.圖4為本發(fā)明實施例提供的一種步驟s102的實現(xiàn)方式的流程示意圖；

60.圖5為本發(fā)明實施例提供的一種步驟s103的實現(xiàn)方式的流程示意圖；

61.圖6為本發(fā)明實施例提供的一種電制氫合成氨方法的流程示意圖二；

62.圖7為本發(fā)明實施例提供的一種步驟s104的實現(xiàn)方式的流程示意圖；

63.圖8為本發(fā)明實施例提供的一種電制氫合成氨方法的流程示意圖三。

64.圖標(biāo)：100-電制氫合成氨系統(tǒng)；110-控制中心；120-風(fēng)力發(fā)電站；130-光伏發(fā)電站；140-電解水制氫站；150-空氣分離站；160-合成氨站；170-輔機(jī)設(shè)備；

具體實施方式

65.為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。

66.因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

67.應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

68.此外，若出現(xiàn)術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

69.需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明的實施例中的特征可以相互結(jié)合。

70.傳統(tǒng)合成氨工藝主要通過化石能源制氫和空分制氮獲取原料，再在合成塔中催化劑的作用下合成氨。但以煤、天然氣等石化介質(zhì)為原料的化工裝置，在生產(chǎn)操作中排放了大量的二氧化碳，加劇了溫室效應(yīng)。

71.為了減少生產(chǎn)過程中二氧化碳的排放量，緩解全球變暖及其他負(fù)面影響，可以將風(fēng)能、太陽能、水能和地?zé)崮艿瓤稍偕?、清潔能源引入合成氨的工藝過程。

72.現(xiàn)有的風(fēng)電、光伏耦合合成氨工藝的技術(shù)通常僅使用風(fēng)電或光伏提供電力，供電時間有限，氫氣生產(chǎn)成本高，并且僅在電制氫、合成氨過程中機(jī)械性地引入風(fēng)電或光伏，風(fēng)電或光伏供電存在波動，為了保障生產(chǎn)過程的安全性和穩(wěn)定性，需要接入電網(wǎng)以提供電力，或配置大型鋰電池儲能、壓縮空氣儲能及抽水儲能等儲能設(shè)備進(jìn)行電力平衡，導(dǎo)致設(shè)備成本高；

73.有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種電制氫合成氨方法，以克服風(fēng)電、光伏等新能源提供的波動的電力對生產(chǎn)過程穩(wěn)定性的影響，減少電網(wǎng)電力的使用，降低生產(chǎn)成本，下面將進(jìn)行詳細(xì)介紹。

74.本發(fā)明實施例首先介紹一種電制氫合成氨系統(tǒng)100，其為本發(fā)明實施例提供的電制氫合成氨方法的執(zhí)行主體。

75.請參照圖1，該電制氫合成氨系統(tǒng)100包括控制中心110、風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130、電解水制氫站140、空氣分離站150、合成氨站160及輔機(jī)設(shè)備170，其中，控制中心110與風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130、電解水制氫站140、空氣分離站150、合成氨站160及輔機(jī)設(shè)備170均能通信，可以監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài)和下發(fā)調(diào)控指令。另外，控制中心還可以與電網(wǎng)調(diào)度中心通信，接收電網(wǎng)中心下發(fā)的調(diào)度指令，參與電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運行服務(wù)。

76.電制氫合成氨系統(tǒng)100還包括電源升壓站、輸電線路和用戶側(cè)變電站，其中，若風(fēng)

力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130是共址建設(shè)的，則可以接入同一個電源升壓站，若風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130不是共址建設(shè)的，則各自接入一個電源升壓站，電源升壓站通過輸電線路連接用戶側(cè)變電站，用戶側(cè)變電站減壓后，接入電解水制氫站140、空氣分離站150、合成氨站160和輔機(jī)設(shè)備170，用戶側(cè)變電站還可以接入電網(wǎng)。

77.如圖2所示，風(fēng)力發(fā)電站120包括風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電變流器(ac/dc/ac)和匯流箱等設(shè)備。

78.光伏發(fā)電站130包括光伏陣列、匯流箱和光伏逆變器(dc/ac)等設(shè)備。

79.電解水制氫站140包括整流器(ac/dc)、電解槽、氣液分離裝置、氣體純化設(shè)備和氣體儲罐，其中，氣液分離裝置包括氫氣/堿液分離器和氧氣/堿液分離器，氣體純化設(shè)備包括氫氣純化裝置和氧氣純化裝置，氣體儲罐包括氫氣儲罐和氧氣儲罐。

80.空氣分離站包括空氣分離裝置和儲氣罐等設(shè)備。

81.合成氨站160包括氫氮氣壓縮機(jī)、氫氮氣儲罐、循環(huán)氣壓縮機(jī)、進(jìn)出塔換熱器、合成塔、余熱回收裝置、水冷器、冷交換器、氨冷壓縮機(jī)、氨冷裝置、氨分離器、液氨排放槽和液氨儲罐等設(shè)備。

82.電制氫合成氨系統(tǒng)100的工藝流程如下：

83.風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130發(fā)電，通過輸電線路傳輸?shù)焦I(yè)園區(qū)的用戶側(cè)變電站，用戶側(cè)變電站再為電解水制氫站140、空氣分離站150、合成氨站160和輔機(jī)設(shè)備170供電。

84.當(dāng)風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率之和大于生產(chǎn)過程的總用電負(fù)荷時，多余的發(fā)電量將通過用戶側(cè)變電站接入電網(wǎng)，通過電網(wǎng)進(jìn)行消納；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率之和小于生產(chǎn)過程的總用電負(fù)荷時，從電網(wǎng)中購電以滿足風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130的發(fā)電量與生產(chǎn)過程的總用電負(fù)荷之間的缺口，保證生產(chǎn)過程用電的可靠性；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率之和等于生產(chǎn)過程的總用電負(fù)荷時，電制氫合成氨系統(tǒng)100與電網(wǎng)之間沒有進(jìn)行電量交換。

85.電解水制氫站140利用電解槽分解水來生產(chǎn)氫氣和氧氣，其中，氫氣/堿液混合物通過氫氣/堿液分離器，分離出的氫氣進(jìn)入氫氣純化裝置，純化后的氫氣進(jìn)入氫氣儲罐；氧氣/堿液混合物通過氧氣/堿液分離器，分離出的氧氣進(jìn)入氧氣純化裝置，純化后的氧氣進(jìn)入氧氣儲罐。

86.氫氣/堿液分離器和氧氣/堿液分離器中分離出來的堿液，再重新匯流進(jìn)電解槽。原料水接入到電解槽堿液入口前的管道。氫氣/堿液分離器和氧氣/堿液分離器中均有冷熱交換器，冷卻水通過冷熱交換器為堿液降溫。

87.空氣分離站150通過控制分離裝置制取液氮和液氧，液氧經(jīng)過氣化后進(jìn)入氧氣管道，液氮經(jīng)過氣化后進(jìn)入氮氣儲罐。

88.電解水制氫站140生產(chǎn)的氫氣與空氣分離站150生產(chǎn)的氮氣在氫氮氣儲罐中混合，得到的新鮮氫氮氣(又名補充氣)進(jìn)入氫氮氣壓縮機(jī)，將氣壓壓縮至13.1mpa(a)后，再進(jìn)入過濾器，以過濾掉可能在壓縮機(jī)中帶的油；接著，與來循環(huán)氣混合后進(jìn)入循環(huán)氣聯(lián)合壓縮機(jī)，將氣壓壓縮至13.827mpa(a)后，送往進(jìn)出塔換熱器中進(jìn)行預(yù)熱；預(yù)熱后的氣體經(jīng)氣體主線進(jìn)入合成塔，經(jīng)合成塔上、中段觸媒層間的換熱器，將氣體加熱至約330℃，并在合成塔頂部的上段觸媒層入口處混合，然后進(jìn)入上段徑向觸媒層，在催化劑作用下，激烈反應(yīng)生成

氨，并放出大量反應(yīng)熱。

89.為了使氣體中各組分很快趨于平衡，合成反應(yīng)放出的反應(yīng)熱，由反應(yīng)氣帶出。反應(yīng)氣出上段徑向?qū)樱M(jìn)入上段換熱器與管內(nèi)的冷交換器，被冷卻至約355℃時進(jìn)入中段徑向觸媒層進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)氣出中段徑向觸媒層后，再進(jìn)入層間換熱器與管內(nèi)的冷交換器，被冷卻至約355℃后進(jìn)入下段徑向觸媒層，得到的反應(yīng)氣體，氨濃度約19.4％。

