?? 綠氫 · 新能源 · 深度脫碳

電解水制氫整流原理及二次設備選型

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

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

為什么綠氫是能源轉型的關鍵？

電解水制氫依托風電、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，既是新型電力系統消納新能源的關鍵儲能載體，也是工業(yè)、交通、化工深度脫碳的剛需路徑。

核心價值

風電光伏具有間歇性、波動性，大量新能源基地存在發(fā)電富余無法并網。電解水把多余電能轉化為氫能儲存，實現電能 → 氫能 → 再發(fā)電 / 工業(yè)利用長時儲能，大幅提升風光利用率，是遠距離新能源消納 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架構

這是一套光伏自發(fā)自用 + 電網備用供電的堿性電解水制氫全系統原理圖，整體分為四大板塊：

 圖1 堿性電解制氫電氣系統示意圖（光伏自發(fā)自用 + 電網備用）

系統運行邏輯

1、 優(yōu)先使用光伏綠電   經 24 脈整流變成直流電驅動電解槽制綠氫

2、 光照不足時  市政 10kV 電網補足電量，保證制氫連續(xù)

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

4、全套配套設備  由 0.4kV 統一供電，形成完整可連續(xù)運行的光伏綠氫站

二次設備選型

① 10kV 變配電部分

設計依據

依據 NB/T10447-2020《整流變壓器組保護裝置通用技術要求》 及相關電力變壓器繼電保護標準，分為五大類保護：電氣電量主保護、電氣后備保護、非電量保護、整流閥側專項保護、系統聯動保護。兩臺移相整流變獨立配置全套保護，配合整流橋、直流母線形成全鏈路防護。

?? 圖2 電解制氫 10kV 電氣部分保護配置

② 10kV 光伏并網部分

并網原則

分布式光伏采用 10kV 并網，自發(fā)自用，余電不上網。并網合規(guī)是光伏電站投運的前提，電能質量設計直接決定電站能否長期穩(wěn)定并網、避免電網考核。

 圖3 分布式光伏保護配置

安科瑞 Acrel-1000DP 光伏監(jiān)控系統

幫助項目對接電網調度系統，安全合規(guī)并網

③ 0.4kV 保護測控

0.4kV 部分主要包含水泵、電機、線路保護，如補水泵、配堿泵、冷卻水供/回水泵、冷凍水供/回水泵、壓縮機等。

?? 圖4 0.4kV 保護測控配置

④ 直流絕緣監(jiān)測 ?? 安全重點

?? 氫氣安全警示

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

⑤ 交直流計量

交直流回路配置多功能計量電表，包括 10kV、0.4kV、直流回路，監(jiān)測諧波畸變率、直流紋波系數等電能質量參數。

⑥ 防爆區(qū)域本安信號隔離 

防爆要點

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

⑦ 制氫站能源管理

Acrel-2000MG 能量管理系統源-網-荷-儲一體化實時監(jiān)測與優(yōu)化控制，促進新能源消納、削峰填谷、降低運行成本

 圖5 制氫站能量管理系統架構

·       源（市電、分布式光伏、風機）→ 多能互補供電

·       網（內部配電網）→ 10kV/0.4kV 配電保護與測控

·       荷（電解槽及輔助設備）→ 工藝系統與輔機電機保護

·       儲能（氫氣儲存）→ 與電解系統聯動優(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)定運行