電解水制氫依托風電、光伏等可再生能源發電制取零碳排放綠氫，是化石能源制氫最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、交通、化工深度脫碳的剛需路徑。風電光伏具有間歇性、波動性，大量新能源基地存在發電富余無法并網。電解水把多余電能轉化為氫能儲存，實現電能→氫能→再發電/工業利用長時儲能，大幅提升風光利用率，是遠距離新能源消納方案之一。

一、制氫工藝分類及電氣原理

電解制氫工藝主要有ALK堿性電解、PEM質子交換膜、SOEC固體氧化物高溫電解、AEM 陰離子交換膜等幾種路線，其中ALK堿性電解為目前市場主流，占比超80%,本文以電解水制氫站為核心講解電解水制氫整流原理及電氣二次設備選型。

圖1 堿性電解制氫電氣示意圖

這是一套光伏自發自用+電網備用供電的堿性電解水制氫全系統原理圖，整體分為10kV高壓配電系統、24脈波移相整流直流供電系統、電解制氫工藝系統、0.4kV輔機配電系統四大板塊。

·  優先使用光伏綠電，經24脈整流變成直流電驅動電解槽制綠氫；

·  光照不足時，市政10kV電網補足電量，保證制氫連續；

·  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；

·  全套水、冷、氣、儲配套設備由0.4kV統一供電，形成完整可連續運行的光伏綠氫站。

二、二次設備選型

1.10kV變配電部分

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，結合10kV雙移相變壓器構成24脈整流、光伏+電網雙電源供電、堿性電解水制氫工況，分為電氣電量主保護、電氣后備保護、非電量保護、整流閥側專項保護、系統聯動保護五大類。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

10kV部分配置清單如下表

2.10kV光伏并網部分

分布式光伏采用10kV并網，自發自用，余電不上網。并網合規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定并網、避免電網考核。10kV進線處配置防逆流保護，升壓箱變配置箱變保護測控裝置，并網柜配置防孤島保護、電能質量在線監測裝置和電能計量儀表，安科瑞同時提供Acrel-1000DP光伏監控系統，幫助項目對接電網調度系統，安全合規并網。

圖3 分布式光伏保護配置

3.0.4kV保護測控

0.4kV部分主要包含0.4kV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部分保護配置

4. 直流絕緣監測

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

4. 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，通過多功能電表計量發/用電量，部分回路需要監測諧波畸變率、直流紋波系數等電能質量參數。

4. 防爆區域本安信號隔離

由于氫氣易燃易爆，在制氫的控制過程中，防爆區域內需要本安信號隔離，隔離式安全柵。

三、制氫站能源管理

Acrel-2000MG能量管理系統能夠對制氫站源（市電、分布式光伏、風機）、網（內部配電網）、荷（電解槽及輔助設備）、儲能系統等負荷進行實時監測和優化控制，保護制氫站電網系統運行安全，實現不同目標下源網荷儲資源之間的靈活互動，增加多策略控制下系統的靈活控制，促進新能源消納、合理削峰填谷，減少電網建設投資，提升電網運行安全，降低運行成本。同時為制氫站提供交直流電氣、環境等異常告警和控制，保障制氫站穩定運行。

圖5 制氫站能量管理系統