90.反應(yīng)氣于約400℃時出合成塔，成為合成氣，并進(jìn)入余熱回收裝置中的蒸汽過熱器、合成廢熱鍋爐，在被冷卻至210℃時，進(jìn)入進(jìn)塔氣換熱器加熱入塔冷氣。

91.合成氣于約80℃進(jìn)入水冷器，在水冷器內(nèi)，空氣及蒸發(fā)的脫鹽水帶來的冷量將合成氣冷卻至38℃。冷卻后的合成氣，進(jìn)入冷交換器，與由液氨分離器來的冷循環(huán)氣進(jìn)行換熱，回收冷量。

92.合成氣被冷到28℃后進(jìn)入1#氨冷器，通過管外液氨蒸發(fā)，將合成氣冷到8℃后，氣體再進(jìn)入2#氨冷器，通過管外液氨蒸發(fā)，將合成氣冷到0℃。在這些冷卻過程中，合成氣中的氣氨，大量冷凝為液氨。含有大量液氨的合成氣，進(jìn)入液氨分離器，分離出液氨。

93.冷交換器冷側(cè)出來的氣體進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī)進(jìn)行循環(huán)使用。由液氨分離器分離出來的液氨，減壓后送至液氨排放槽，排放出溶解在液氨中的氣體，排放槽出口的液氨與來自冷凍工序的液氨換熱至30℃后送至液氨儲罐。排放槽排除的氣體被送至氫氮氣壓縮機(jī)入口進(jìn)行綜合利用。

94.請參照圖3，本發(fā)明實施例提供的一種電制氫合成氨方法包括步驟s101～s104。

95.s101，控制中心110接收電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)送的調(diào)度指令。

96.其中，電網(wǎng)不僅在風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率之和小于生產(chǎn)過程的總用電負(fù)荷時，提供額外電力，還可在風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率之和大于生產(chǎn)過程的總用電負(fù)荷時，消納多余的發(fā)電量。電網(wǎng)調(diào)度中心向控制中心110發(fā)送調(diào)度指令，使控制中心110判斷是否需要電網(wǎng)消納多余的發(fā)電量。

97.s102，控制中心110基于調(diào)度指令，確定電制氫合成氨系統(tǒng)100的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間。

98.其中，電制氫合成氨系統(tǒng)100按照功率控制目標(biāo)值運行時滿足預(yù)設(shè)運行條件，功率調(diào)整時間表征電制氫合成氨系統(tǒng)100從當(dāng)前用電功率調(diào)節(jié)至功率控制目標(biāo)值耗費的時間。

99.預(yù)設(shè)運行條件是指電制氫合成氨系統(tǒng)100的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，可以理解地，功率控制目標(biāo)值是控制中心110以電制氫合成氨系統(tǒng)100的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)進(jìn)行仿真模擬實驗，得到的當(dāng)前時刻電制氫合成氨系統(tǒng)100的最佳用電功率的值。

100.s103，控制中心根據(jù)功率控制目標(biāo)值，確定電解水制氫站的目標(biāo)用電功率，并將目標(biāo)用電功率發(fā)送至電解水制氫站，以使電解水制氫站基于目標(biāo)用電功率生產(chǎn)氫氣。

101.其中，由于電制氫合成氨系統(tǒng)100中，電解水制氫站140的用電功率可以快速調(diào)節(jié)，而合成氨站160則受到化工過程的安全與經(jīng)濟(jì)性地約束，不具備快速調(diào)節(jié)用電功率的能力。因此，電制氫合成氨系統(tǒng)100的用電功率調(diào)節(jié)主要是通過調(diào)節(jié)電解水制氫站140的用電功率來實現(xiàn)。

102.控制中心110根據(jù)功率控制目標(biāo)值以及系統(tǒng)中其他設(shè)備的用電功率，確定出電解水制氫站140的目標(biāo)用電功率，電解水制氫站140按照目標(biāo)用電功率運行，生產(chǎn)氫氣時，整個電制氫合成氨系統(tǒng)100的經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最優(yōu)。

103.s104，控制中心根據(jù)功率調(diào)節(jié)時間，確定合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，并將目標(biāo)調(diào)節(jié)模式發(fā)送至合成氨站，以使合成氨站基于目標(biāo)調(diào)節(jié)模式合成液氨。

104.其中，由于電解水制氫站140從當(dāng)前用電功率調(diào)節(jié)至目標(biāo)用電功率的過程中，氫氣產(chǎn)量發(fā)生變化，合成氨站160為了適應(yīng)氫氣產(chǎn)量變化，需改變自身的工況。而合成氨站160的化工過程受到了壓力、溫度、流量、制冷等過程的安全與經(jīng)濟(jì)性約束，所以其工況的改變需一系列設(shè)備同步進(jìn)行操作。

105.目標(biāo)調(diào)節(jié)模式可以指示合成氨站160中的運行狀況需調(diào)節(jié)的設(shè)備以及調(diào)節(jié)方式。控制中心110根據(jù)功率調(diào)節(jié)時間，可以確定出合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式。

106.下面對步驟s102進(jìn)行詳細(xì)介紹。

107.請參照圖4，步驟s102包括子步驟s102-1和s102-2。

108.s102-1，控制中心110獲取風(fēng)力發(fā)電站120所在區(qū)域的風(fēng)速數(shù)據(jù)和光伏發(fā)電站130所在區(qū)域的太陽輻照度數(shù)據(jù)。

109.s102-2，控制中心110將風(fēng)速數(shù)據(jù)和太陽輻照度數(shù)據(jù)輸入預(yù)先建立的系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)模型輸出結(jié)果確定功率控制目標(biāo)值和功率調(diào)節(jié)時間。

110.其中，系統(tǒng)仿真模型包括系統(tǒng)設(shè)備模型和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析模型，系統(tǒng)設(shè)備模型是根據(jù)如圖2所示工藝流程建立的，包括：風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站模型、電制氫合成氨系統(tǒng)與電網(wǎng)的電力交換模型、電解水制氫站模型、原料氣儲氣罐模型、空氣分離站和合成氨站模型。

111.(1)風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站模型

112.針對已經(jīng)投運的風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130，采用其歷史小時級發(fā)電數(shù)據(jù)作為發(fā)電功率數(shù)據(jù)，其中，為一年8760小時的風(fēng)力發(fā)電站的發(fā)電功率，單位為kw；為一年8760小時的光伏發(fā)電站的發(fā)電功率，單位為kw；為持續(xù)一年的時間段。

113.針對規(guī)劃建設(shè)的風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130，則利用風(fēng)力發(fā)電站120所在區(qū)域的風(fēng)速數(shù)據(jù)計算風(fēng)力發(fā)電站120的發(fā)電功率，利用光伏發(fā)電站130所在區(qū)域的太陽輻照度數(shù)據(jù)計算光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率。

114.基于風(fēng)速數(shù)據(jù)計算風(fēng)力發(fā)電站120的發(fā)電功率的公式如下：

[0115][0116][0117][0118]

其中，ηw為考慮如尾流效應(yīng)、風(fēng)機(jī)損耗等的效率；nw為風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量；pw(v)為單

臺風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電功率，單位為kw；v、v

ci

、vr、v

co

分別為區(qū)域風(fēng)速、風(fēng)電機(jī)組切入風(fēng)速、風(fēng)電機(jī)組的額定設(shè)計風(fēng)速、風(fēng)電機(jī)組切除風(fēng)速，單位均為m/s；p

wr

為風(fēng)電機(jī)組的額定功率，單位為kw；ρ為空氣密度，單位kg/m3；aw為掃風(fēng)面積,單位m2；c

p

為風(fēng)能轉(zhuǎn)化率值。

[0119]

基于太陽輻照度數(shù)據(jù)計算光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率的公式如下：

[0120][0121]

其中，t0為t時刻的光伏電池板的溫度，單位為℃；i

t0

為光伏陣列所在區(qū)域的太陽輻照強度，單位為w/m2；ηs(t0,i

to

)為光伏陣列在t0溫度和i

t0

太陽輻照強度條件下的發(fā)電效率；as為光伏陣列的面積，單位為m2。

[0122]

(2)電制氫合成氨系統(tǒng)與電網(wǎng)的電力交換模型

[0123]

當(dāng)電制氫合成氨系統(tǒng)100中風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率之和大于生產(chǎn)過程的總用電負(fù)荷時，多余的發(fā)電量將通過用戶側(cè)變電站接入電網(wǎng)，通過電網(wǎng)進(jìn)行消納，此狀態(tài)可稱為上網(wǎng)；當(dāng)電制氫合成氨系統(tǒng)100中風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率之和小于生產(chǎn)過程的總用電負(fù)荷時，從電網(wǎng)中購電以滿足風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130的發(fā)電量與生產(chǎn)過程的總用電負(fù)荷之間的缺口，此狀態(tài)可稱為下網(wǎng)。上述兩種狀態(tài)在同一時間是不能共存的。

