电制气储能系统、控制方法、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及化工相关技术领域，特别是一种电制气储能系统、控制方法、电子设备及存储介质。

背景技术

如图1所示为现有的电制气储能系统的示意图。系统主要由高温固体氧化物电解电池(Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC)单元1’与甲烷化单元2’两部分构成。高温SOEC将第一原料-‘水’升温后变成的水蒸气电解成H

如图1所示，高温SOEC的工作温度通常在700-850℃左右，甲烷化的工作温度通常在300-500℃左右。第一原料-H

如图2所示，常规电制气系统中，通过加热器3’将水加热升温气化成700-850℃的水蒸气，然后通入SOEC单元1’进行电解。电解产生的700-850℃左右的高温H

如公开文献《Renewable Energy》Power-to-gas and power-to-liquid formanaging renewable electricity intermittency in the Alpine Region。该文章分析大规模部署P2G、P2L，消纳间歇性可再生能能源富余电能，制备化学燃料的可行性。文中P2G、P2L方案为通过SOEC高温共电解H

然而，该文P2G、P2L方案中，H

另外，如中国专利CN203728740U，一种风光水二氧化碳制甲烷装置。该专利提出一种风光水二氧化碳制甲烷的低碳循环清洁能源装置。采用水和二氧化碳为原料，风光等可再生能源为动力，利用碳酸氢钾水溶液，电解制甲烷。电解槽中生成的碳酸钾水溶液在泵的作用下，进入电解液生产罐，然后与二氧化碳和水反应，进一步生产碳酸氢钾水溶液。

该专利利用碳酸氢钾水溶液直接电解制备甲烷。电解槽中的电解液在泵的作用下在电解槽和电解液生产灌之间自动循环更新。装置中应用到水溶液、泵等，易发生类似液流电池的泵类附件损坏、漏液等故障。另外，低温电解系统效率相对较低。

为提高电制气的系统效率，现有技术在反应系统中增加换热器，基于换热器将系统热损回收利用，升温原料气，从而，提高电制气系统的整体效率。鉴于电制气系统中有多级热损，可以设置多级换热器，如图3、图4所示。

如图3所示，第一原料-室温水，依次经过换热器7’、换热器8’、换热器9’进行升温，然后通过加热器10’升温至SOEC单元1’的工作温度700-850℃左右。

如图4所示，第二原料-CO

然而，现有的常规换热器的方案，换热系统与反应系统之间存在耦合，换热系统在换热升温原料气的同时，还要控制反应温度。由于反应、换热时间常数较大，易造成系统失控，尤其在将系统应用于波动性可再生能源电力作为供电能源而动态调节原料气的场合。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术电制气系统的换热系统与反应系统之间存在耦合，容易造成系统失控的技术问题，提供一种电制气储能系统、控制方法、电子设备及存储介质。

本发明提供一种电制气储能系统，包括：高温固体氧化物电解电池单元、甲烷化单元、原料端、合成输出端、多个储能单元以及控制单元，所述原料端与所述高温固体氧化物电解电池单元和/或所述甲烷化单元的输入端连通，所述高温固体氧化物电解电池单元的另一输入端与外部电源连通，所述高温固体氧化物电解电池单元的输出端与所述甲烷化单元的输入端连通，所述甲烷化单元的输出端与所述合成输出端连通，所述储能单元内容置有储能介质，其中：

在所述高温固体氧化物电解电池单元的输出端与所述甲烷化单元的输入端之间、在所述甲烷化单元、和/或在所述甲烷化单元的输出端与所述合成输出端之间设置有换热器；

所述控制单元控制所述原料端经过所述储能单元与所述高温固体氧化物电解电池单元和/或所述甲烷化单元的输入端连通，或者控制所述储能单元与所述换热器连通。

进一步地，所述原料端包括第一原料端以及第二原料端，所述第一原料端与所述高温固体氧化物电解电池单元的输入端连通，所述第二原料端与所述甲烷化单元的输入端连通。

3.根据权利要求2所述的电制气储能系统，其特征在于，所述第一原料端与所述高温固体氧化物电解电池单元的输入端之间设置有第一加热装置，所述第二原料端与所述甲烷化单元的输入端之间设置有第二加热装置，所述第一加热装置、所述第二加热装置分别与所述控制单元通信连接，所述控制单元分别控制所述第一加热装置、所述第二加热装置的加热功率。

