CN118202543A - 用于从风力涡轮机向制氢***提供电力的***和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种配置为从风力涡轮机(201)向制氢***(60)提供电力的***。该***(100)包括至少一个电力输送***(10)，其中电力输送***(10)与风力涡轮机(201)相关联并提供电力输送路径，该电力输送路径被配置为将电力从相关联的风力涡轮机(201)的发电机(70)输送到制氢***(60)。电力输送***(10)包括：耦合至发电机(70)的AC部分(20)；耦合至制氢***(60)的DC部分(40)；以及耦合在AC部分(20)和DC部分(40)之间的AC至DC转换器(30)。AC至DC转换器(30)被布置在风力涡轮机(201)外部。电力输送***(10)的AC部分(20)被配置为以可变AC频率运行。

Description

用于从风力涡轮机向制氢***提供电力的***和方法

技术领域

本发明涉及一种配置为从风力涡轮机向制氢***提供电力的***，其中电力输送***(electrical power transport system)提供电力输送路径。本发明进一步涉及一种从风力涡轮机向制氢***提供电力的方法。

背景技术

风能的使用正在激增。一般来说，风力发电场包括AC集电电网(collectorgrid)，所述风力发电场借助于它来将电力馈入到电力网中，例如经由包括变电站变压器的相应变电站。AC集电电网和电力网通常以预定义的电网频率运行，例如以50Hz或60Hz运行。为了减少结构负荷，现代风力涡轮机被配置为可变速涡轮机，以便这样的风力涡轮机的发电机以可变的转速运行。为了提供所生成的电力的期望AC频率，采用全转换器拓扑(其转换所有生成的电力)，或者采用DFIG拓扑(在其中转换器被连接至发电机的转子并通过控制转子电流来控制发电机的AC滑差频率)。由此，所生成的功率的20％至40％流经功率转换器。此外，通常会提供风力涡轮机变压器，其将由转换器提供的电压电平升压至AC集电电网的电压电平。

这样的电网连接的风力涡轮机必须遵守严格的规则，以符合各种电网要求或电网规范。因此，为了满足这些要求，在将电力馈入到电力电网中之前，来自风力涡轮发电机的功率会经历几个频率和电压转换步骤以及滤波。

如果由风力发电场的发电高于来自电力网的需求，或者如果电网容量不足，则会出现问题。为了利用可用的电力，制氢设施被连接至电力电网。制氢可以基于由可再生能源提供的电能，例如通过相应的电力购买协议(PPA)。然后，生产的氢可以被储存，或者可以被输送到需要它的地点。

希望改进这样的制氢的能量效率。此外，希望降低在向这样的制氢设施提供电力中所涉及的成本和复杂性。特别希望提供一种高效、节省资源且节省成本的制氢。

文档DE 212018000414 U1涉及一种氢生成***，其包括至少一个风力涡轮机、至少一个电解装置和在电解装置下游的至少一个压缩机***。该至少一个风力涡轮机本地地向至少一个电解装置提供所生成的电力。

文档US2014/0021785 Al涉及电设备的供电，该供电优先由间歇式电池来提供，以便尽可能少地使用燃料电池电化学发电单元。当电源的功率超过设备的运行功率且电池充满电时，通过电源的供应，发电单元中的燃料会被产生。

文档WO 2010/048706 Al涉及用于将来自风力发电场发电介质的电力分配给高电压AC电力或者将发电介质电压DC电力分配给用于制氢的多个电解槽模块的***。

发明内容

因此，存在对减轻上面提到的至少一些缺点并使这样的制氢更高效和/或节省成本的需要。

由独立权利要求的特征来满足这个需要。从属权利要求描述了本发明的实施例。

根据一个方面，提供了一种配置为从风力涡轮机向制氢***提供电力的***。***包括至少一个电力输送***，其与所述风力涡轮机相关联并提供电力输送路径，所述电力输送路径被配置为将电力从相关联的风力涡轮机的发电机输送到所述制氢***。所述电力输送***包括：耦合至所述发电机的AC(交流)部分、耦合至所述制氢***的DC(直流)部分、以及耦合在所述AC部分和所述DC部分之间的AC至DC转换器。AC至DC转换器被布置在所述风力涡轮机外部。所述电力输送***的AC部分被配置为以可变AC频率运行。

通过这样的***，可以使得电能从发电机到制氢***的输送更高效。特别地，因为输送***的AC部分以可变AC频率运行，所以实现预定义的AC频率的电力转换可能不是必要的。因此，可以节省相应的功率转换器，从而使得布置较不复杂并且更节省成本。此外，可以避免转换损耗。因为AC至DC转换器被布置在风力涡轮机外部，例如靠近制氢***，所以电能可以经由AC部分从发电机输送到制氢***。这样的输送基本上可以在没有转换的情况下发生，并且特别地可以在没有附加功率转换或者功率变换的情况下发生。这可以导致降低投资成本以及源自功率转换和输送的电力损耗。