[0124][0125][0126]

其中，為上網(wǎng)電量，為下網(wǎng)電量，為二進(jìn)制變量，其值為0時候代表電力從電網(wǎng)到電制氫合成氨系統(tǒng)100，其值為1時候代表電力從電制氫合成氨系統(tǒng)100到電網(wǎng)。m1為足夠大的正數(shù)。

[0127]

電制氫合成氨系統(tǒng)100與電網(wǎng)的電力交換，分為兩種形式，一種為風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130的電力上網(wǎng)銷售，一種為電制氫合成氨系統(tǒng)100從電網(wǎng)購電?？紤]電網(wǎng)對制氫合成氨系統(tǒng)100的發(fā)電量的消納能力的有限，提出凈上網(wǎng)電量來進(jìn)行約束。

[0128]

凈上網(wǎng)電量表征電制氫合成氨系統(tǒng)100在一定時間段內(nèi)的上網(wǎng)電量與去下網(wǎng)電量的差值。根據(jù)電網(wǎng)消納能力確定電制氫合成氨系統(tǒng)100的上網(wǎng)電量占年發(fā)電量的比例限值，電制氫合成氨系統(tǒng)100從電網(wǎng)購電占年總發(fā)電量的比例限值，電制氫合成氨系統(tǒng)100凈上網(wǎng)電量占年發(fā)電量的比例限值。

[0129][0130][0131]

[0132][0133]

其中，r1、r2、r3分別為電制氫合成氨系統(tǒng)100的上網(wǎng)電量占年發(fā)電量的比例限值，電制氫合成氨系統(tǒng)100從電網(wǎng)購電占年總發(fā)電量的比例限值，電制氫合成氨系統(tǒng)100凈上網(wǎng)電量占年發(fā)電量的比例限值；e

rg

為電制氫合成氨系統(tǒng)100中風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130的年總發(fā)電量之和，單位為kwh。

[0134]

(3)電解水制氫站模型

[0135]

電解水制氫站140用于將電力轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣。電解水制氫站140采用多孔隔膜使得電解槽內(nèi)氫氣側(cè)電極和氧氣側(cè)電極的氣體會發(fā)生擴(kuò)散。電解水制氫站140在正常運行狀態(tài)下堿液流速較快，氣體透過隔膜的量占比小，但是電解水制氫站140在低負(fù)載運行時氣體透過隔膜的量占比提高，導(dǎo)致氫氣中氧氣雜質(zhì)的含量和氧氣中氫氣雜質(zhì)的含量較高，影響電解水制氫站140的運行安全和氣體純度。

[0136]

因此，電解水制氫站140正常運行時存在最低運行功率和最高運行功率。電解水制氫站140在運行狀態(tài)下其功率速度較快，其功率變換率大于20％額定負(fù)荷/s。

[0137]

電解水制氫站140通過調(diào)整用電功率，以適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率變化，優(yōu)化電制氫合成氨系統(tǒng)100與電網(wǎng)的電力交換。

[0138][0139][0140][0141][0142]

其中，為電解水制氫站140的功率，單位為kw；κ

h2

為電解水制氫站140的能量效率常數(shù)，其取決于能量轉(zhuǎn)換效率η

h2

和氫氣的低品位熱值lhv

h2

，能量轉(zhuǎn)換效率η

h2

通常為5kwh/nm3；c

ae

為電制氫設(shè)備的容量，單位為kw；η

ae,min

、η

ae,max

為電制氫設(shè)備的最低運行功率比值和最高運行功率比值；n

ae

為電解槽數(shù)量；為單個電解槽的容量，單位為kw。

[0143]

(4)原料氣儲氣罐模型

[0144]

電制氫合成氨系統(tǒng)100中氫氣和氮氣通過儲氣罐進(jìn)行緩沖，在風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130d的發(fā)電功率較大，且電網(wǎng)的電力消納受限的情況下，提高電解水制氫站140的運行功率，提高氫氣生產(chǎn)負(fù)荷，將多余氫氣存儲在儲氣罐中，同時提高空氣分離站150的運行功率，按氮氣：氫氣為3：1的條件生產(chǎn)氮氣，并將多余氮氣存儲在儲氣罐中。在合成氨站160中也配置儲氣罐用于存儲合成氣。由于空氣分離站150的規(guī)模較大，通過配置氣化裝置可以快速調(diào)節(jié)氮氣的產(chǎn)量，因此本發(fā)明實施例中主要考慮電解水制氫站140中的儲氣罐對合成氣緩沖作用。

[0145]

[0146][0147][0148]

其中，c

hs

為儲氣罐中的氫氣儲存容量，單位為nm3；為t時刻儲氣罐中氫氣的儲量，單位為nm3；分別為儲氣罐中氧氣、氮氣的儲量，單位為nm3；為電解水制氫站140生產(chǎn)的氫氣進(jìn)入儲氣罐的量，單位為nm3；為儲氣罐中釋放出來進(jìn)入合成氨站160的氫氣的量，單位為nm3；η

hs,min

、η

hs,max

為儲氣罐中氫氣存儲的最低比值和最高比值。

[0149]

需要注意地是，電制氫合成氨系統(tǒng)100中氫氣、氮氣、氧氣等產(chǎn)品需全部被消納。

[0150]

(5)空氣分離站和合成氨站模型

[0151]

合成氨站160主要利用氫氣和氮氣合成生產(chǎn)液氨，技術(shù)采用哈伯博世合成技術(shù)。氫氣來自電解水制氫站140，氮氣來自空氣分離站150。合成氨站160的工藝流程中主要耗電設(shè)備為壓縮機(jī)、泵等動力設(shè)備。合成氨站160的運行工況受到化工安全和經(jīng)濟(jì)性的約束。合成氨站160通過調(diào)整運行工況以適應(yīng)電解水制氫站140生產(chǎn)的氫氣和空氣分離站150生產(chǎn)的氧氣的波動。

[0152][0153][0154][0155]

其中，κ

n2

、κ

nh3

為生產(chǎn)單位體積的氮氣和液氨的耗電功率，單位kw/nm3；分別為t時刻的氮氣消耗量、液氨產(chǎn)量，單位nm3；；分別為t時刻的生產(chǎn)氮氣的耗電功率、生產(chǎn)液氨的耗電功率。

[0156][0157]

其中，為t時刻空氣分離站150和合成氨站160的總用電功率，單位為kw；κ

as,nh3

為消耗單位體積的氫氣的耗電功率，單位kw/nm3；為t時刻氫氣消耗量，單位為nm3。

[0158]

在額定功率下，將氫氣的額定生產(chǎn)率定義為合成氨站160的液氨的額定生產(chǎn)率

[0159]

合成氨站160的工況調(diào)節(jié)模式如下：

[0160][0161][0162]

[0163]

其中，為第k次合成氨站160的運行工況；δt

as

為工況調(diào)整周期，單位h；合成氨站160的運行工況受到催化劑性能的影響(壓力和溫度范圍)，存在最小安全運行工況和最大安全運行工況。η

as,min

、η

as,max

為合成氨站160的最小安全運行工況比值和最大安全運行工況比值。合成氨站的工況切換速率受限于工藝流程，最大調(diào)整速率與額定生產(chǎn)率的比值r為20％/h。

[0164]

合成氨站160的工況的調(diào)整的關(guān)系式如下：

[0165][0166]

其中，t

tran

為合成氨站的工況的切換周期，數(shù)值為4h。

[0167]

系統(tǒng)設(shè)備模型的約束條件如下：

[0168][0169][0170]

其中，c

h2ma

為氫氣到合成氨的轉(zhuǎn)化率，其值為5.060*10-4

ton/nm3。

[0171]

在上述系統(tǒng)設(shè)備模型的基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最大化為目標(biāo)建立系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析模型。

[0172]

電制氫合成氨系統(tǒng)100的收益率分為兩種，一種是向電網(wǎng)售電，另一種銷售合成氨。系統(tǒng)中氫氣全部轉(zhuǎn)化為合成氨，沒有對外出售。

[0173]

可以理解地，電制氫合成氨系統(tǒng)100收入分為售電收益和售合成氨收益。以系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最大化為目標(biāo)建立系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析模型如下：

[0174]jpta

＝j(luò)

pta,profit-j

pta,invest

[0175][0176][0177][0178][0179][0180][0181]