进一步地，所述原料端通过多个管路系统与所述高温固体氧化物电解电池单元和/或所述甲烷化单元的输入端连通；

每一所述管路系统包括第一入口阀门、第一主管、多个支管、第二主管以及第一出口阀门，所述第一入口阀门一端与所述原料端连通，另一端与所述第一主管连通，所述第一出口阀门一端与所述高温固体氧化物电解电池单元和/或所述甲烷化单元的输入端连通，另一端与所述第二主管连通，多个所述支管插入一所述储能单元内，且所述支管一端与所述第一主管连通，另一端与所述第二主管连通，每一所述支管上设置有控制所述支管通断的支管阀门，所述控制单元与所述第一入口阀门、所述第一出口阀门以及所述支管阀门通信连接。

进一步地，多个所述储能单元的出口通过第二出口阀门与一所述换热器冷端换热入口连通，所述换热器的热端换热出口通过流量调节阀分别与多个所述储能单元的入口连通，每一所述储能单元的入口通过第二入口阀门与所述流量调节阀连通，所述第二出口阀门、所述第二入口阀门以及所述流量调节阀与所述控制单元通信连接。

本发明提供一种如前所述的电制气储能系统的控制方法，包括：

控制所述原料端经过所述储能单元与所述高温固体氧化物电解电池单元和/或所述甲烷化单元的输入端连通；

检测所有储能单元的温度；

当所述原料端所经过的储能单元的温度小于等于预设加热温度阈值，则控制所述原料端当前所经过的储能单元与所述换热器连通，控制所述原料端经过温度大于等于满热温度阈值的储能单元与所述高温固体氧化物电解电池单元和/或所述甲烷化单元的输入端连通。

进一步地，所述电制气储能系统的所述原料端包括第一原料端以及第二原料端，所述第一原料端与所述高温固体氧化物电解电池单元的输入端连通，所述第二原料端与所述甲烷化单元的输入端连通，所述换热器至少包括设置在所述高温固体氧化物电解电池单元的输出端与所述甲烷化单元的输入端之间的第一换热器以及设置在所述甲烷化单元的第二换热器；

所述第一原料端与所述高温固体氧化物电解电池单元的输入端之间设置有第一加热装置，所述第二原料端与所述甲烷化单元的输入端之间设置有第二加热装置；

所述控制方法，还包括：

检测从所述第一原料端进入所述高温固体氧化物电解电池单元的第一原料温度，根据所述第一原料温度，控制所述第一加热装置的加热功率、和/或控制所述第一原料端经过所述储能单元的换热面积；

检测从所述第二原料端进入所述甲烷化单元的第二原料温度，根据所述第二原料温度，控制所述第二加热装置的加热功率、和/或控制所述第二原料端经过所述储能单元的换热面积；

检测第一换热器的出口温度，根据所述第一换热器的出口温度，控制与所述第一换热器连通的储能单元流经所述第一换热器的储能介质的流量；

检测所述甲烷化单元的放热量，根据所述放热量，控制与所述第二换热器连通的储能单元流经所述第二换热器的储能介质的流量。

更进一步地：

所述所述根据所述第一原料温度，控制所述第一加热装置的加热功率、和/或控制所述第一原料端经过所述储能单元的换热面积，具体包括：

如果所述第一原料温度大于预设第一温度阈值，则首先降低所述第一加热装置的加热功率，直到所述第一原料温度等于预设第一温度阈值，如果所述第一加热装置的加热功率降低到0，而所述第一原料温度仍然大于预设第一温度阈值，则降低所述第一原料端经过所述储能单元的换热面积，直到所述第一原料温度等于预设第一温度阈值；

如果所述第一原料温度小于预设第一温度阈值，则首先增加所述第一原料端经过所述储能单元的换热面积，直到所述第一原料温度等于预设第一温度阈值，如果所述第一原料端经过所述储能单元的换热面积达到最大值，而所述第一原料温度仍然大于预设第一温度阈值，则增加所述第一加热装置的加热功率，直到所述第一原料温度等于预设第一温度阈值；