例如，整个AC部分(即在发电机和AC至DC转换器之间)可以是以可变频率可运行的，即输送所述功率输送路径的AC电力的所有部分可以以可变AC频率运行。因此AC至AC转换可能是不必要的，并且因此AC至AC转换可能不存在。

AC部分可以被配置为使得在AC部分上输送不同AC频率的电力。换句话说，在运行期间，电力的AC频率可以变化。

AC至DC转换器可以被安装在制氢***的地点处。例如，它可以与制氢***一起构成一个中央制氢设施。所述电力输送路径的AC部分可以被配置为将电力从发电机输送到制氢***的地点。因此，可以在没有功率转换的情况下在制氢***的地点处接收到电力，并且该电力可以仅在那里被转换为DC电力，以用于驱动例如电解槽。例如，可以提供从风力涡轮机到制氢***的地点的AC电缆(特别地高压电缆)，以实现相应的功率传输，在电缆上以可变AC频率来输送功率。

在一些示例中，***可以包括多个这样的电力输送***，其是单独的并且例如每一个电力输送***从相应的风力涡轮机馈送单独的制氢***(例如电解槽)。

在一个示例中，***可以包括至少两个电力输送***，每一个电力输送***与不同的风力涡轮机相关联。所述至少两个电力输送***中的第一个的DC部分和所述至少两个电力输送***中的第二个的DC部分可以电耦合(特别地连接)，并且可以被配置为向(同一)制氢***供应电力。因此，制氢***可以是集中式的，并且可以从多个风力涡轮机接收电力，这可以提供在运行的灵活性方面的优势。此外，与其中在每个风力涡轮机处本地地提供电解槽的***相比，对于从多个风力涡轮机的能量来制氢而言，供水和氢收集可以是集中式的。例如，风力发电园可以具有通过相应的电力输送***向制氢***提供电力的一组风力涡轮机，或者这样的风力发电园的所有风力涡轮机可以向制氢***提供它们的电力。

如下文所概述的，所述至少两个电力输送***的AC部分可以彼此电分离。

在一些示例中，所述至少两个电力输送***中的每一个的AC部分可以是单独的并且与所述至少两个电力输送***中所有其他电力输送***的AC部分不同，特别地它们可以不是电连接的。因此，可能不需要使不同电力输送***中使用的AC频率(即由不同风力涡轮机的不同发电机发出的AC频率)同步。因此，可以特别地通过提供DC部分的耦合来保持无AC/AC转换的简单***配置。因为风力涡轮发电机不需要被连接至电力网，并且因为发电机可以彼此被去同步(de-synchronize)，所以它们可以以可变的发电机转速来运行。此外，可以使用以不同的转速和/或不同的AC电压电平运行的不同类型的发电机。

在一个示例中，***可以包括DC总线。所述至少两个电力输送***中的每一个的DC部分可以电耦合(特别地连接)至所述DC总线。因此，可以实施简单且高效的耦合。制氢***也可以电耦合(特别地连接)至所述DC总线。因此，可以将电力高效地分配给制氢***，例如分配给这样的***的中央电解槽或多个单独的电解槽。所述DC总线可以被视为形成每个输送***的DC部分的一部分。用其为制氢***供电的DC总线上的电压可以例如位于400V至约10kVDC的范围内，例如在400V和1.500V DC之间。在其他示例中，可以不使用DC总线，和/或DC部分中使用的DC电压电平可以是高压电平(例如高于1kV)。

所述DC总线可以例如由DC汇流排来提供。因此，可以实现电力的高效分配。在一些示例中，所述DC总线可以包括多个总线段以及在各总线段之间提供的总线耦合器(例如，一系列总线耦合器和总线段)。每一个电力输送***的DC部分可以耦合(特别地连接)至不同的总线段(或者可以包括不同的总线段)。这样的配置可以允许特定总线段(包括所连接的输送***以及可能地所连接的电解槽)的电隔离。

在一个示例中，所述制氢***可以包括多个电解槽。至少一个电解槽可以被耦合至两个或更多总线段中的每一个。在一些示例中，一个或多个电解槽被耦合至每一个总线段，而在其他示例中，一些总线段可能不被耦合至电解槽。因此，可以实现灵活的配置。

在一个示例中，所述电力输送***的AC部分可以包括变压器，其被配置为提供从较高AC输送电压到较低AC电压的变压，其中所述变压器的较低电压侧(即提供较低AC电压的侧)可以耦合至所述AC至DC转换器，特别地(直接)连接至所述AC至DC转换器。应该清楚的是，较高AC输送电压高于较低AC电压。这样的配置可以允许电力经由输送路径的AC部分以相对高的AC电压的输送，并且可以为AC至DC转换器提供期望的AC电压电平。