其中，j

pta

為電制氫合成氨系統(tǒng)100的利潤，單位元；j

pta,profit

為電制氫合成氨系統(tǒng)100的收入，單位元；j

pta,invest

為電制氫合成氨系統(tǒng)100的成本，單位元；為上網(wǎng)電價，單位元/kwh；為液氨售價，單位為元/噸；crf(r,y)為資本回收系數(shù)，r為貸款利率，y為設(shè)施運營周期；施運營周期；分別為電制氫合成氨系統(tǒng)100的初始投資、運維檢修費用、人員工資及福利費用、耗材費用、土地租金，單位為元；

分別為風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130、輸電線路、電解水制氫站140、原料氣儲氣罐、空氣分離站150與合成氨站160的初始投資，單位為元；分別為風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130、輸電線路、電解水制氫站140、原料氣儲氣罐、空氣分離站150與合成氨站160的運維檢修費用，單位為元；單位為元；分別為電網(wǎng)購電費用、工業(yè)水外購費用、化工催化劑外購費用、設(shè)備零部件外購費用，單位為元。

[0182]

可選地，電網(wǎng)購電費用的計算公式如下：

[0183][0184]

其中，為電網(wǎng)購電電價，單位元/kwh。

[0185]

電制氫合成氨系統(tǒng)100以工程利潤j

pta

最大化為目標(biāo)，優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130、輸電線路、電解水制氫站140、原料氣儲氣罐、空氣分離站150與合成氨站160的運行，提高電制氫合成氨系統(tǒng)100的整體經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)運行靈活性。

[0186]

下面對步驟s103進(jìn)行詳細(xì)介紹。

[0187]

請參照圖5，步驟s103包括子步驟s103-1和s103-2。

[0188]

s103-1，控制中心110獲取風(fēng)力發(fā)電站120的當(dāng)前發(fā)電功率、光伏發(fā)電站130的當(dāng)前發(fā)電功率、合成氨站160的當(dāng)前用電功率、風(fēng)力發(fā)電站120的當(dāng)前棄電功率和光伏發(fā)電站130的當(dāng)前棄電功率。

[0189]

s103-2，控制中心110根據(jù)風(fēng)力發(fā)電站120的當(dāng)前發(fā)電功率、光伏發(fā)電站130的當(dāng)前發(fā)電功率、合成氨站160的當(dāng)前用電功率、風(fēng)力發(fā)電站120的當(dāng)前棄電功率、光伏發(fā)電站130的當(dāng)前棄電功率以及功率控制目標(biāo)值，確定電解水制氫站140的目標(biāo)用電功率。

[0190]

其中，風(fēng)力發(fā)電站120的當(dāng)前發(fā)電功率、光伏發(fā)電站130的當(dāng)前發(fā)電功率、合成氨站160的當(dāng)前用電功率、風(fēng)力發(fā)電站120的當(dāng)前棄電功率、光伏發(fā)電站130的當(dāng)前棄電功率以及電解水制氫站140的目標(biāo)用電功率，與功率控制目標(biāo)值滿足下述公式：

[0191][0192]

其中，cw、cs分別為風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130的整機(jī)容量，單位為kw；為t時刻風(fēng)電發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率；為t時刻電解水制氫站140的目標(biāo)用電功率，單位為kw；為t時刻合成氨站160的用電功率，單位為kw；為風(fēng)電發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130的棄電功率之和，單位為kw。

[0193]

下面將對電解水制氫站140基于功率控制目標(biāo)值調(diào)節(jié)其用電功率的過程進(jìn)行介紹。

[0194]

在圖3的基礎(chǔ)上，請參照圖6，在控制中心將目標(biāo)用電功率發(fā)送至電解水制氫站的步驟之后，本發(fā)明實施例提供的電制氫合成氨方法還包括步驟s201～s204。

[0195]

s201，站內(nèi)控制器將目標(biāo)用電功率與預(yù)設(shè)最大功率和預(yù)設(shè)最小功率進(jìn)行比較。

[0196]

其中，電解水制氫站140還包括未在顯示在圖2中的站內(nèi)控制器，可以理解地，電解水制氫站140與控制中心110的通信實質(zhì)上是站內(nèi)控制器與控制中心110進(jìn)行通信。站內(nèi)控制器可以控制、調(diào)節(jié)電解水制氫站140內(nèi)其他設(shè)備的運行。

[0197]

由于電解水制氫站140的用電功率只能在[η

ae，min

*c

ae

，η

ae，max

*c

ae

]的功率范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)(η

ae，min

*c

ae

為預(yù)設(shè)最大功率，η

ae，max

*c

ae

為預(yù)設(shè)最小功率)。因此，站內(nèi)控制器需將目標(biāo)用電功率與預(yù)設(shè)最大功率和預(yù)設(shè)最小功率進(jìn)行比較。

[0198]

s202，若站內(nèi)控制器判定目標(biāo)用電功率大于預(yù)設(shè)最小功率、且目標(biāo)用電功率小于預(yù)設(shè)最大功率，則根據(jù)目標(biāo)用電功率確定每個整流器的運行功率。

[0199]

其中，當(dāng)t時刻的數(shù)值處于[η

ae，min

*c

ae

，η

ae，max

*c

ae

]范圍的時候，站內(nèi)控制器將的數(shù)值平均分給n個ac/dc整流器，每個整流器的功率值為

[0200]

s203，若站內(nèi)控制器判定目標(biāo)用電功率不大于預(yù)設(shè)最小功率，則根據(jù)預(yù)設(shè)最小功率確定每個整流器的運行功率。

[0201]

其中，當(dāng)t時刻的數(shù)值小于或等于η

ae，min

*c

ae

的時候，站內(nèi)控制器將η

ae，min

*c

ae

平均分給n個ac/dc整流器，每個整流器的功率值為

[0202]

s204，若站內(nèi)控制器判定目標(biāo)用電功率不小于預(yù)設(shè)最大功率，則根據(jù)預(yù)設(shè)最大功率確定每個整流器的運行功率。

[0203]

其中，當(dāng)t時刻的數(shù)值大于等于η

ae，max

*c

ae

的時候，站內(nèi)控制器將η

ae，max

*c

ae

的數(shù)值平均分給n個ac/dc整流器，每個整流器的功率值為

[0204]

由于每個ac/dc整流器連接一個電解槽，當(dāng)每個ac/dc整流器的運行功率變化時，每個電解槽的運行情況也發(fā)生改變，站內(nèi)控制器需監(jiān)測所有電解槽的運行情況。

[0205]

因此，請再次參照圖6，在步驟s202、s203或s204之后，本發(fā)明實施例提供的電制氫合成氨方法還包括步驟s205～s208。

[0206]

s205，站內(nèi)控制器獲取多個電解槽的入口處和出口處的堿液溫度。

[0207]

s206，若站內(nèi)控制器判定多個電解槽的入口處的堿液溫度和/或多個電解槽出口處的堿液溫度偏離預(yù)設(shè)溫度范圍，則獲取多個電解槽的運行參數(shù)和冷卻水裝置的入口處和出口處冷卻水溫度。

[0208]

s207，站內(nèi)控制器根據(jù)多個電解槽的入口處和出口處的堿液溫度、多個電解槽的運行參數(shù)和冷卻水裝置的入口處和出口處冷卻水溫度，確定冷卻水裝置的冷卻水需求量。

[0209]

s208，站內(nèi)控制器根據(jù)冷卻水需求量，調(diào)節(jié)冷卻水裝置的入口處的閥門，以使多個電解槽的入口處的堿液溫度和/或多個電解槽出口處的堿液溫度處于預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)。

[0210]

其中，多個電解槽的入口處的堿液溫度對應(yīng)的預(yù)設(shè)溫度范圍可以為60℃～70℃，多個電解槽出口處的堿液溫度對應(yīng)的預(yù)設(shè)溫度范圍可以為80℃～90℃，多個電解槽的運行參數(shù)包括電解槽電壓、電解槽電流以及堿液濃度等。

[0211]

站內(nèi)控制器采用下述公式計算冷卻水裝置的冷卻水需求量。

[0212][0213][0214][0215]

δt

lye

＝t

lye，out-t

lye，in

[0216]

δt

water，cool

＝t

water，cool out-t

water，cool in

[0217]

其中，p

water，cool

為冷卻水需求量，單位為m3/s；qg為電解槽的產(chǎn)熱量，單位為kj；q

s，loss

為電解槽和管路的散熱量，單位為kj；c

lye

、c

water

分別為堿液熱容和冷卻水熱容，單位為j/k；p

flow

為堿液的質(zhì)量流量，單位為kg/s；u

stack(t)

、i

stack(t)