所述根据所述第二原料温度，控制所述第二加热装置的加热功率、和/或控制所述第二原料端经过所述储能单元的换热面积，具体包括：

如果所述第二原料温度大于预设第二温度阈值，则首先降低所述第二加热装置的加热功率，直到所述第二原料温度等于预设第二温度阈值，如果所述第二加热装置的加热功率降低到0，而所述第二原料温度仍然大于预设第二温度阈值，则降低所述第二原料端经过所述储能单元的换热面积，直到所述第二原料温度等于预设第二温度阈值；

如果所述第二原料温度小于预设第二温度阈值，则首先增加所述第二原料端经过所述储能单元的换热面积，直到所述第二原料温度等于预设第二温度阈值，如果所述第二原料端经过所述储能单元的换热面积达到最大值，而所述第二原料温度仍然大于预设第二温度阈值，则增加所述第二加热装置的加热功率，直到所述第二原料温度等于预设第二温度阈值；

所述根据所述第一换热器的出口温度，控制与所述第一换热器连通的储能单元流经所述第一换热器的储能介质的流量，具体包括：

如果所述出口温度大于预设第三温度阈值，则增加与所述第一换热器连通的储能单元流经所述第一换热器的储能介质的流量；

如果所述出口温度小于预设第三温度阈值，则降低与所述第一换热器连通的储能单元流经所述第一换热器的储能介质的流量；

所述根据所述放热量，控制与所述第二换热器连通的储能单元流经所述第二换热器的储能介质的流量，具体包括：

计算H33＝c×FB3×(TB4-TB3)计算放热量＝F2×δH×β，其中c为与所述第二换热器连通的储能单元进入所述第二换热器的储热介质的比热，FB3为与所述第二换热器连通的储能单元流经所述第二换热器的储能介质的流量，TB4为储能介质流出所述第二换热器的温度，TB3为储能介质进入所述第二换热器的温度，所述F2为第二原料端的原料进入所述甲烷化单元的流量，所述δH为甲烷化反应的单位放热量，所述β为甲烷化单元的换热效率；

如果H33大于所述放热量，则降低与所述第二换热器连通的储能单元流经所述第二换热器的储能介质的流量；

如果H33小于所述放热量，则增加与所述第二换热器连通的储能单元流经所述第二换热器的储能介质的流量。

本发明提供一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行如前所述的电制气储能系统的控制方法。

本发明提供一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如前所述的电制气储能系统的控制方法的所有步骤。

本发明通过控制单元控制所述原料端经过所述储能单元与所述高温固体氧化物电解电池单元和/或所述甲烷化单元的输入端连通，或者控制所述储能单元与所述换热器连通，从而使得储能单元在同一时刻，只工作于吸热或放热状态中的某一个状态。由于放热与储热分离，放热与储能单元的控制目标都只剩余一个。储能单元放热时控制原料气升温，储能单元储热时控制反应温度。换热系统与反应系统解耦，避免系统失控。本发明充分利用高温电解单元与甲烷化单元的温度梯度，通过多级热交换系统，逐级升温原料气，实现系统能耗的再利用，可以大幅提高电制气的系统效率。同时，本发明开发的计算逻辑控制物流、热流的流量，自动控制系统中的换热量，从而达到系统热平衡自动控制的目的，保证系统工作正常。

附图说明

图1为现有的电制气储能系统的示意图；

图2为现有的电制气储能系统的加热示意图；

图3为现有的电制气储能系统对第一原料加热的示意图；

图4为现有的电制气储能系统对第二原料加热的示意图；

图5为本发明一实施例一种电制气储能系统的系统原理图；

图6为本发明一实施例一种电制气储能系统多原料端共用同一储能单元的系统原理图；

图7为本发明一实施例一种电制气储能系统多原料端使用单独储能单元的系统原理图；

图8为本发明一实施例原料端与多个管路系统连通的系统原理图；

图9为本发明一实施例储能单元与换热器的控制示意图；

图10为本发明一种如前所述的电制气储能系统的控制方法的工作流程图；

图11为本发明最佳实施例一种电制气储能系统的系统原理图；

图12为本发明一种电子设备的硬件结构示意图。

标记说明

1’-高温固体氧化物电解电池单元；2’-甲烷化单元；3’-加热器；4’-冷凝器；5’-加热器；6’-散热装置；1-高温固体氧化物电解电池单元；2-甲烷化单元；3-原料端；31-第一原料端；32-第二原料端；4-合成输出端；5-储能单元；51-第二出口阀门；52-第二入口阀门；53-流量调节阀；6-换热器；61-第一换热器；62-第二换热器；63-第三换热器；7-第一加热装置；8-第二加热装置；9-管路系统；91-第一入口阀门；92-第一主管；93-支管；931-支管阀门；94-第二主管；95-第二出口阀门；10-换热系统；11-储热介质温度控制器；12-逻辑控制器；13-温度传感器；14-流量传感器。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