在一个示例中，所述变压器可以被布置在风力涡轮机外部，例如在制氢***的地点处。例如，AC至DC转换器和变压器可以被包括在中央制氢设施内，该中央制氢设施包括制氢***。例如，这样的设施可以被提供在风力发电园的中央地点处。

在一个示例中，所述AC部分可以特别地提供电力从风力涡轮机到制氢***的地点的输送，例如，它可以包括连接在风力涡轮机与布置在制氢***处的变压器之间的AC电缆。在一些示例中，可以在发电机与制氢地点处的变压器之间的输送路径中没有进一步耦合或连接转换器或变压器。

所述AC部分可以特别地将相关联的风力涡轮机连接至中央制氢设施，所述中央制氢设施包括AC至DC转换器和制氢***；所述中央制氢设施可以进一步包括变压器，其被配置成将AC输送电压降压到较低电压。中央意指该设施收集由两个、三个、四个或更多风力涡轮机生成的功率。该设施可以进一步位于风力发电园的中央地点处。

应该清楚的是，该***的多个电能输送***中的一些或每一个可以包括相应的变压器。

在一些示例中，所述电力输送***的AC部分可以包括风力涡轮机变压器，其被配置为提供从由发电机输出的较低AC电压到较高AC输送电压的变压。例如，这样的风力涡轮机变压器可以被布置在风力涡轮机内或风力涡轮机的地点处。当由发电机生成的AC电压的电平针对高效输送过低时，例如在多极发电机(例如对于具有带有多个极的缓慢运行发电机的直驱式配置)的情况下，使用这样的风力涡轮机变压器可能具有优势。因此，AC电压可以被升压到期望的输送电压电平。如果***包括多个电力输送***，则这些电力输送***都不、这些电力输送***中的一些或者这些电力输送***全部可以包括相应的风力涡轮机变压器。这可以取决于在相应的风力涡轮机中使用的发电机。

在一个示例中，较高AC输送电压可以高于1kV，优选地高于2kV，更优选地高于10kV。例如，它可以位于10kV至100kV的范围内。可以取决于风力涡轮机与制氢设施之间的距离、和/或基于发电机的能力来选择期望的输送电压电平。

在一个示例中，耦合至电力输送***的发电机可以是高压发电机。在这样的配置中，在输送路径的AC部分中可以不需要AC电压的升压。例如，高压发电机可以提供高于1kV、优选地高于2kV、更优选地高于5kV、或者甚至高于10kV的AC输出电压。例如，AC输出电压可以位于1.000V至100kV的范围、特别地5kV至100kV的范围、或10kV至100kV的范围内(例如在10kV至80kV的范围内；例如可以使用70kV发电机)。指定的AC电压可以是RMS值。如果***包括至少两个电力输送***，则没有一个发电机可以是高压发电机、一些发电机可以是高压发电机、或者所有发电机可以是高压发电机。因此，该***可以采用不同类型的发电机，并且对于包括高压发电机的风力涡轮机，可以省略风力涡轮机变压器。

***可以包括相应风力涡轮机的(多个)发电机。

在一个示例中，所述发电机可以被配置为提供(基本上)恒定的输出电压。例如，发电机可以包括AVR(自动电压调节器)来调节发电机的输出电压，例如通过控制励磁电流。通过使用相对恒定的AC电压的电压电平，可以优化变压器运行，并且可以优化制氢***的电解槽的负荷。在其他示例中，发电机可以被配置为提供随着发电机速度而变化的可变输出电压。在这样的示例中，由发电机生成的AC电力的频率和电压两者可以变化。由此，可以提供相对恒定的电压/频率关系。这样的电压变化可能会导致制氢***的电解槽的电流密度的相应变化，并且因此导致由电解槽所施加的负荷的对应变化。因此，在这样的配置中，可能较不需要调节电解槽负荷。这个可以特别适用于AVR调节针对其不可用的永磁(PM)励磁发电机。

可以从包括以下各项或由以下各项组成的组中选择耦合至所述电力输送***的发电机(或者在提供两个或更多电力输送***的情况下，耦合至至少一个输送***的发电机)：同步发电机、AVR调节的发电机、永磁同步发电机(PMSG)、直驱式多极发电机(例如直驱式风力涡轮机中的PMSG)、高速发电机、中速发电机、低速发电机、感应发电机等。在一个示例中，发电机可以是AVR调节的同步发电机，它可以是两极、四极、六极或更多极的发电机。在另一示例中，发电机可以是多极PMSG发电机，例如直驱式风力涡轮机的多极PMSG发电机。在后一种情况下，优选地提供相应的风力涡轮机变压器，以对由发电机产生的AC电压进行升压。

***可以被配置为在运行期间将发电机的发电机频率保持在预定的频率范围内。例如，输出电压的AC频率可以被保持在具有10和40Hz之间的下限与50和70Hz之间的上限的范围内。AC部分的AC频率可以被允许至少在45至55Hz、优选地40至60Hz、更优选地30至60Hz的范围内变化，例如在20Hz和60Hz之间。

