本发明属于新能源，尤其涉及一种基于太阳能和风能的储能和发电系统。
背景技术：
1、随着煤炭、石油和天然气等不可再生能源的持续消耗以及越来越严苛的排放标准。在能源技术领域，人类社会所面临的问题一是传统能源即将枯竭，二是能源利用的清洁高效和绿色环保。基于此，我国加快调整能源结构，减少煤炭消费、稳定油气供应、大幅增加清洁能源比重。太阳能和风能资源可再生且在使用过程中既不排放污染物、也不产生温室气体，在减污降碳方面成效显著，因此，光伏发电和风电技术得到了长足的发展，未来将成为我国绿色电力的主要来源。
2、光伏发电和风力发电的发电量与太阳能和风能的资源分布密切相关，我国宁夏北部、甘肃北部、新疆东南部、青海西部和西藏西部等地是太阳能资源最为丰富的地区；而风力资源则主要分布在东南沿海及附近岛屿，内蒙古和甘肃走廊，东北、西北、华北和青藏高原等部分地区。从太阳能和风能资源的分布情况可知，我国太阳能资源地区性差异较大，呈现西部地区大于中东部地区，高原、少雨干燥地区大，平原、多雨高湿地区小的特点；风能资源丰富的地区，多为交通不便、偏僻的农牧渔区，也是电网难以遍及的地方。即使在太阳能和风能富足区，受自然因素的影响，会呈现出很大的随机性和波动性，促使光伏发电和风电的发电功率变化幅度大，一旦并入传统电网，将导致电网受到巨大的电流冲击，造成电网频率偏差、电压波动与闪变，严重威胁主电网总体运行的可靠性和安全性。此外，电能的长线输送增加了输电损失，输电线路的建设和运行费用。因此，现阶段在光伏发电和风电技术的应用过程中所面临的关键问题之一是，太阳能和风能充足时，发电量不能被完全利用，存在弃电现象，而太阳能和风能不足时，发电量难以满足日常生产和生活的需求。
3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4、光伏发电和风电受太阳能和风能随机性和波动性的影响，发电量不能平衡用电高峰、低谷等工况的需求，存在弃电和电力供给不足的现象。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于太阳能和风能的储能和发电系统。
2、本发明是这样实现的，一种利用太阳能和风能进行储能和发电的方法，包括以下步骤：
3、通过主发电系统，采用光伏发电、风力发电或光伏和风力联合发电来获得电能；
4、在制氢系统中，利用所获得的电能，通过电解水制氢装置制取氢气，并通过氢气和氧气分离装置对产生的气体进行分离；
5、在压缩氢气系统中，利用压气机对氢气加压，并将压缩后的氢气存储在储氢系统ⅰ(地下或地上高压储氢洞穴)或高压氢气瓶中，同时将压缩过程中产生的压缩热存储在储热系统中；
6、运行辅发电系统ⅰ(氢涡轮发电系统)或辅发电系统ⅱ(燃氢燃气轮机发电系统)或同时运行两者。对于辅发电系统ⅰ，首先将储氢系统ⅰ中高压氢气导入储热系统加热，随后高温高压氢气进入氢涡轮，驱动氢涡轮旋转并带动发电机发电，氢涡轮的排气首先在储热系统中放热，随后低温低压氢气储存在储氢系统ⅱ(地下或地上低压储氢洞穴)中。对于辅发电系统ⅱ，首先由电动机驱动压气机对空气进行压缩，然后高压空气进入燃烧室并与来自储氢系统ⅰ的高压氢气混合燃烧形成高温高压蒸汽，最后高温高压蒸汽驱动涡轮旋转并带动发电机发电；
7、将发电机产生的电能输出给用户和电网。
8、本发明提供的一种通过太阳能和风能的联合系统制取高压氢气的方法，具体包括如下步骤：
9、首先，根据环境条件选择使用独立的光伏发电、风力发电或它们的联合发电方式进行发电；
10、然后，利用主发电系统产生的电能，通过制氢系统中的电解水制氢装置与氢气和氧气分离装置获得氢气；
11、接着，利用压缩氢气系统中的压气机对制得的氢气进行压缩，并将压缩过程中所产生的热量储存到储热系统中；
12、最后，将压缩后的高压氢气存储于储氢系统ⅰ或高压氢气瓶中，以备后续使用。
13、本发明提供的一种太阳能和风能发电系统的电能利用方法，涉及以下步骤：
14、利用太阳能和/或风能作为能源，通过主发电系统发电；