分別為電解槽在t時刻的直流電壓和通過電解槽的電流，單位分別為v和a；u

th

為電解槽在溫度為t

stack

時候的熱中性電壓，單位v；t

stac，k

、t

amb

為電解槽與管路的溫度和環(huán)境溫度，單位為k；r

stack

為電解槽和管路到空氣的熱阻，單位為k/w；t

lye，out

、t

lye，in

、t

water，cool out

、t

water，cool in

分別為電解槽出口處的堿液溫度、電解槽入口處的堿液溫度、氣液分離器中冷卻水裝置的出口處冷卻水溫度和入口處的冷卻水溫度，單位為k。

[0218]

由于電解水制氫站140中堿液的濃度以及堿液的液量變化會影響電解水制氫站140的正常運行，因此，站內(nèi)控制器還需對堿液的濃度以及堿液的液量進(jìn)行監(jiān)測。

[0219]

因此，請再次參照圖6，在步驟s208之后，本發(fā)明實施例提供的電制氫合成氨方法還包括步驟s209～s211。

[0220]

s209，站內(nèi)控制器獲取多個電解槽中堿液的濃度和氣液分離器內(nèi)堿液的液位。

[0221]

s210，若站內(nèi)控制器判定堿液的濃度高于預(yù)設(shè)濃度，和/或堿液的液位低于預(yù)設(shè)液位，則根據(jù)電解水制氫站的目標(biāo)用電功率確定電解水制氫站內(nèi)原料水的需求量。

[0222]

s211，站內(nèi)控制器根據(jù)原料水的需求量，調(diào)節(jié)多個電解槽的入口處的閥門，以降低堿液的濃度和/或提高堿液的液位。

[0223]

其中，站內(nèi)控制器采用下述公式計算電解水制氫站140內(nèi)原料水的需求量。

[0224][0225][0226]

其中，

qwater,raw

為電解水制氫站140中原料水消耗量，單位為kg；q

water,loss

為氣液分離器中氫氣帶出的損耗量,單位為kg；θ

water

為每標(biāo)方氫氣中的含水量，單位為kg/nm3。

[0227]

需要注意地是，站內(nèi)控制器還需對氣液分離器出口的氣體雜質(zhì)含量和氣體純化設(shè)備出口氣體雜質(zhì)含量進(jìn)行監(jiān)測，以使電解水制氫站140生產(chǎn)的氫氣滿足要求。

[0228]

當(dāng)氣液分離器出口的氣體雜質(zhì)含量高于設(shè)定值，則優(yōu)化氣液分離器的運行工況，提高氣液分離的能力，同時降低電解槽入口處的堿液流量，避免堿液中尚未徹底分離的氣體被帶入電解槽中，導(dǎo)致電制氫效率下降和氣液分離器出口雜質(zhì)含量升高。

[0229]

可選地，對于旋流式氣液分離器，可以提高設(shè)備內(nèi)部旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而提高其氣液分離能力，對于重力式沉降氣液分離器，則降低電解槽入口的堿液流速，以提高堿液在氣液分離器內(nèi)滯留時間，降低堿液中存在氣體。

[0230]

同時，當(dāng)站內(nèi)控制器監(jiān)測到氣體純化設(shè)備出口的氣體雜質(zhì)含量超過設(shè)定值，則提高氣體純化設(shè)備的運行功率，以保證純化后氣體滿足下游化工生產(chǎn)的純度要求。

[0231]

電解水制氫站140的站內(nèi)控制器還需實時監(jiān)測氣液分離器氫氣側(cè)出口壓力和氧氣側(cè)出口壓力，控制兩側(cè)的出口閥門或者閥門組，以避免氫側(cè)和氧側(cè)出現(xiàn)壓力差，保證氣液分離器內(nèi)壓力平衡。

[0232][0233]

其中，分別為電解水制氫站140中氣液分離器的氫氣側(cè)出口壓力和氧氣側(cè)出口壓力，單位為pa。

[0234]

下面對步驟s104進(jìn)行詳細(xì)介紹。

[0235]

請參照圖7，步驟s104包括步驟s104-1～s104-4。

[0236]

s104-1，控制中心110獲取儲氣罐的氫氣進(jìn)入量、氫氣釋放量及氫氣存儲量。

[0237]

其中，合成氨站150還包括未在顯示在圖2中的站內(nèi)控制器，可以理解地，合成氨站150與控制中心110的通信實質(zhì)上是站內(nèi)控制器與控制中心110進(jìn)行通信。站內(nèi)控制器可以控制、調(diào)節(jié)合成氨站150內(nèi)其他設(shè)備的運行。

[0238]

控制中心110通過與合成氨站150的站內(nèi)控制器進(jìn)行通信，獲取合成氨站150內(nèi)儲氣罐的氫氣進(jìn)入量、氫氣釋放量及氫氣存儲量。

[0239]

s104-2控制中心110根據(jù)氫氣進(jìn)入量、氫氣釋放量及氫氣存儲量，確定儲氣罐的緩沖時間。

[0240]

其中，緩沖時間表征儲氣罐儲滿氫氣需耗費的時間?？刂浦行?10采用下述公式確定緩沖時間。

[0241][0242][0243]

其中，t

buffer

為緩沖時間；c

hs

為儲氣罐中的氫氣儲存容量，單位為nm3；為t時刻儲氣罐中的氫氣存儲量，單位為nm3；為電解水制氫站140生產(chǎn)的氫氣進(jìn)入儲氣罐的量，即氫氣進(jìn)入量，單位為nm3；為儲氣罐中釋放出來進(jìn)入合成氨站160的氫氣的量，即氫氣釋放量，單位為nm3；η

hs,min

、η

hs,max

為儲氣罐中氫氣存儲的最低比值和最高比值。

[0244]

s104-3，若控制中心判定功率調(diào)節(jié)時間不大于緩沖時間，則確定目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第一調(diào)節(jié)模式。

[0245]

其中，第一調(diào)節(jié)模式用于調(diào)節(jié)儲氣罐的運行。當(dāng)功率調(diào)節(jié)時間小于或等于t

buffer

時，意味著可以利用儲氣罐的存儲和釋放來緩沖電解水制氫站140的氫氣產(chǎn)量的波動。此時，合成氨站160中合成塔內(nèi)化工反應(yīng)的速率保持不變。

[0246]

s104-4，若控制中心判定功率調(diào)節(jié)時間大于緩沖時間，則確定目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第二調(diào)節(jié)模式。

[0247]

其中，第二調(diào)節(jié)模式用于調(diào)節(jié)合成塔的運行。當(dāng)功率調(diào)節(jié)時間大于t

buffer

時，意味著利用儲氣罐的存儲和釋放不足以緩沖電解水制氫站140的氫氣產(chǎn)量的波動。此時，需改變合成氨站160中合成塔內(nèi)化工反應(yīng)的速率。

[0248]

下面將對合成氨站160基于目標(biāo)調(diào)節(jié)模式調(diào)節(jié)其工況的過程進(jìn)行介紹。

[0249]

在圖3的基礎(chǔ)上，請參照圖8，在控制中心將目標(biāo)調(diào)節(jié)模式發(fā)送至合成氨站的步驟之后，本發(fā)明實施例提供的電制氫合成氨方法還包括步驟s301～s302。

[0250]

s301，若站內(nèi)控制器接收的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第一調(diào)節(jié)模式，則根據(jù)合成塔內(nèi)的氫氣消耗量和儲氣罐的氫氣進(jìn)入量，調(diào)節(jié)儲氣罐的入口管道上的壓力控制閥，和/或儲氣罐的出口管道上的壓力控制閥。

[0251]

其中，當(dāng)儲氣罐的氫氣進(jìn)入量大于合成塔內(nèi)的氫氣消耗量時，意味著電解水制氫站140的氫氣產(chǎn)量增大，可以得出電解水制氫站140的當(dāng)前用電功率是小于目標(biāo)用電功率的。此時，打開儲氣罐的入口管道上的壓力控制閥，將多余的氫氣和氮氣按3：1的組分要求，經(jīng)過壓力控制閥存入到儲氣罐中。

[0252]

當(dāng)儲氣罐的氫氣進(jìn)入量小于合成塔內(nèi)的氫氣消耗量時，意味著電解水制氫站140的氫氣產(chǎn)量減小，可以得出電解水制氫站140的當(dāng)前用電功率是大于目標(biāo)用電功率的。此時，打開儲氣罐的出口管道上的壓力控制閥，將儲氣罐中氫氮氣補充到合成塔中進(jìn)行化工反應(yīng)，保持合成塔中化工反應(yīng)的速率不變。

[0253]

可以理解地，上述兩種情況出現(xiàn)時，風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130的總發(fā)電功率可能大于電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值，也可能小于電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值。