为解决换热系统与反应系统之间的耦合问题，本发明提出基于储能单元的换热方案。基于储能单元，搭建换热系统，将反应系统热损回收与热量重新利用以加热原料气拆分，解除常规换热系统在控制反应温度与升温原料气方面的耦合，在提升系统能效的同时，简化系统控制，提高系统的可控性。

如图5所示为本发明一实施例一种电制气储能系统的系统原理图，包括：高温固体氧化物电解电池单元1、甲烷化单元2、原料端3、合成输出端4、多个储能单元5以及控制单元，所述原料端3与所述高温固体氧化物电解电池单元1和/或所述甲烷化单元2的输入端连通，所述高温固体氧化物电解电池单元1的另一输入端与外部电源连通，所述高温固体氧化物电解电池单元1的输出端与所述甲烷化单元2的输入端连通，所述甲烷化单元2的输出端与所述合成输出端4连通，所述储能单元5内容置有储能介质，其中：

在所述高温固体氧化物电解电池单元1的输出端与所述甲烷化单元2的输入端之间、在所述甲烷化单元2、和/或在所述甲烷化单元2的输出端与所述合成输出端4之间设置有换热器6；

所述控制单元控制所述原料端3经过所述储能单元5与所述高温固体氧化物电解电池单元1和/或所述甲烷化单元2的输入端连通，或者控制所述储能单元5与所述换热器6连通。

具体来说，系统主要由高温固体氧化物电解电池单元1、甲烷化单元2、原料端3、合成输出端4、多个储能单元5以及控制单元构成。多个储能单元5组成换热系统。高温固体氧化物电解电池单元1将第一原料-‘水’升温后变成的水蒸气电解成H

其中，原料端3输入第一原料和/或第二原料。第一原料可以与第二原料分开，分为两路进入系统。

第一原料与第二原料也可以混合为水与二氧化碳的混合气，通过高温固体氧化物电解电池单元1，水电解成H

储能单元5内容置储能介质。作为其中一个实施例中，储能介质可以为水。储能单元5中的水从液态水转变为水蒸气时，储能单元5吸热，当储能单元5中的水从水蒸气转变为液态水时，储能单元5放热。

在控制单元的控制下，原料端3经过储能单元5与高温固体氧化物电解电池单元1和/或甲烷化单元2的输入端连通，此时储能单元5放热，对原料端3进入的第一原料和/或第二原料进行加热。或者控制单元控制储能单元5与换热器6连通。由于换热器6设置在高温固体氧化物电解电池单元1的输出端与甲烷化单元2的输入端之间、在甲烷化单元2、和/或在甲烷化单元2的输出端与合成输出端4之间。因此高温固体氧化物电解电池单元1和/或甲烷化单元2释放的热量将通过换热器6释放到储能单元5，此时储能单元5吸热，换热器6释放的热量将储存在储能单元5内。

鉴于储能单元5在同一时刻，只能工作于吸热或放热状态中的某一个状态。因此，本发明中，同一时刻，至少有两个储能单元5工作，一个运行于放热状态，预热原料端3进入的原料气，另一个运行于储热状态，从换热器6吸收反应系统放出的热量。当放热状态的储能单元5中存储的热量放完时，将原料端3切换到储完热的储能单元5，将热量放完的储能单元5切换到与换热器6连接。同理，当储能单元5储热储满时，则可以根据需要将放完热的单元切换到与换热器6连接，将原料端3切换到储热储满的储能单元5。其中，当储能单元5的温度大于等于预设满热温度阈值，则该储能单元5储满热，当储能单元5的温度小于等于预设加热温度阈值，则该储能单元5热量放完。