15、使用所得电能，通过制氢系统制取氢气，再通过压缩氢气系统加压，最后将氢气储存于储氢系统ⅰ或高压氢气瓶中；
16、当主发电系统的产电满足不了需求时，启动辅发电系统ⅰ，将储氢系统ⅰ中高压氢气导入储热系统加热，之后高温高压氢气驱动氢涡轮旋转并带动发电机发电；
17、或者，启动辅发电系统ⅱ，将储氢系统ⅰ中的高压氢气送至燃烧室，在与空气混合之后燃烧形成高温高压蒸汽，由高温高压蒸汽驱动涡轮并带动发电机发电；
18、将辅发电系统产生的电能输出到用户和电网，以实现电能的多元化利用和供应的稳定性。
19、本发明提供的一种基于太阳能和风能的储能和发电系统，所述基于太阳能和风能的储能和发电系统，由主发电系统、辅发电系统、制氢系统、压缩氢气系统、储热系统、储氢系统和低压氢气加压系统组成。
20、进一步，所述主发电系统的输出端1与用户和电网连接，输出端2与制氢系统连接，输出端3与压缩氢气系统连接，制氢系统与压缩氢气系统连接，压缩氢气系统与储氢系统ⅱ和储热系统连接，储热系统与储氢系统ⅰ和辅发电系统ⅰ连接；
21、主发电系统，可以是独立的光伏发电系统或风力发电系统或光伏和风力联合发电系统；
22、制氢系统，主要由电解水制氢装置及氢气和氧气分离装置构成；
23、压缩氢气系统，主要由压气机、电动机和轴系及附属部件构成；
24、储氢系统，包括储氢系统ⅰ和储氢系统ⅱ及高压氢气瓶储氢；
25、储热系统，存储氢气压缩过程中所产生的压缩热；
26、辅发电系统，可以是辅发电系统ⅰ，也可以是辅发电系统ⅱ，或者辅发电系统ⅰ和辅发电系统ⅱ同时运行。
27、进一步，所述辅发电系统ⅰ主要由进气管道、氢涡轮、排气管道、轴系、发电机和附属部件构成，所述进气管道一端与储热系统连接，另一端与氢涡轮进口连接；所述排气管道一端与氢涡轮出口连接，另一端与储热系统连接；所述氢涡轮通过轴系和附属部件与发电机连接；所述发电机与用户和电网连接。
28、进一步，所述辅发电系统ⅱ主要由压气机、燃烧室、涡轮、轴系、电动机、发电机和附属部件构成，所述压气机通过轴系及附属部件与电动机和涡轮相连，所述涡轮通过轴系和附属部件与发电机相连，所述燃烧室通过管道分别与压气机、涡轮和储氢系统ⅰ相连，燃烧室布置在连接压气机和涡轮轴系的周围空间内；所述发电机与用户和电网连接。
29、进一步，所述基于太阳能和风能的储能和发电系统，阳光充足，风力大时，通过光伏发电和风力发电技术得到电能，制氢系统电解水得到氢气和氧气混合气，经分离装置分离之后得到纯净的氢气，随后，氢气进入压缩氢气系统，在压气机中对其进行绝热压缩，从压缩氢气系统出来的高温高压氢气进入储热系统放热，释放的热量由储热系统储存，降温之后的高压氢气进入储氢系统ⅰ或者高压氢气瓶储存。
30、进一步，所述基于太阳能和风能的储能和发电系统，阳光不充足，风力大小不够时，可采用辅发电系统ⅰ发电，首先，储氢系统ⅰ中的高压氢气进入储热系统加热，随后，进入氢涡轮，驱动氢涡轮旋转，将热能和压力能转化为机械能，涡轮轴带动发电机发电，所得电能供用户和并入电网，氢涡轮排气管与储热系统连接，低压氢气在储热系统中放热，最后进入储氢系统ⅱ进行储存。
31、进一步，所述基于太阳能和风能的储能和发电系统，阳光不充足，风力大小不够时，可采用辅发电系统ⅱ发电，发动机启动时，利用电动机驱动压气机旋转并对空气加压，高压空气进入燃烧室，储氢系统ⅰ中的高压氢气也进入燃烧室，随后，点火燃烧，获得高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入涡轮，驱动涡轮旋转做功，涡轮带动发电机发电，产生的电能供用户和并入电网，电动机只在发动机启动时使用，发动机正常工作时停止，压气机与涡轮同轴连接，由涡轮驱动压气机工作，燃烧室的进口与压气机出口和储氢系统ⅰ相连，燃烧室的出口与涡轮进口相连。
32、进一步，所述基于太阳能和风能的储能和发电系统，低压氢气加压系统工作过程，在电力充足时，储存在储氢系统ⅱ中的低压氢气进入压缩氢气系统，加压之后高温高压氢气进入储热系统释放热量，降温之后的高压氢气进入储氢系统ⅰ储存，可实现氢气的循环利用。