在一个示例中，所述制氢***可以包括中央电解槽，其被配置为从多个电力输送***接收电力，每一个与相应的风力涡轮机相关联。在其他示例中，所述制氢***可以是模块化电解槽***，其包括配置为从多个电力输送***接收电力的多个电解槽，每一个与相应的风力涡轮机相关联(如上文所解释的，所述***可以是单独的***，或者所述***可以经由公共DC总线耦合)。电解槽的数目可以与风力涡轮机的数目相匹配，但是也可想到的是提供比风力涡轮机更多的电解槽或更少的电解槽。应该清楚的是，电解槽的数目与向制氢***馈送电力的风力涡轮机的数目无关。在任何情况下，中央电解槽或多个电解槽可以与相应的AC至DC转换器以及上文提到的变压器集成在中央制氢设施中。

针对所述制氢***的模块化方法可以允许制氢***的更简单的规模扩大和电解槽的标准化，例如处于标准化电解槽模块的形式中。

在一个示例中，***可以进一步包括控制***，其被配置为控制所述制氢***的运行。所述控制***可以被配置为控制由所述制氢***对所述一个或多个电力输送***(即相关联的风力涡轮机)施加的负荷。所述制氢***可以包括多个电解槽，并且所述控制***可以被配置为取决于由所述至少一个电力输送***向所述制氢***提供的电力的可用性来激活或停用电解槽。另外或替代地，所述控制***可以被配置为取决于由所述至少一个电力输送***提供的电力的可用性来调整所述制氢***的一个或多个电解槽的功率摄入。例如，它可以调整电解槽的电流密度。后者在仅提供单个中央电解槽时也适用。

取决于可用电力来调整有源(active)电解槽的数目可以具有如下优点：有源电解槽可以接近其标称运行功率来运行。另一方面，在其中风力涡轮机提供可变电压输出的情况下，调整电解槽的功率摄入可以具有优点。较低的风速可能会导致对应的较低转速以及因此较低的AC电压，这继而会导致电解槽中较低的电流密度，从而对所施加的电负荷提供了一定程度的自调节。

根据另一方面，提供了一种从风力涡轮机向制氢***提供电力的方法。***包括至少一个电力输送***，其中所述电力输送***与风力涡轮机相关联并提供电力输送路径，其被配置为将电力从相关联的风力涡轮机的发电机输送到所述制氢***。方法包括从发电机沿着所述电力输送***的AC部分向所述电力输送***的AC至DC转换器提供AC电力；由所述AC至DC转换器将所述AC电力转换为DC电力；以及从所述AC至DC转换器沿着所述电力输送***的DC部分向所述制氢***提供DC电力。所述AC至DC转换器可以被布置在所述风力涡轮机外部。所述电力输送***的AC部分可以被配置为以可变AC频率运行。

方法可以由具有本文中描述的配置中的任一个的***来执行。方法可以进一步包括本文中关于***描述的步骤中的任一个。同样，***可以被配置为执行本文中公开的实施例和示例中的任一个的方法。

要理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，上文提到的特征和下文尚未被解释的那些可以不仅以所指示的相应组合来使用，而且还以其他组合或独立地来使用。特别地，除非相反地指出，否则本发明的不同方面和实施例的特征可以相互组合。

附图说明

根据结合附图阅读的以下详细的描述，本发明的前述以及其他特征和优点将变得进一步显而易见。在附图中，相同的参考数字指的是相同的元件。

图1是示出根据一个实施例的用于从风力涡轮机向制氢***提供电力的***的示意图。

图2是示出根据一个实施例的用于从风力涡轮机向制氢***提供电力的***的示意图。

图3是示出根据一个实施例的用于从风力涡轮机向制氢***提供电力的***的示意图。

图4是示出根据一个实施例的用于从风力涡轮机向制氢***提供电力的***的示意图。

图5是图示根据一个实施例的从风力涡轮机向制氢***提供电力的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来详细描述本发明的实施例和/或示例。要理解的是，实施例的以下描述仅为了说明的目的而给出，并且不要以限制的意义来理解。应该指出的是，图要仅被视为示意性表示，并且图中的元素不一定彼此按照比例。更确切地说，各种元素的表示被选择成使得对本领域的技术人员来说它们的功能和一般用途变得明显。如在本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。术语“包括”、“具有”、“包含”和“包含着”要被解释为开放式术语(即，意指“包括但不限于”)，除非另外指出。

