海上制氢平台电力系统与电能管控技术研究.pdf
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1、第30卷 第12期2023年12月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.302023 No.12海上制氢平台电力系统与电能管控技术研究蔡连博,杜银昌,张永革,平 洋,王维高(海洋石油工程股份有限公司,天津 300459)摘 要:闸述了海上多能发电制氢无人平台供配电系统技术方案和电能管控技术方案的研究。研究制氢设备电力需求以及运行工况,对海上制氢平台的电力负荷进行计算和分析。结合风能、波浪能、潮流能等新能源发电特性,提出海上制氢平台电气系统架构和多能互补的电能管控技术方案。该系统结构和控制策略能够有效地利用各类发电装置电能,避免发电装置的频繁启停、无效启动,有效管控各类发电装置间以及
2、与储能装置间电能的交叉应用和转换,提高电力系统的整体可靠性、稳定性。关键词:海上制氢平台;多能互补;新能源发电;无人平台中图分类号:TE54;TN965 文献标志码:AResearch on the Power System and Energy Control Technology of Offshore Hydrogen Production PlatformsCai Lianbo,Du Yinchang,Zhang Yongge,Ping Yang,Wang Weigao(Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tianjin,300459,China)Abs
3、tract:Research on the technical solutions for the power supply and distribution system and electrical energy control tech-nology of an unmanned platform for offshore multi energy power generation and hydrogen production.The power demand and operating conditions of hydrogen production equipment were
4、studied,and the power load of offshore hydrogen production plat-forms was calculated and analyzed.Propose an electrical system architecture for offshore hydrogen production platforms and a multi energy complementary electric energy management and control technology solution,combining the characteris
5、tics of new energy generation such as wind energy,wave energy,and tidal current energy.The system structure and control strategy can effectively uti-lize the electrical energy of various power generation devices,avoiding frequent and ineffective startup of power generation devices.Effectively contro
6、l the cross application and conversion of electricity between various power generation devices and energy storage devices,and improve the overall reliability and stability of the power system.Key words:offshore hydrogen production platform;multi energy complementary;new energy power generation;unman
7、ned platform收稿日期:2023-10-12作者简介:蔡连博(1983-),男,吉林四平人,硕士,高级工程师,电气工程师,研究方向:海上油气平台的设计。DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2023.12.002文章编号:1671-1041(2023)12-0005-040 引言“十四五”时期是优化调整产业布局,形成新发展格局的突破时期,“绿色低碳战略”将成为中国海上能源产业转型升级的重要举措。新能源产业涉及领域宽泛,产业环节众多,发展新能源产业,探索以海上新能源综合利用平台为核心的新能源开发利用模式,尽快占领海上新能源开发利用技术高地,是国内外能源行业研究重点之
8、一1,2。实现多种能源互联与综合利用,促进能量耦合与协同是新能源领域的主要发展方向。当前全球范围内海上新能源综合利用平台建设仍处于起步阶段,仅有少数项目处于商业化开发前期的示范阶段。国内海上新能源综合利用平台研究相对国外滞后,仅处于实验室理论研究及微型装置试验阶段。近年来,国内对于海洋可再生能源开发的政策持续利好,国内多家企业和研究机构都逐步加大了对海上新能源开发利用的投入3。第30卷6 仪器仪表用户 INSTRUMENTATION本文多能发电制氢无人平台供配电系统技术方案和多能互补发电技术方案的研究,针对新能源供能不连续、不稳定、间歇性强等问题,研究利用氢燃料电池、蓄电池等蓄能装置,为用电设
9、备提供持续稳定的供电。多能互补发电技术方案的研究,旨在根据海上制氢平台用电设备的功率和运行方式、平台规模、布置方案等特征,结合风能、波浪能、潮流能等新能源发电机的电能特点,提出海上制氢平台电气系统架构和多能互补的电能管控技术方案。1 海上制氢平台电力需求分析海上制氢平台的电力系统发配电方案研究,以及多种能源发电装置的合理配置和互补利用,需依各类发电装置、储能装置不同的稳定性、周期性等特征,充分发挥和整合电能制氢,最大化氢气产量,对制氢设备、相关辅助设备以及平台配套工艺和公共设备等进行梳理,进而分析各工况对于电源的需求4。1.1 制氢设备电力需求以及运行工况本文以质子交换膜电解制氢系统(PEM)
10、为例,对制氢设备的主动力电源、辅助电源(包括 380V、220V)以及 UPS 的各工况下用电功率进行梳理和分析。PEM 制氢系统的电力负荷设备一般包括整流变压器、整流柜、冷却撬、电解槽等撬块。电能消耗分为两类,一类是电解制氢的主动力电源,另一类是辅助配套设备的电源。PEM 电解槽,以制氢撬机型 Hylyzer-1000 为例,额定电解功率为 5MW,运行范围为 5%125%,系统根据电量功率大小自动调节产氢量,适合风能、太阳能等不稳定的电力来源。PEM 制氢系统的运行过程主要有以下几个阶段:1)启动过程按顺序启动冷却撬和整流柜,执行故障监测,排除故障;合闸变压器进线开关,整流变压器上电,其配
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