本发明通过控制单元控制所述原料端经过所述储能单元与所述高温固体氧化物电解电池单元和/或所述甲烷化单元的输入端连通，或者控制所述储能单元与所述换热器连通，从而使得储能单元在同一时刻，只工作于吸热或放热状态中的某一个状态。由于放热与储热分离，放热与储能单元的控制目标都只剩余一个。储能单元放热时控制原料气升温，储能单元储热时控制反应温度。换热系统与反应系统解耦，避免系统失控。同时，现有技术，基本都是采用PEM或碱性电解槽等低温电解水装置制氢，氢与CO2反应制甲烷。电解单元与甲烷化单元通常是独立设计，能耗较大，系统效率较低。而本发明充分利用高温电解单元与甲烷化单元的温度梯度，通过多级热交换系统，逐级升温原料气，实现系统能耗的再利用，可以大幅提高电制气的系统效率。

在其中一个实施例中，如图6和图7所示，所述原料端3包括第一原料端31以及第二原料端32，所述第一原料端31与所述高温固体氧化物电解电池单元1的输入端连通，所述第二原料端32与所述甲烷化单元2的输入端连通。

具体来说，如图6所示，第一原料端31以及第二原料端32可以经过同一个储能单元5分别与高温固体氧化物电解电池单元1和甲烷化单元2的输入端连通。然后其他的储能单元5则与换热器6连通，进行吸热，并根据需要进行切换。

如图7所示，第一原料端31以及第二原料端32可以经过不同的储能单元5分别与高温固体氧化物电解电池单元1和甲烷化单元2的输入端连通。然后其他的储能单元5则与换热器6连通，进行吸热，并根据需要进行切换。

本实施例采用一对一模式，一个储能单元与一个原料端加热，因此一个储能单元仅对应反应系统中的一个物理量。为保障系统灵活可控，设置换热系统单元数量大于反应系统放热、预热物理量，以便于随时切换。

在其中一个实施例中，如图6和图7所示，所述第一原料端31与所述高温固体氧化物电解电池单元1的输入端之间设置有第一加热装置7，所述第二原料端32与所述甲烷化单元2的输入端之间设置有第二加热装置8，所述第一加热装置7、所述第二加热装置8分别与所述控制单元通信连接，所述控制单元分别控制所述第一加热装置7、所述第二加热装置8的加热功率。

本实施例增加第一加热装置为第一原料端进入的原料加热，增加第二加热装置为第二原料端进入的原料加热，并通过控制单元控制第一加热装置、第二加热装置的加热功率，从而便于精确控制原料的热量。

在其中一个实施例中，如图8所示，所述原料端3通过多个管路系统9与所述高温固体氧化物电解电池单元1和/或所述甲烷化单元2的输入端连通；

每一所述管路系统9包括第一入口阀门91、第一主管92、多个支管93、第二主管94以及第一出口阀门95，所述第一入口阀门91一端与所述原料端3连通，另一端与所述第一主管92连通，所述第一出口阀门95一端与所述高温固体氧化物电解电池单元1和/或所述甲烷化单元2的输入端连通，另一端与所述第二主管94连通，多个所述支管93插入一所述储能单元5内，且所述支管93一端与所述第一主管92连通，另一端与所述第二主管94连通，每一所述支管93上设置有控制所述支管93通断的支管阀门931，所述控制单元与所述第一入口阀门91、所述第一出口阀门95以及所述支管阀门931通信连接。

具体来说，原料端3通过多个管路系统9与所述高温固体氧化物电解电池单元1和/或所述甲烷化单元2的输入端连通。如图8所示，其中储能单元5包括第一储能单元51和第二储能单元52。原料端3通过两个管路系统9经过第一加热装置7与高温固体氧化物电解电池单元1连通，或者原料端3通过两个管路系统9经过第二加热装置8与甲烷化单元2的输入端连通。每一管路系统9包括第一入口阀门91、第一主管92、多个支管93、第二主管94以及第一出口阀门95，第一入口阀门91一端与原料端3连通，另一端与第一主管92连通，第一出口阀门95一端与高温固体氧化物电解电池单元1和/或甲烷化单元2的输入端连通，另一端与第二主管94连通，多个支管93插入第一储能单元51或第二储能单元52内，且支管93一端与第一主管92连通，另一端与第二主管94连通，每一支管93上设置有控制支管93通断的支管阀门931，控制单元与第一入口阀门91、第一出口阀门95以及支管阀门931通信连接。