图1示意性地图示***100，所述***100从多个风力涡轮机201、202、203向制氢***60提供电力。每个风力涡轮机可以包括发电机70，其从风力涡轮机转子的旋转生成电力，旋转机械能被发电机直接接收(在直驱式风力涡轮机中)或者经由相应的齿轮箱(未示出)间接接收。虽然图1中仅指示三个风力涡轮机，但是应该清楚的是，其他发电机70可以同样被包括在相应的风力涡轮机中。***100可以包括至少一个电力输送***10，但是可以包括更多这样的输送***11、12、13、……。电力输送***10可以提供从风力涡轮机201的发电机70到制氢***60的电力输送路径。***10可以包括：AC部分20(在其中电力被输送为AC电力)；AC至DC转换器30；和DC部分40(在其上电力以DC电力的形式输送)，或者***10可以由AC部分20(在其中电力被输送为AC电力)；AC至DC转换器30；和DC部分40(在其上电力以DC电力的形式输送)组成。其他电力输送***11、12、13、……中的每一个电力输送***(特别地相应的电力输送路径)可以对应地包括相应的AC部分20、AC至DC转换器30和DC部分40，或者由相应的AC部分20、AC至DC转换器30和DC部分40组成。

AC至DC转换器30可以位于相应的风力涡轮机201外部，并且可以优选地位于制氢***60的地点处，例如，它可以被包括在中央制氢设施80内。因此，AC部分20可以被提供以将电力基本上从风力涡轮机201输送到中央设施80。它可以包括将风力涡轮机201连接至中央制氢设施80的相应AC电缆21。

AC部分20可以被配置为以可变AC频率运行。因此，不必执行AC至AC转换就将电力从风力涡轮机201输送到制氢***60。特别地，没必要满足特定的电网规范等以便输送AC电力，并且特别地不需要以特定的电网频率(诸如50Hz或60Hz)来提供电力。因此，无需在AC部分20中提供相应的功率转换器，从而降低了投资成本和由相应的功率转换引起的电损耗。在一些示例中，发电机70可以是高压发电机，并且可以例如生成处于高于1kV、高于5kV或者甚至高于10kV的电压电平的AC电压，例如在1kV和70kV之间。因此，电压电平可以足够高，以便不需要对其升压来输送到制氢***60。因此，可以在AC部分20中不提供升压变压器。风力涡轮机201特别地可以不包括相应的风力涡轮机变压器，并且在这样的配置中可以不包括用于所生成的AC电力的任何转换器或滤波器。因此，AC电力输送电缆21或多或少可以直接连接至高压发电机70(具有相应的居间断路器)。应该清楚的是，发电机70的配置可根据期望的电压电平来选择，该期望的电压电平可以取决于AC电力需要通过其被输送的距离来选择。

在图1的示例中，风力涡轮机203例如包括同步发电机70，它被实施为高压发电机。因此，在风力涡轮机203中不提供风力涡轮机变压器。

发电机70可以被提供稳定发电机的输出电压的***。例如，可以提供自动电压调节器(AVR)71。AVR 71调节发电机70的励磁电流，以保持稳定的输出电压。例如，励磁电流可以由AC至DC转换器来提供，该AC至DC转换器由AVR来控制并且经由变压器从发电机的输出接收AC电力，如针对图1的风力涡轮机203所图示的。电压调节特别地可以包括无刷磁化电路。发电机70例如可以是高速类型的(例如2极、4极或6极发电机)，或者可以是中速发电机。

在其他示例中，发电机可以输出较低的电压，例如图1的风力涡轮机202的发电机70。取决于风力涡轮机202与制氢设施80之间的距离，可以提供风力涡轮机变压器23来将所生成的AC电压升压至较高AC输送电压。AC输送电压可以例如高于5kV、优选地高于l0kV。因此，即使发电机70具有相对低的电压输出，也可以经由AC部分20将AC电力高效地输送到设施80。

例如，发电机70可以被实施为永磁同步发电机(PMSG)。例如可以在直驱式风力涡轮机中采用这样的发电机，在该直驱式风力涡轮机中发电机由风力涡轮机转子直接驱动，而没有居间齿轮箱。特别地，发电机可以是低速发电机，例如多极发电机。通过使用风力涡轮机变压器23，由这样的发电机生成的相对低的电压可以被升压至期望的电平。

在一些示例中，发电机可以被配置为提供可变输出电压，其可以例如随着发电机70的转速而变化。例如，对于PM励磁发电机70来说，不能采用AVR调节，以便其输出电压可以变化。因为频率和电压两者可以因此根据转子速度而变化，所以可以获得相对恒定的电压/频率关系。较低的电压可能会导致制氢***60的(多个)电解槽的较低电流密度，以便由这些电解槽施加的电负荷可能会随着发电机的转速(以及由此发电)降低而降低。因此，控制(多个)电解槽使得所施加的负荷与由风力涡轮机的发电机70生成的可用电力相匹配可以被促进。