33、本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述基于太阳能和风能的储能和发电系统。
34、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
35、第一、针对上述现有技术存在的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
36、(1)阳光充足，风力大时，可利用富余的电力电解水制氢并对其进行压缩，将能量储存在高压氢气中，避免了弃电和能量的浪费；
37、(2)阳光不充足，风力大小不够时，可利用高压氢气驱动氢涡轮或通过燃氢燃气轮机发电弥补电力供给的不足；
38、(3)本发明克服了太阳能和风能随机性和波动性大的缺点，实现了资源的优化配置和能源的清洁、高效和多级利用，平衡了用电高峰和低谷的供需关系。
39、第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
40、(1)无论主发电系统还是辅发电系统均不消耗传统能源，只利用太阳能和风能。在获得电能的过程中既不形成有害成分，又不产生温室气体，是能源的绿色利用，为我国实现“双碳”目标开阔了新思路并奠定了一定的基础；
41、(2)储存并利用氢气压缩过程中所产生的压缩热，一方面实现了能源的高效和多级利用，另一方面也提高了氢涡轮的热效率；
42、(3)以氢气作为能量的存储媒介，除了实现储能和优化资源配置之外，高压氢气本身也可用于工业生产的多个方面。
43、第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
44、(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：
45、由于光伏发电和风力发电规模大，涉及的地区和范围广，因此，具体收益无法估算。但，如果本发明的技术方案实现转化，在不计光伏发电和风力发电直接收益的前提下，主要有两个方面的收益，其一，制得的氢气可按照需求加压到不同的压力范围，其状态也可改变，供工业生产的各个方面(氢能供给的收益)；其二，利用高压氢气通过氢涡轮和燃氢燃气轮机发电，电能供用户和并入电网(电力供给的收益)。
46、(2)本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：给光伏发电和风力发电技术在用电低谷弃电，能源浪费；而在用电高峰电力供给不足的技术问题的解决提供了一个新的思路：在此之前，由于太阳能和风能的随机性和波动性，光伏发电和风力发电技术所得电能在用电低谷不能被完全利用，富余电能被弃用，造成能量的浪费；而在用电高峰，光伏发电和风力发电技术所得电能满足不了需求。本发明充分利用光伏发电和风力发电的富余电能，电解水制氢、对氢气进行压缩，以高压氢气的形式将能量储存，而在用电高峰则利用高压氢气发电，平衡了电力系统的供需关系，实现了能源的高效利用。
47、第四，本发明提供的基于太阳能和风能的储能和发电系统带来了以下显著的技术进步：
48、1)整合可再生能源：该系统结合了太阳能和风能这两种主要的可再生能源，实现了能源的多样化利用。这种整合不仅提高了能源的可获得性，还降低了对单一能源依赖所带来的风险。
49、2)增强了能源存储能力：通过制氢和压缩氢气系统能够将多余的电能转换为高压氢气，实现能源的长期存储和运输。这解决了可再生能源如太阳能和风能间歇性和不稳定性的问题。
50、3)高效能源利用：储热系统的引入使得在氢气压缩过程中产生的热能得到有效利用，提高了能源的总体利用效率。
51、4)提供可靠的备用能源：辅发电系统ⅰ和ⅱ能够在无风或阴天等不利于主发电系统发电的条件下，利用储存的氢气发电，保障电力供应的稳定性。
52、5)环境影响小：该系统的运行减少了对化石燃料的依赖，从而大幅减少了温室气体排放和其他环境污染，对环境友好。
53、6)灵活的能源管理：系统能够根据电力需求和天气条件灵活调整发电模式，有效地平衡供需，提高电网的稳定性。