[0254]

s302，若站內(nèi)控制器接收的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第二調(diào)節(jié)模式，則根據(jù)儲氣罐的氫氣進(jìn)入量的變化值，調(diào)節(jié)合成塔內(nèi)的氣體壓力。

[0255]

其中，對于利用儲氣罐的存儲和釋放不足以緩沖電解水制氫站140的氫氣產(chǎn)量的波動的情形，本發(fā)明實施例還引入了表征合成氨站160可以在最小安全運行工況和最大安全運行工況下的持續(xù)運行的時長的安全時間。安全時間的大小受到合成塔中催化劑類型、合成氨壓力控制精度和合成溫度控制精度等因素的影響。

[0256]

當(dāng)功率調(diào)節(jié)時間大于緩沖時間且小于安全時間時，則可以通過調(diào)節(jié)合成塔內(nèi)的反應(yīng)速率來應(yīng)對電解水制氫站140的氫氣產(chǎn)量的波動。

[0257]

可選地，步驟s302的實現(xiàn)過程如下：

[0258]

情況一，若站內(nèi)控制器判定氫氣進(jìn)入量的變化值為正，則提高合成塔內(nèi)的氣體壓力。

[0259]

其中，由于合成塔內(nèi)催化劑的性能受合成塔內(nèi)的氣體壓力的影響，氣體壓力越大則催化劑越活躍，進(jìn)而使化工反應(yīng)的速率增大。

[0260]

當(dāng)氫氣進(jìn)入量的變化值為正時，意味著電解水制氫站140的氫氣產(chǎn)量是不斷增大的，由于儲氣罐的存儲和釋放不足以緩沖電解水制氫站140的氫氣產(chǎn)量的波動，此時，，站內(nèi)控制器可以通過控制循環(huán)壓縮機(jī)來提高進(jìn)入合成塔內(nèi)的氫氮氣的氣體壓力，來加快合成塔內(nèi)化工反應(yīng)的速率。

[0261]

情況二，若站內(nèi)控制器判定氫氣進(jìn)入量的變化值為負(fù)，則降低合成塔內(nèi)的氣體壓力。

[0262]

其中，當(dāng)氫氣進(jìn)入量的變化值為負(fù)時，意味著電解水制氫站140的氫氣產(chǎn)量是不斷減小的，由于儲氣罐的存儲和釋放不足以緩沖電解水制氫站140的氫氣產(chǎn)量的波動，此時，站內(nèi)控制器可以通過控制循環(huán)壓縮機(jī)來降低進(jìn)入合成塔內(nèi)的氫氮氣的氣體壓力，來減緩合成塔內(nèi)化工反應(yīng)的速率。

[0263]

需要注意的是，合成塔內(nèi)催化劑的性能還受合成塔內(nèi)的氣體溫度的影響，氣體溫度越高則催化劑越活躍，進(jìn)而使化工反應(yīng)的速率增大。

[0264]

站內(nèi)控制器可以通過監(jiān)測合成塔內(nèi)氣體壓力和溫度，依據(jù)下述公式，調(diào)整余熱回收裝置和進(jìn)出塔換熱器的運行工況，來避免合成塔內(nèi)氣體壓力和溫度出現(xiàn)劇烈變化。

[0265][0266]

其中，k

θ

合成塔中反應(yīng)為t

as

時候的反應(yīng)平衡常數(shù)，其為與反應(yīng)溫度t

as

相關(guān)函數(shù)；分別為t時刻合成塔中氨氣壓力、氮氣壓力和氫氣壓力，單位為pa。

[0267][0268]

根據(jù)合成氨反應(yīng)過程的氨合成反應(yīng)的本征反應(yīng)動力學(xué)方程式如下：

[0269][0270]

其中，r

nh3

為氨的生產(chǎn)速率；k1、k2分別為正逆反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；α、β分別為實驗室測得的常數(shù)。

[0271]

當(dāng)功率調(diào)節(jié)時間大于安全時間時，意味著控制中心110分析的功率控制目標(biāo)值已經(jīng)超出了電制氫合成氨系統(tǒng)100的調(diào)節(jié)范圍。在電網(wǎng)正常安全經(jīng)濟(jì)運行情況下，該情況出現(xiàn)概率較小，對于這種小概率事件，本發(fā)明實施例給出的解決方式如下：

[0272]

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障，難以并網(wǎng)或者并網(wǎng)電力嚴(yán)重受限，且風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率大于電制氫合成氨系統(tǒng)100的最大安全運行負(fù)荷，電制氫合成氨系統(tǒng)100則以允許的最大負(fù)荷運行，同時根據(jù)風(fēng)力發(fā)電站120、光伏發(fā)電站130、電解水制氫站140和合成氨站160的負(fù)荷，以及電網(wǎng)并網(wǎng)點的功率約束，確定風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130的運行功率，以棄掉多余發(fā)電電力。

[0273]

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障，難以并網(wǎng)或者并網(wǎng)電力嚴(yán)重受限，且風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130的發(fā)電功率小于電制氫合成氨系統(tǒng)100的最小安全運行負(fù)荷，電制氫合成氨系統(tǒng)100進(jìn)入安全停機(jī)操作流程。相應(yīng)地，風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130根據(jù)并網(wǎng)點約束確定發(fā)電功率和棄電功率，極端情況下可以完全停止發(fā)電。

[0274]

當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)正常運行且風(fēng)力發(fā)電站120和光伏發(fā)電站130的恢復(fù)正常運行，以及電制氫合成氨系統(tǒng)100的控制中心110分析相關(guān)數(shù)據(jù)確定電制氫合成氨系統(tǒng)100滿足啟動要求時，電制氫合成氨系統(tǒng)100根據(jù)控制中心110的指令開始啟動，并進(jìn)入冷啟動模式。

[0275]

進(jìn)一步地，電制氫合成氨系統(tǒng)100在執(zhí)行本發(fā)明實施例提供的上述方法時，控制中心110用于接收電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)送的調(diào)度指令；基于調(diào)度指令，確定電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間，其中，電制氫合成氨系統(tǒng)按照功率控制目標(biāo)值運行時滿足預(yù)設(shè)運行條件；根據(jù)功率控制目標(biāo)值，確定電解水制氫站的目標(biāo)用電功率，并將目標(biāo)用電功率發(fā)送至電解水制氫站；根據(jù)功率調(diào)節(jié)時間，確定合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，并將目標(biāo)調(diào)節(jié)模式發(fā)送至合成氨站。

[0276]

電解水制氫站140用于接收控制中心發(fā)送的目標(biāo)用電功率并基于目標(biāo)用電功率生產(chǎn)氫氣。

[0277]

合成氨站140用于接收控制中心發(fā)送的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，并基于目標(biāo)調(diào)節(jié)模式合成液氨。

[0278]

在一種可能的實現(xiàn)方式中，控制中心110可以用于獲取風(fēng)力發(fā)電站所在區(qū)域的風(fēng)速數(shù)據(jù)和光伏發(fā)電站所在區(qū)域的太陽輻照度數(shù)據(jù)；將風(fēng)速數(shù)據(jù)和太陽輻照度數(shù)據(jù)輸入預(yù)先建立的系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)模型輸出結(jié)果確定功率控制目標(biāo)值和功率調(diào)節(jié)時間。

[0279]

在一種可能的實現(xiàn)方式中，控制中心110還可以用于獲取風(fēng)力發(fā)電站的當(dāng)前發(fā)電功率、光伏發(fā)電站的當(dāng)前發(fā)電功率、合成氨站的當(dāng)前用電功率、風(fēng)力發(fā)電站的當(dāng)前棄電功率和光伏發(fā)電站的當(dāng)前棄電功率；根據(jù)風(fēng)力發(fā)電站的當(dāng)前發(fā)電功率、光伏發(fā)電站的當(dāng)前發(fā)電功率、合成氨站的當(dāng)前用電功率、風(fēng)力發(fā)電站的當(dāng)前棄電功率、光伏發(fā)電站的當(dāng)前棄電功率以及功率控制目標(biāo)值，確定電解水制氫站的目標(biāo)用電功率。

[0280]

在一種可能的實現(xiàn)方式中，電解水制氫站140中的站內(nèi)控制器用于將目標(biāo)用電功率與預(yù)設(shè)最大功率和預(yù)設(shè)最小功率進(jìn)行比較；若判定目標(biāo)用電功率大于預(yù)設(shè)最小功率、且目標(biāo)用電功率小于預(yù)設(shè)最大功率，則根據(jù)目標(biāo)用電功率確定每個整流器的運行功率；若判定目標(biāo)用電功率不大于預(yù)設(shè)最小功率，則根據(jù)預(yù)設(shè)最小功率確定每個整流器的運行功率；若判定目標(biāo)用電功率不小于預(yù)設(shè)最大功率，則根據(jù)預(yù)設(shè)最大功率確定每個整流器的運行功率。