同样，如果电压保持恒定，并且AC频率是可变的，则控制由(多个)电解槽施加的负荷以与风力涡轮机的可用发电相匹配，如在下面进一步更详细概述的。

AC输送电压可以高于AC至DC转换器30的标称输入电压，和/或高于制氢***60的一个或多个电解槽的标称运行电压。因此，相应的降压变压器22可以被提供在AC部分20中，例如在制氢***60的地点处。例如，变压器22可以被布置在集中式制氢设施80中。变压器22可以被配置为将较高AC输送电压降压至适合作为转换器30和电解槽61的输入的较低AC电压电平，例如降压至小于2kV、优选地小于1.5或1kV的AC电压电平(例如至低电压电平)。

AC部分20可以相应地包括在风力涡轮机与制氢设施80、变压器22以及可选地风力涡轮机变压器23之间的AC电连接。

降压的AC电压被提供到AC至DC转换器30。转换器30可以以已知方式中的任一个来实施。它可以是有源或无源整流器。例如，它可以是无源六脉冲或十二脉冲整流器。作为另一示例，它可以是采用IGBT(绝缘栅双极晶体管)来切换的有源整流器。

电力输送***10可以进一步包括DC部分40，其将转换的DC电力输送到制氢***60。DC部分40可以被包括在制氢设施80中。它可以是与居间断路器的直接电连接。优选地，多个电力输送***10、11、12、13经由它们相应的DC部分40进行耦合，特别地电连接。

例如，DC部分40可以耦合至DC总线50或者可以包括DC总线50，该DC总线50提供不同DC部分40之间的耦合。DC总线50可以由公共DC汇流排来提供。DC总线50可以被分成通过相应的总线耦合器55、56、57、……可连接的总线段51、52、53、……。因此，有可能将总线段与其余总线段电隔离，例如在故障的情况下或为了维护的目的。在图1的示例中，每个电力输送***10、11、12、...被连接至一个总线段；在其他实施方式中，多个输送***可以被连接至一个总线段，或者一些总线段可以不具有与其连接的输送***。

制氢***60可以被耦合(特别地电连接)至DC部分40，例如耦合(特别地电连接)至DC总线50。DC汇流排可以能够为更大的电解槽***供电。如在图1中图示的，制氢***60可以包括多个电解槽61、62、63、64、65、67，并且每个电解槽可以被连接至DC总线50。例如，一个电解槽可以被连接至每个总线段，如在图1中示出的，或者多个电解槽可以被连接至一个总线段，或者一些总线段可以不具有与其连接的电解槽(如图3中示出的)。制氢***60还可以包括可与DC总线50连接的单个大的电解槽，如图4中示出的。DC总线50可以允许对来自多个风力涡轮机201、202、203、……的这样的大的负荷的供电。

***100可以包括(多个)发电机70。***100还可以包括制氢***60。电解槽和发电机可以不形成电力输送***10、11、12、13、……的一部分。

优选地，不同电力输送***10、11、12、13、……的AC部分20可以不被电连接。这允许不同AC部分20上的AC频率不同，以便发电机70可以被去同步，即所有连接的风力涡轮机的转子速度可以是不同的。当运行风力涡轮机时，转子速度以及由此发电机速度可以由变桨控制***(pitch control system)来控制。因为转子速度限定所生成的电力的AC频率，所以这个频率将不是恒定的，而是在一定范围中变化。通过将AC部分20保持分开，***可以由此允许风力涡轮机的单独可变速度，而不需要风力涡轮机中的AC至AC转换器。因此，可以避免风力涡轮机上更高的结构负荷，特别是在阵风条件期间。

在运行期间，发电机频率可以保持在某些限制内，例如在20Hz和60Hz之间。可以控制电压和频率以优化***，例如保持恒定的电压/频率关系，以优化一个或多个变压器和/或电解槽的负荷。

在AC部分20上提供足够高的AC输送电压(例如通过相应的高压发电机)可以允许从几个风力涡轮机馈电的几个电解槽的集中，例如集中在一个集中式制氢设施80中。与在每个涡轮机处具有本地电解槽相比，使集中式的一组电解槽利用来自位于适当距离处的几个风力涡轮机的电力来供电可以具有如下优点：供水和氢收集可以是集中的。

在一些示例中，电力输送***10、11、12、13……可以是单独的，并且可以在其相应的DC部分处不被电连接。每一个风力涡轮机例如可以为单独的电解槽模块馈电。此外，可以仅提供单个风力涡轮机和输送***。

然而，输送***通过其DC部分的耦合可以是有益的，因为它允许由多个风力涡轮机生成的电力在多个电解槽之中的改进的分配。

在图1的示例中，制氢***60包括针对每个风力涡轮机的一个电解槽。在图3的示例中，提供比风力涡轮机更少的电解槽。在其他示例中，制氢***60可以仅包括从多个风力涡轮机馈电的单个大的电解槽61或者可以仅由该单个大的电解槽61组成，如图4中示出的。应该清楚的是，电解槽的数目与风力涡轮机的数目之间不需要存在特定的关系。作为一个示例，对于任何数目的一组风力涡轮机，制氢***60中的电解槽的数目可以从单个大的电解槽变化到10个或更多电解槽模块。