如图8所示，当使用左侧的第一储能单元51对原料端3的原料进行换热时，通往第一储能单元51的第一入口阀门91以及第一出口阀门95都打开，通往右侧的第二储能单元52的第一入口阀门91以及第一出口阀门95都关闭。左侧管路系统9的第一主管92和第二主管94之间有若干支管93进入第一储能单元51进行换热，每个支管93都有支管阀门931，通过控制支管阀门的开启或关闭，控制原料端3进入储能单元5的换热面积。支管93进入第一储能单元51或第二储能单元52的换热为示意图，不表示只有直排这一种方式。支管93进入储能单元5的管路方式不限，例如可以采用盘管等方式以提高换热效率。第一入口阀门91和第一出口阀门95为可控阀，控制单元控制阀门的方式可以采用现有的阀门控制方式实现。

切换时，原料端3通往第一储能单元51的第一入口阀门91以及第一出口阀门95都关闭，通往第二储能单元52的第一入口阀门91以及第一出口阀门95都打开。所述各主管均装有温度计，通过内置逻辑计算模块进行计算并控制阀门开关。

本实施例通过设置多个具有支管阀门的支管进入储能单元，从而使得换热面积可控，实现对换热效率的精准控制。

在其中一个实施例中，多个所述储能单元5的出口通过第二出口阀门51与一所述换热器6冷端换热入口连通，所述换热器6的热端换热出口通过流量调节阀53分别与多个所述储能单元5的入口连通，每一所述储能单元5的入口通过第二入口阀门52与所述流量调节阀53连通，所述第二出口阀门51、所述第二入口阀门52以及所述流量调节阀53与所述控制单元通信连接。

如图9所示，储能单元5包括第三储能单元53和第四储能单元54。这里的第三储能单元53和第四储能单元54与前述第一储能单元51和第二储能单元52只是为了便于叙述方便，实际上，第一储能单元51与第三储能单元53或者第四储能单元54可以为同一储能单元，第二储能单元52与第三储能单元53或者第四储能单元54可以为同一储能单元。

控制单元包括储热介质温度控制器11和逻辑控制器12。储热介质温度控制器11和逻辑控制器12可以问独立的控制器，也可以集成到同一控制器中。

第三储能单元53进行储热时，第三储能单元53的第二出口阀门51以及第二入口阀门52受到储热介质温度控制器11的控制完全打开，左侧储能单元52的储热介质的温度、流量以及通过换热器6降温的物流的温度通过温度传感器13和流量传感器14检测，检测后的温度信号和流量信号全部进入逻辑控制器12中，经过计算调节储热介质的流量调节阀53开度，从而控制换热量。温度传感器13可以为温度热电偶，流量传感器14可以为流量计。

当第三储能单元53储热完成切换成第四储能单元54时，关闭第三储能单元53的第二出口阀门51以及第二入口阀门52，打开第四储能单元54的第二出口阀门51以及第二入口阀门52。第二出口阀门51以及第二入口阀门52为可控阀，控制单元控制阀门的方式可以采用现有的阀门控制方式实现。

如图10所示为本发明一种如前所述的电制气储能系统的控制方法的工作流程图，包括：

步骤S1001，控制所述原料端3经过所述储能单元5与所述高温固体氧化物电解电池单元1和/或所述甲烷化单元2的输入端连通；

步骤S1002，检测所有储能单元5的温度；

步骤S1003，当所述原料端3所经过的储能单元5的温度小于等于预设加热温度阈值，则控制所述原料端3当前所经过的储能单元5与所述换热器6连通，控制所述原料端3经过温度大于等于满热温度阈值的储能单元5与所述高温固体氧化物电解电池单元1和/或所述甲烷化单元2的输入端连通。

具体来说，本实施例可以应用在电制气储能系统的控制单元中。

其中执行步骤S1001，控制原料端3经过储能单元5与高温固体氧化物电解电池单元1和/或甲烷化单元2的输入端连通，具体可以控制原料端3与经过储能单元5的管路系统9连通，由储能单元5对原料端3的原料进行加热。

