?? 綠氫 · 新能源 · 深度脫碳

電解水制氫整流原理及二次設(shè)備選型

從 ALK 堿性電解到 24 脈波移相整流，從 10kV 保護(hù)測控到 Acrel-2000MG 能源管理，一文覆蓋綠氫電氣系統(tǒng)全鏈路核心選型方案

 24 脈波整流     全鏈路保護(hù)      光伏綠氫       能源管理     堿性電解

為什么綠氫是能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵？

電解水制氫依托風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電制取零碳排放綠氫，是化石能源制氫 ZUI 核心的低碳替代路線，既是新型電力系統(tǒng)消納新能源的關(guān)鍵儲能載體，也是工業(yè)、交通、化工深度脫碳的剛需路徑。

核心價(jià)值

風(fēng)電光伏具有間歇性、波動(dòng)性，大量新能源基地存在發(fā)電富余無法并網(wǎng)。電解水把多余電能轉(zhuǎn)化為氫能儲存，實(shí)現(xiàn)電能 → 氫能 → 再發(fā)電 / 工業(yè)利用長時(shí)儲能，大幅提升風(fēng)光利用率，是遠(yuǎn)距離新能源消納 ZUI 優(yōu)方案之一。

制氫工藝分類及電氣原理

四大主流電解工藝路線

堿性電解制氫電氣系統(tǒng)架構(gòu)

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，整體分為四大板塊：

 圖1 堿性電解制氫電氣系統(tǒng)示意圖（光伏自發(fā)自用 + 電網(wǎng)備用）

系統(tǒng)運(yùn)行邏輯

1、 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

2、 光照不足時(shí)  市政 10kV 電網(wǎng)補(bǔ)足電量，保證制氫連續(xù)

3、 高低壓兩級無功補(bǔ)償  配合 24 脈整流，解決大功率整流諧波和直流紋波難題

4、全套配套設(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

二次設(shè)備選型

① 10kV 變配電部分

設(shè)計(jì)依據(jù)

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)，分為五大類保護(hù)：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)專項(xiàng)保護(hù)、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)保護(hù)。兩臺移相整流變獨(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

② 10kV 光伏并網(wǎng)部分

并網(wǎng)原則

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期穩(wěn)定并網(wǎng)、避免電網(wǎng)考核。

 圖3 分布式光伏保護(hù)配置

安科瑞 Acrel-1000DP 光伏監(jiān)控系統(tǒng)

幫助項(xiàng)目對接電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，安全合規(guī)并網(wǎng)

③ 0.4kV 保護(hù)測控

0.4kV 部分主要包含水泵、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 保護(hù)測控配置

④ 直流絕緣監(jiān)測 ?? 安全重點(diǎn)

?? 氫氣安全警示

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

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，監(jiān)測諧波畸變率、直流紋波系數(shù)等電能質(zhì)量參數(shù)。

⑥ 防爆區(qū)域本安信號隔離 

防爆要點(diǎn)

由于氫氣易燃易爆，在制氫控制過程中，防爆區(qū)域內(nèi)需要本安信號隔離，隔離式安全柵是安全保障。

⑦ 制氫站能源管理

Acrel-2000MG 能量管理系統(tǒng)源-網(wǎng)-荷-儲一體化實(shí)時(shí)監(jiān)測與優(yōu)化控制，促進(jìn)新能源消納、削峰填谷、降低運(yùn)行成本

 圖5 制氫站能量管理系統(tǒng)架構(gòu)

·       源（市電、分布式光伏、風(fēng)機(jī)）→ 多能互補(bǔ)供電

·       網(wǎng)（內(nèi)部配電網(wǎng)）→ 10kV/0.4kV 配電保護(hù)與測控

·       荷（電解槽及輔助設(shè)備）→ 工藝系統(tǒng)與輔機(jī)電機(jī)保護(hù)

·       儲能（氫氣儲存）→ 與電解系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)優(yōu)化控制

·       提供交直流電氣、環(huán)境異常告警和控制，保障制氫站穩(wěn)定運(yùn)行