图2图示图1的***100的一个示例，以便上文的解释同样适用。如可以看到的，AC电力电缆21将风力涡轮机201、202、203连接至集中式制氢设施80。因此，经由AC部分20(即经由其相应的AC电缆21)将电力输送到设施80。设施80可以是集中式的，因为它从多个风力涡轮机接收电力；此外，它可以被布置在风力发电场的中央地点处，以减少AC电力需要通过其被输送的距离。应该清楚的是，风力发电场还可以包括多个(例如两个或更多)集中式设施80，每一个从风力发电场的一组风力涡轮机接收电力。

***100可以包括控制***90，其可以控制制氢***60的运行。控制***90可以在风力发电场级别上实施，例如它可以形成风力发电场控制器的一部分。它还可以是对设施80特定的控制***。控制***90可以特别地控制由制氢***60在电力输送***上以及由此在风力涡轮机上施加的电负荷。制氢***60可以包括多个电解槽，特别地电解槽模块，并且控制***90可以激活或停用电解槽模块，以分别增加或减少由制氢***60施加的电负荷。例如，在较低风速下，与风力涡轮机的数目相比，可以减少有源电解槽模块的数目。这可以允许在各种风力涡轮机发电水平期间电解槽上最佳的运行负荷。

另外或替代地，控制***90可以被配置为控制单独电解槽61、62、63、……或单个大的电解槽(如图4中所示)的功率摄入。例如，这可以通过调整相应电解槽中的电流密度来发生，为此可以采用任何已知的手段。如果允许所生成的AC电压变化，可以产生电解槽输入处的DC电压的相应电压变化，这可以导致电解槽电流的对应变化。因此，在低风力条件下，电压可能会下降，从而导致较低的电解槽电流，以便所施加的电负荷在一定程度上是自调整的。

控制***90可以包括处理单元(例如微处理器)和存储控制指令的存储器(例如RAM、闪速存储器、硬盘驱动器等)，当由处理单元执行时，该控制指令使得控制***执行本文中公开的控制方法或步骤中的任一个。

应该清楚的是，电解槽61、62、63可以容纳水，并且可以产生氢气，这在图中没有图示。

如在图1-3中指示的，制氢***60可以被实施为具有多个电解槽模块的模块化***。这可以便于制氢***60的规模扩大，并且可以允许这样的模块的标准化，从而导致更低的成本。此外，在风力涡轮机或电解槽的单个单元为了维修而停机的情况下，它可以允许继续的***运行。

图5是图示根据一个实施例的方法的流程图。在步骤S10中，可以在风力涡轮机(例如风力涡轮机201、202、203)处生成AC电力。可以将所生成的AC电力沿着电力输送***10的AC部分20输送到AC至DC转换器30，该AC至DC转换器30可以被布置在制氢***60的地点处。然后可以在步骤S12中执行AC至DC转换。在步骤S13中，由AC至DC转换器30发出的经转换的DC电力可以沿着电力输送***的DC部分40输送到DC总线50。然后，可以将电力从DC总线50供应到制氢***60，例如供应到一个或多个电解槽61、62、……。应该清楚的是，在一个或多个风力涡轮机以及制氢***60的运行期间，可以连续地执行相应的方法。

借助于本文中公开的***和方法，可以可能的是，在风力涡轮机中可以省去功率转换器以及可选的变压器。这可以导致成本降低以及增加的效率。此外，由于可变的AC频率，电力可以在AC部分20中以较低频率来输送，这可以进一步降低AC电缆损耗。制氢***的集中化导致进一步的优势，诸如集中式供水和集中式氢收集。

虽然在本文中公开了具体的实施例，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变和修改。本实施例在所有方面要被视为是说明性和非限制性的，并且意图将进入所附权利要求的含义和等效范围内的所有变化包含在其中。

Claims (14)

1.一种配置为从风力涡轮机(201)向制氢***(60)提供电力的***，其中，所述***(100)包括至少一个电力输送***(10)，其中，所述电力输送***(10)与所述风力涡轮机(201)相关联并提供电力输送路径，所述电力输送路径被配置为将电力从相关联的风力涡轮机(201)的发电机(70)输送到所述制氢***(60)，其中，所述电力输送***(10)包括：

-耦合至所述发电机(70)的AC部分(20)；

-耦合至所述制氢***(60)的DC部分(40)；以及

-耦合在所述AC部分(20)和所述DC部分(40)之间的AC至DC转换器(30)，所述AC至DC转换器(30)被布置在所述风力涡轮机(201)外部，

其中，所述电力输送***(10)的AC部分(20)被配置为以可变AC频率运行，

其中，所述***(100)包括至少两个电力输送***(10-13)，每一个电力输送***(10-13)与不同的风力涡轮机(201、202)相关联，

其中，所述至少两个电力输送***(10-13)中的第一个的DC部分(40)与所述至少两个电力输送***(10-13)中的第二个的DC部分(40)电耦合，并且被配置为向所述制氢***(60)供应电力，以及