[0281]

在一種可能的實現(xiàn)方式中，電解水制氫站140中的站內(nèi)控制器還用于獲取多個電解槽的入口處和出口處的堿液溫度；若判定多個電解槽的入口處的堿液溫度和/或多個電解槽出口處的堿液溫度偏離預(yù)設(shè)溫度范圍，則獲取多個電解槽的運行參數(shù)和冷卻水裝置的入口處和出口處冷卻水溫度；根據(jù)多個電解槽的入口處和出口處的堿液溫度、多個電解槽的運行參數(shù)和冷卻水裝置的入口處和出口處冷卻水溫度，確定冷卻水裝置的冷卻水需求量；根據(jù)冷卻水需求量，調(diào)節(jié)冷卻水裝置的入口處的閥門，以使多個電解槽的入口處的堿液溫度和/或多個電解槽出口處的堿液溫度處于預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)。

[0282]

在一種可能的實現(xiàn)方式中，電解水制氫站140中的站內(nèi)控制器還用于獲取多個電解槽中堿液的濃度和氣液分離器內(nèi)堿液的液位；若判定堿液的濃度高于預(yù)設(shè)濃度，和/或堿液的液位低于預(yù)設(shè)液位，則根據(jù)電解水制氫站的目標(biāo)用電功率確定電解水制氫站內(nèi)原料水的需求量；根據(jù)原料水的需求量，調(diào)節(jié)多個電解槽的入口處的閥門，以降低堿液的濃度和/或提高堿液的液位。

[0283]

在一種可能的實現(xiàn)方式中，控制中心110還可以用于獲取儲氣罐的氫氣進(jìn)入量、氫氣釋放量及氫氣存儲量；根據(jù)氫氣進(jìn)入量、氫氣釋放量及氫氣存儲量，確定儲氣罐的緩沖時間，緩沖時間表征儲氣罐儲滿氫氣需耗費的時間；若判定功率調(diào)節(jié)時間不大于緩沖時間，則確定目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第一調(diào)節(jié)模式，第一調(diào)節(jié)模式用于調(diào)節(jié)儲氣罐的運行；若判定功率調(diào)節(jié)時間大于緩沖時間，則確定目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第二調(diào)節(jié)模式，第二調(diào)節(jié)模式用于調(diào)節(jié)合成塔的運行。

[0284]

在一種可能的實現(xiàn)方式中，合成氨站160中的站內(nèi)控制器還用于若接收的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第一調(diào)節(jié)模式，則根據(jù)合成塔內(nèi)的氫氣消耗量和儲氣罐的氫氣進(jìn)入量，調(diào)節(jié)儲氣罐的入口管道上的壓力控制閥，和/或儲氣罐的出口管道上的壓力控制閥。若接收的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第二調(diào)節(jié)模式，則根據(jù)儲氣罐的氫氣進(jìn)入量的變化值，調(diào)節(jié)合成塔內(nèi)的氣體壓力。

[0285]

在一種可能的實現(xiàn)方式中，合成氨站160中的站內(nèi)控制器在用于若接收的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第二調(diào)節(jié)模式，則根據(jù)儲氣罐的氫氣進(jìn)入量的變化值，調(diào)節(jié)合成塔內(nèi)的氣體壓力時，還具體用于若判定氫氣進(jìn)入量的變化值為正，則提高合成塔內(nèi)的氣體壓力；若判定氫氣進(jìn)入量的變化值為負(fù)，則降低合成塔內(nèi)的氣體壓力。

[0286]

綜上，本發(fā)明實施例提供的電制氫合成氨方法及系統(tǒng)，首先控制中心接收電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)送的調(diào)度指令；然后，控制中心基于調(diào)度指令，確定電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間，其中，電制氫合成氨系統(tǒng)按照功率控制目標(biāo)值運行時滿足預(yù)設(shè)運行條件，功率調(diào)整時間表征電制氫合成氨系統(tǒng)從當(dāng)前用電功率調(diào)節(jié)至功率控制目標(biāo)值耗費的時間；接著，控制中心根據(jù)功率控制目標(biāo)值，確定電解水制氫站的目標(biāo)用電功率，并將目標(biāo)用電功率發(fā)送至電解水制氫站，以使電解水制氫站基于目標(biāo)用電功率生產(chǎn)氫氣；同時，控制中心根據(jù)功率調(diào)節(jié)時間，確定合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，并將目標(biāo)調(diào)節(jié)模式發(fā)送至合成氨站，以使合成氨站基于目標(biāo)調(diào)節(jié)模式合成液氨。由于本發(fā)明實施例中，控制中心基于電網(wǎng)調(diào)度中心下發(fā)的調(diào)度指令確定電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間，根據(jù)功率控制目標(biāo)值確定電解水制氫站的目標(biāo)用電功率，根據(jù)功率調(diào)節(jié)時間確定合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，從而調(diào)節(jié)電解水制氫站和合成氨站的運行，以克服風(fēng)電、光伏等新能源提供的波動的電力對生產(chǎn)過程穩(wěn)定性的影響，減少電網(wǎng)電力的使用，降低生產(chǎn)成本。

[0287]

以上，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。技術(shù)特征：

1.一種電制氫合成氨方法，其特征在于，應(yīng)用于電制氫合成氨系統(tǒng)，所述電制氫合成氨系統(tǒng)包括控制中心、電解水制氫站和合成氨站，所述控制中心分別與所述電解水制氫站和所述合成氨站通信，所述電解水制氫站生產(chǎn)的氫氣通過管道傳輸至所述合成氨站，所述控制中心還與電網(wǎng)調(diào)度中心通信，所述方法包括：所述控制中心接收所述電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)送的調(diào)度指令；所述控制中心基于所述調(diào)度指令，確定所述電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間，其中，所述電制氫合成氨系統(tǒng)按照所述功率控制目標(biāo)值運行時滿足預(yù)設(shè)運行條件，所述功率調(diào)整時間表征所述電制氫合成氨系統(tǒng)從當(dāng)前用電功率調(diào)節(jié)至所述功率控制目標(biāo)值耗費的時間；所述控制中心根據(jù)所述功率控制目標(biāo)值，確定所述電解水制氫站的目標(biāo)用電功率，并將所述目標(biāo)用電功率發(fā)送至電解水制氫站，以使所述電解水制氫站基于所述目標(biāo)用電功率生產(chǎn)氫氣；所述控制中心根據(jù)所述功率調(diào)節(jié)時間，確定所述合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，并將所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式發(fā)送至所述合成氨站，以使所述合成氨站基于目標(biāo)調(diào)節(jié)模式合成液氨。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電制氫合成氨系統(tǒng)還包括風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站，所述風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站均通過輸電線路向所述電解水制氫站和所述合成氨站提供電力，所述控制中心還分別與所述風(fēng)力發(fā)電站和所述光伏發(fā)電站通信；所述控制中心基于所述調(diào)度指令，確定所述電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間的步驟包括：所述控制中心獲取所述風(fēng)力發(fā)電站所在區(qū)域的風(fēng)速數(shù)據(jù)和所述光伏發(fā)電站所在區(qū)域的太陽輻照度數(shù)據(jù)；所述控制中心將所述風(fēng)速數(shù)據(jù)和所述太陽輻照度數(shù)據(jù)輸入預(yù)先建立的系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)模型輸出結(jié)果確定所述功率控制目標(biāo)值和所述功率調(diào)節(jié)時間。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電制氫合成氨系統(tǒng)還包括風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站，所述風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站均通過輸電線路向所述電解水制氫站和所述合成氨站提供電力，所述控制中心與所述風(fēng)力發(fā)電站合所述光伏發(fā)電站均通信；所述控制中心根據(jù)所述功率控制目標(biāo)值，確定所述電解水制氫站的目標(biāo)用電功率的步驟包括：所述控制中心獲取所述風(fēng)力發(fā)電站的當(dāng)前發(fā)電功率、所述光伏發(fā)電站的當(dāng)前發(fā)電功率、所述合成氨站的當(dāng)前用電功率、所述風(fēng)力發(fā)電站的當(dāng)前棄電功率和所述光伏發(fā)電站的當(dāng)前棄電功率；所述控制中心根據(jù)所述風(fēng)力發(fā)電站的當(dāng)前發(fā)電功率、所述光伏發(fā)電站的當(dāng)前發(fā)電功率、所述合成氨站的當(dāng)前用電功率、所述風(fēng)力發(fā)電站的當(dāng)前棄電功率、所述光伏發(fā)電站的當(dāng)前棄電功率以及所述功率控制目標(biāo)值，確定所述電解水制氫站的目標(biāo)用電功率。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電解水制氫站包括站內(nèi)控制器和多個整流器，所述站內(nèi)控制器控制所述多個整流器的運行，所述站內(nèi)控制器與所述控制中心通信；在所述控制中心將所述目標(biāo)用電功率發(fā)送至電解水制氫站的步驟后，所述方法還包括：