54、7)促进能源转型：该系统的实施为转向更清洁、更可持续的能源体系提供了一个实际和高效的解决方案，有助于促进能源结构的优化和能源转型。
55、综上所述，该发电系统在提高能源效率、保证能源供应稳定性、减少环境影响等方面取得了显著的技术进步，为可再生能源的广泛应用和能源系统的可持续发展提供了有力支撑。
1.一种基于太阳能和风能的储能和发电系统，其特征在于，所述基于太阳能和风能的储能和发电系统由主发电系统、辅发电系统、制氢系统、压缩氢气系统、储热系统、储氢系统和低压氢气加压系统组成：
2.根据权利要求1所述的基于太阳能和风能的储能和发电系统，其特征在于，所述辅发电系统ⅰ主要由进气管道、氢涡轮、排气管道、轴系、发电机和附属部件构成，所述进气管道一端与储热系统连接，另一端与氢涡轮进口连接；所述排气管道一端与氢涡轮出口连接，另一端与储热系统连接；所述氢涡轮通过轴系和附属部件与发电机连接；所述发电机与用户和电网连接。
3.根据权利要求1所述的基于太阳能和风能的储能和发电系统，其特征在于，所述辅发电系统ⅱ主要由压气机、燃烧室、涡轮、轴系、电动机、发电机和附属部件构成，所述压气机通过轴系及附属部件与电动机和涡轮相连，所述涡轮通过轴系和附属部件与发电机相连，所述燃烧室通过管道分别与压气机、涡轮和储氢系统ⅰ相连，燃烧室布置在连接压气机和涡轮轴系的周围空间内；所述发电机与用户和电网连接。
4.根据权利要求1所述的基于太阳能和风能的储能和发电系统，其特征在于，所述基于太阳能和风能的储能和发电系统，阳光充足，风力大时，通过光伏发电和风力发电技术得到电能，制氢系统电解水得到氢气和氧气混合气，经分离装置分离之后得到纯净的氢气，随后，氢气进入压缩氢气系统，在压气机中对其进行绝热压缩，从压缩氢气系统出来的高温高压氢气进入储热系统放热，释放的热量由储热系统储存，降温之后的高压氢气进入储氢系统ⅰ或者高压氢气瓶储存。
5.根据权利要求1所述的基于太阳能和风能的储能和发电系统，其特征在于，所述基于太阳能和风能的储能和发电系统，阳光不充足，风力大小不够时，可采用辅发电系统ⅰ发电，首先，储氢系统ⅰ中的高压氢气进入储热系统加热，随后，进入氢涡轮，驱动氢涡轮旋转，将热能和压力能转化为机械能，涡轮轴带动发电机发电，所得电能供用户和并入电网，氢涡轮排气管与储热系统连接，低压氢气在储热系统中放热，最后进入储氢系统ⅱ进行储存。
6.根据权利要求1所述的基于太阳能和风能的储能和发电系统，其特征在于，所述基于太阳能和风能的储能和发电系统，阳光不充足，风力大小不够时，可采用辅发电系统ⅱ发电，发动机启动时，利用电动机驱动压气机旋转并对空气加压，高压空气进入燃烧室，储氢系统ⅰ中的高压氢气也进入燃烧室，随后，点火燃烧，获得高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入涡轮，驱动涡轮旋转做功，涡轮带动发电机发电，产生的电能供用户和并入电网，电动机只在发动机启动时使用，发动机正常工作时停止，压气机与涡轮同轴连接，由涡轮驱动压气机工作，燃烧室的进口与压气机出口和储氢系统ⅰ相连，燃烧室的出口与涡轮进口相连。
7.根据权利要求1所述的基于太阳能和风能的储能和发电系统，其特征在于，所述基于太阳能和风能的储能和发电系统，低压氢气加压系统工作过程，在电力充足时，储存在储氢系统ⅱ中的低压氢气进入压缩氢气系统，加压之后高温高压氢气进入储热系统释放热量，降温之后的高压氢气进入储氢系统ⅰ储存，可实现氢气的循环利用。
8.一种利用太阳能和风能进行储能和发电的方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.一种通过太阳能和风能的联合系统制取高压氢气的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
10.一种太阳能和风能发电系统的电能利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