其中，所述至少两个电力输送***的AC部分彼此电分离。

2.根据权利要求1所述的***，其中，所述AC至DC转换器(30)被安装在所述制氢***(60)的地点处，和/或其中，所述电力输送路径的AC部分(20)被配置为将电力从所述发电机(70)输送到所述制氢***(60)的地点。

3.根据权利要求1或2所述的***，其中，所述***包括DC总线(50)，其中，所述至少两个电力输送***(10-13)中的每一个的DC部分(20)被电耦合至所述DC总线(50)，并且其中，所述制氢***(60)被电耦合至所述DC总线(50)。

4.根据权利要求3所述的***，其中，所述DC总线(50)由DC汇流排来提供，其中，优选地，所述DC总线包括总线段(51-53)和提供在所述总线段(51-53)之间的总线耦合器(55-57)，其中，每一个电力输送***(10-13)的DC部分(40)被耦合至不同的总线段(51-53)。

5.根据权利要求4所述的***，其中，所述制氢***(60)包括多个电解槽(61-67)，其中，至少一个电解槽(61、62、63)被耦合至两个或更多所述总线段(51、52、53)中的每一个。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的***，其中，所述电力输送***(10)的AC部分(20)包括变压器(22)，所述变压器(22)被配置为提供从较高AC输送电压到较低AC电压的变压，其中，所述变压器(22)的较低电压侧被耦合至所述AC至DC转换器(30)。

7.根据权利要求6所述的***，其中，所述变压器(22)被布置在所述风力涡轮机外部，优选地被布置在所述制氢***(60)的地点处。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的***，其中，所述电力输送***(10)的AC部分(20)包括风力涡轮机变压器(23)，其被配置为提供从由所述发电机(70)输出的较低AC电压到较高AC输送电压的变压。

9.根据权利要求6-8中的任一项所述的***，其中，所述AC输送电压高于1kV，优选地高于2kV，更优选地高于10kV。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的***，其中，耦合至所述电力输送***(10)的发电机(70)是高压发电机，其中，所述高压发电机优选地提供高于1kV、优选地高于2kV、更优选地高于5kV的AC输出电压。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的***，其中，所述发电机(70)被配置为提供恒定的输出电压，或者其中，所述发电机(70)被配置为提供随着发电机速度变化的可变输出电压。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的***，其中，所述制氢***(60)包括中央电解槽，所述中央电解槽被配置为从多个电力输送***(10-13)接收电力，每一个与相应的风力涡轮机(201-203)相关联，或者其中，所述制氢***(60)是包括多个电解槽(61-67)的模块化电解槽***，所述多个电解槽(61-67)被配置为从多个电力输送***(10-13)接收电力，每一个与相应的风力涡轮机(201-203)相关联。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的***，其中，所述***进一步包括控制***(90)，所述控制***(90)被配置为控制所述制氢***(60)的运行，所述制氢***(60)包括多个电解槽(61-67)，其中，所述控制***(90)被配置为取决于由所述至少一个电力输送***提供给所述制氢***(60)的电力的可用性来激活或停用电解槽(61-67)，和/或其中，所述控制***被配置为取决于由所述至少一个电力输送***提供的电力的可用性来调整所述制氢***(60)的一个或多个电解槽(61-67)的功率摄入。

14.一种从风力涡轮机(201)向制氢***(60)提供电力的方法，其中，***包括至少一个电力输送***(10)，其中，所述电力输送***(10)与所述风力涡轮机(201)相关联并提供电力输送路径，所述电力输送路径被配置为将电力从相关联的风力涡轮机(201)的发电机(70)输送到所述制氢***(60)，其中，该方法包括：

-从所述发电机(70)沿着所述电力输送***(10)的AC部分(20)向所述电力输送***(10)的AC至DC转换器(30)提供AC电力；

-由所述AC至DC转换器(30)将所述AC电力转换到DC电力；以及

-从所述AC至DC转换器(30)沿着所述电力输送***(10)的DC部分(40)向所述制氢***(60)提供DC电力，

其中，所述AC至DC转换器(30)被布置在所述风力涡轮机(201)外部，

其中，所述电力输送***(10)的AC部分(20)被配置为以可变AC频率运行，

其中，所述***包括至少两个电力输送***(10-13)，每一个电力输送***(10-13)与不同的风力涡轮机(201、202)相关联，

其中，所述至少两个电力输送***(10-13)中的第一个的DC部分(40)与所述至少两个电力输送***(10-13)中的第二个的DC部分(40)电耦合，并且被配置为向所述制氢***(60)供应电力，以及

其中，所述至少两个电力输送***的AC部分彼此电分离。