所述站內(nèi)控制器將所述目標(biāo)用電功率與預(yù)設(shè)最大功率和預(yù)設(shè)最小功率進(jìn)行比較；若所述站內(nèi)控制器判定所述目標(biāo)用電功率大于所述預(yù)設(shè)最小功率、且所述目標(biāo)用電功率小于所述預(yù)設(shè)最大功率，則根據(jù)所述目標(biāo)用電功率確定每個所述整流器的運行功率；若所述站內(nèi)控制器判定所述目標(biāo)用電功率不大于所述預(yù)設(shè)最小功率，則根據(jù)所述預(yù)設(shè)最小功率確定每個所述整流器的運行功率；若所述站內(nèi)控制器判定所述目標(biāo)用電功率不小于所述預(yù)設(shè)最大功率，則根據(jù)所述預(yù)設(shè)最大功率確定每個所述整流器的運行功率。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述電解水制氫站還包括氣液分離器和多個電解槽，一個所述電解槽與一個所述整流器電連接，每個電解槽產(chǎn)生的氣液混合物均通過管道傳輸至所述氣液分離器，所述氣液分離器中的冷卻水裝置對氣液混合物中的堿液進(jìn)行降溫，所述方法還包括：所述站內(nèi)控制器獲取所述多個電解槽的入口處和出口處的堿液溫度；若所述站內(nèi)控制器判定所述多個電解槽的入口處的堿液溫度和/或所述多個電解槽出口處的堿液溫度偏離預(yù)設(shè)溫度范圍，則獲取所述多個電解槽的運行參數(shù)和所述冷卻水裝置的入口處和出口處冷卻水溫度；所述站內(nèi)控制器根據(jù)所述多個電解槽的入口處和出口處的堿液溫度、所述多個電解槽的運行參數(shù)和所述冷卻水裝置的入口處和出口處冷卻水溫度，確定所述冷卻水裝置的冷卻水需求量；所述站內(nèi)控制器根據(jù)所述冷卻水需求量，調(diào)節(jié)所述冷卻水裝置的入口處的閥門，以使所述多個電解槽的入口處的堿液溫度和/或所述多個電解槽出口處的堿液溫度處于預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：所述站內(nèi)控制器獲取所述多個電解槽中堿液的濃度和所述氣液分離器內(nèi)堿液的液位；若所述站內(nèi)控制器判定堿液的濃度高于預(yù)設(shè)濃度，和/或所述堿液的液位低于預(yù)設(shè)液位，則根據(jù)所述電解水制氫站的目標(biāo)用電功率確定所述電解水制氫站內(nèi)原料水的需求量；所述站內(nèi)控制器根據(jù)所述原料水的需求量，調(diào)節(jié)所述多個電解槽的入口處的閥門，以降低所述堿液的濃度和/或提高堿液的液位。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述合成氨站包括儲氣罐和合成塔，所述電解水制氫站生產(chǎn)的氫氣通過管道傳輸至所述儲氣罐，所述儲氣罐中的氫氣通過管道傳輸至所述合成塔，所述控制中心根據(jù)所述功率調(diào)節(jié)時間，確定所述合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式的步驟包括：所述控制中心獲取所述儲氣罐的氫氣進(jìn)入量、氫氣釋放量及氫氣存儲量；所述控制中心根據(jù)所述氫氣進(jìn)入量、氫氣釋放量及氫氣存儲量，確定所述儲氣罐的緩沖時間，所述緩沖時間表征所述儲氣罐儲滿氫氣需耗費的時間；若所述控制中心判定所述功率調(diào)節(jié)時間不大于所述緩沖時間，則確定所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第一調(diào)節(jié)模式，所述第一調(diào)節(jié)模式用于調(diào)節(jié)所述儲氣罐的運行；若所述控制中心判定所述功率調(diào)節(jié)時間大于所述緩沖時間，則確定所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第二調(diào)節(jié)模式，所述第二調(diào)節(jié)模式用于調(diào)節(jié)所述合成塔的運行。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式包括第一調(diào)節(jié)模式和第二

調(diào)節(jié)模式，所述合成氨站包括儲氣罐、合成塔和站內(nèi)控制器，所述站內(nèi)控制器與所述控制中心通信，所述站內(nèi)控制器控制所述儲氣罐和所述合成塔的運行；在所述控制中心將所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式發(fā)送至所述合成氨站的步驟之后，所述方法還包括：若所述站內(nèi)控制器接收的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第一調(diào)節(jié)模式，則根據(jù)所述合成塔內(nèi)的氫氣消耗量和所述儲氣罐的氫氣進(jìn)入量，調(diào)節(jié)所述儲氣罐的入口管道上的壓力控制閥，和/或所述儲氣罐的出口管道上的壓力控制閥；若所述站內(nèi)控制器接收的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式為第二調(diào)節(jié)模式，則根據(jù)所述儲氣罐的氫氣進(jìn)入量的變化值，調(diào)節(jié)所述合成塔內(nèi)的氣體壓力。9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述站內(nèi)控制器根據(jù)所述儲氣罐的氫氣進(jìn)入量，調(diào)節(jié)所述合成塔內(nèi)的氣體壓力的步驟包括：若所述站內(nèi)控制器判定所述氫氣進(jìn)入量的變化值為正，則提高所述合成塔內(nèi)的氣體壓力；若所述站內(nèi)控制器判定所述氫氣進(jìn)入量的變化值為負(fù)，則降低所述合成塔內(nèi)的氣體壓力。10.一種電制氫合成氨系統(tǒng)，其特征在于，包括控制中心、電解水制氫站和合成氨站，所述控制中心分別與所述電解水制氫站和所述合成氨站通信，所述電解水制氫站生產(chǎn)的氫氣通過管道傳輸至所述合成氨站，所述控制中心還與電網(wǎng)調(diào)度中心通信；所述控制中心，用于：接收所述電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)送的調(diào)度指令；基于所述調(diào)度指令，確定所述電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間，其中，所述電制氫合成氨系統(tǒng)按照所述功率控制目標(biāo)值運行時滿足預(yù)設(shè)運行條件；根據(jù)所述功率控制目標(biāo)值，確定所述電解水制氫站的目標(biāo)用電功率，并將所述目標(biāo)用電功率發(fā)送至電解水制氫站；根據(jù)所述功率調(diào)節(jié)時間，確定所述合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，并將所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式發(fā)送至所述合成氨站；所述電解水制氫站，用于接收所述控制中心發(fā)送的所述目標(biāo)用電功率并基于所述目標(biāo)用電功率生產(chǎn)氫氣；所述合成氨站，用于接收所述控制中心發(fā)送的所述目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，并基于目標(biāo)調(diào)節(jié)模式合成液氨。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明實施例提供的電制氫合成氨方法及系統(tǒng)，涉及清潔能源冶煉技術(shù)領(lǐng)域。首先控制中心接收電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)送的調(diào)度指令；然后，控制中心基于調(diào)度指令，確定電制氫合成氨系統(tǒng)的功率控制目標(biāo)值及功率調(diào)節(jié)時間；接著，控制中心根據(jù)功率控制目標(biāo)值，確定電解水制氫站的目標(biāo)用電功率，并將目標(biāo)用電功率發(fā)送至電解水制氫站，以使電解水制氫站基于目標(biāo)用電功率生產(chǎn)氫氣；同時，控制中心根據(jù)功率調(diào)節(jié)時間，確定合成氨站的工況的目標(biāo)調(diào)節(jié)模式，并將目標(biāo)調(diào)節(jié)模式發(fā)送至合成氨站，以使合成氨站基于目標(biāo)調(diào)節(jié)模式合成液氨，以克服風(fēng)電、光伏等新能源提供的波動的電力對生產(chǎn)過程穩(wěn)定性的影響，減少電網(wǎng)電力的使用，降低生產(chǎn)成本。降低生產(chǎn)成本。降低生產(chǎn)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：林今 余志鵬 張信真

受保護(hù)的技術(shù)使用者：清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院

技術(shù)研發(fā)日：2022.07.28

技術(shù)公布日：2022/9/26