同时，执行步骤S1002，检测储能单元5的温度。然后，当原料端3所经过的储能单元5的温度小于等于预设加热温度阈值，则触发步骤S1003，控制所述原料端3当前所经过的储能单元5与所述换热器6连通，控制所述原料端3经过温度大于等于满热温度阈值的储能单元5与所述高温固体氧化物电解电池单元1和/或所述甲烷化单元2的输入端连通，实现储能单元5的切换。其中，满热温度阈值大于加热温度阈值，具体的满热温度阈值和加热温度阈值根据储能单元5所容置的储能介质及实际需要，可以通过实验方式确定。

本发明通过控制单元控制所述原料端经过所述储能单元与所述高温固体氧化物电解电池单元和/或所述甲烷化单元的输入端连通，或者控制所述储能单元与所述换热器连通，从而使得储能单元在同一时刻，只工作于吸热或放热状态中的某一个状态。由于放热与储热分离，放热与储能单元的控制目标都只剩余一个。储能单元放热时控制原料气升温，储能单元储热时控制反应温度。换热系统与反应系统解耦，避免系统失控。本发明充分利用高温电解单元与甲烷化单元的温度梯度，通过多级热交换系统，逐级升温原料气，实现系统能耗的再利用，可以大幅提高电制气的系统效率。

在其中一个实施例中，所述电制气储能系统的所述原料端3包括第一原料端31以及第二原料端32，所述第一原料端31与所述高温固体氧化物电解电池单元1的输入端连通，所述第二原料端32与所述甲烷化单元2的输入端连通，所述换热器6至少包括设置在所述高温固体氧化物电解电池单元1的输出端与所述甲烷化单元2的输入端之间的第一换热器61以及设置在所述甲烷化单元2的第二换热器62；

所述第一原料端31与所述高温固体氧化物电解电池单元1的输入端之间设置有第一加热装置7，所述第二原料端32与所述甲烷化单元2的输入端之间设置有第二加热装置8；

所述控制方法，还包括：

检测从所述第一原料端31进入所述高温固体氧化物电解电池单元1的第一原料温度，根据所述第一原料温度，控制所述第一加热装置7的加热功率、和/或控制所述第一原料端31经过所述储能单元5的换热面积；

检测从所述第二原料端32进入所述甲烷化单元2的第二原料温度，根据所述第二原料温度，控制所述第二加热装置8的加热功率、和/或控制所述第二原料端32经过所述储能单元5的换热面积；

检测第一换热器61的出口温度，根据所述第一换热器61的出口温度，控制与所述第一换热器61连通的储能单元5流经所述第一换热器61的储能介质的流量；

检测所述甲烷化单元2的放热量，根据所述放热量，控制与所述第二换热器62连通的储能单元5流经所述第二换热器62的储能介质的流量。

具体来说，为保证电制气储能系统正常工作，基本要求是严格控制SOEC及甲烷化的温度，因此需要对整个热回收与热利用系统进行热平衡核算，并根据热平衡核算制定系统的自动控制方案。

通过温度传感器，例如热电偶测量主要反应模块和储能单元的温度，依据计算逻辑控制物流、热流的流量，自动控制系统中换热量，从而达到系统热平衡自动控制的目的，保证系统工作正常。

在其中一个实施例中：

所述所述根据所述第一原料温度，控制所述第一加热装置7的加热功率、和/或控制所述第一原料端31经过所述储能单元5的换热面积，具体包括：

如果所述第一原料温度大于预设第一温度阈值，则首先降低所述第一加热装置7的加热功率，直到所述第一原料温度等于预设第一温度阈值，如果所述第一加热装置7的加热功率降低到0，而所述第一原料温度仍然大于预设第一温度阈值，则降低所述第一原料端31经过所述储能单元5的换热面积，直到所述第一原料温度等于预设第一温度阈值；

如果所述第一原料温度小于预设第一温度阈值，则首先增加所述第一原料端31经过所述储能单元5的换热面积，直到所述第一原料温度等于预设第一温度阈值，如果所述第一原料端31经过所述储能单元5的换热面积达到最大值，而所述第一原料温度仍然大于预设第一温度阈值，则增加所述第一加热装置7的加热功率，直到所述第一原料温度等于预设第一温度阈值；

所述根据所述第二原料温度，控制所述第二加热装置8的加热功率、和/或控制所述第二原料端32经过所述储能单元5的换热面积，具体包括：

如果所述第二原料温度大于预设第二温度阈值，则首先降低所述第二加热装置8的加热功率，直到所述第二原料温度等于预设第二温度阈值，如果所述第二加热装置8的加热功率降低到0，而所述第二原料温度仍然大于预设第二温度阈值，则降低所述第二原料端32经过所述储能单元5的换热面积，直到所述第二原料温度等于预设第二温度阈值；

如果所述第二原料温度小于预设第二温度阈值，则首先增加所述第二原料端32经过所述储能单元5的换热面积，直到所述第二原料温度等于预设第二温度阈值，如果所述第二原料端32经过所述储能单元5的换热面积达到最大值，而所述第二原料温度仍然大于预设第二温度阈值，则增加所述第二加热装置8的加热功率，直到所述第二原料温度等于预设第二温度阈值；

所述根据所述第一换热器61的出口温度，控制与所述第一换热器61连通的储能单元5流经所述第一换热器61的储能介质的流量，具体包括：

如果所述出口温度大于预设第三温度阈值，则增加与所述第一换热器61连通的储能单元5流经所述第一换热器61的储能介质的流量；

如果所述出口温度小于预设第三温度阈值，则降低与所述第一换热器61连通的储能单元5流经所述第一换热器61的储能介质的流量；

所述根据所述放热量，控制与所述第二换热器62连通的储能单元5流经所述第二换热器62的储能介质的流量，具体包括：

计算H33＝c×FB3×(TB4-TB3，计算放热量＝F2×δH×β，其中c为与所述第二换热器62连通的储能单元5进入所述第二换热器62的储热介质的比热，FB3为与所述第二换热器62连通的储能单元5流经所述第二换热器62的储能介质的流量，TB4为储能介质流出所述第二换热器62的温度，TB3为储能介质进入所述第二换热器62的温度，所述F2为第二原料端32的原料进入所述甲烷化单元2的流量，所述δH为甲烷化反应的单位放热量，所述β为甲烷化单元2的换热效率；

如果H33大于所述放热量，则降低与所述第二换热器62连通的储能单元5流经所述第二换热器62的储能介质的流量；

如果H33小于所述放热量，则增加与所述第二换热器62连通的储能单元5流经所述第二换热器62的储能介质的流量。

如图11所示为本发明最佳实施例一种电制气储能系统的系统原理图，包括：高温固体氧化物电解电池单元1、甲烷化单元2、原料端3、合成输出端4、多个储能单元5以及控制单元，所述原料端3与所述高温固体氧化物电解电池单元1和/或所述甲烷化单元2的输入端连通，所述高温固体氧化物电解电池单元1的另一输入端与外部电源连通，所述高温固体氧化物电解电池单元1的输出端与所述甲烷化单元2的输入端连通，所述甲烷化单元2的输出端与所述合成输出端4连通，所述储能单元5内容置有储能介质，其中：

换热器6包括设置在所述高温固体氧化物电解电池单元1的输出端与所述甲烷化单元2的输入端之间的第一换热器61、设置在所述甲烷化单元2的第二换热器62、设置在所述甲烷化单元2的输出端与所述合成输出端4之间的第三换热器63；

所述控制单元控制所述原料端3经过所述储能单元5与所述高温固体氧化物电解电池单元1和/或所述甲烷化单元2的输入端连通，或者控制所述储能单元5与所述换热器6连通；

所述原料端3包括第一原料端31以及第二原料端32，所述第一原料端31与所述高温固体氧化物电解电池单元1的输入端连通，所述第二原料端32与所述甲烷化单元2的输入端连通；

所述第一原料端31与所述高温固体氧化物电解电池单元1的输入端之间设置有第一加热装置7，所述第二原料端32与所述甲烷化单元2的输入端之间设置有第二加热装置8，所述第一加热装置7、所述第二加热装置8分别与所述控制单元通信连接，所述控制单元分别控制所述第一加热装置7、所述第二加热装置8的加热功率。

具体来说：

1)第一原料端31输出第一原料，在高温固体氧化物电解电池单元1后设置第一换热器61，第一换热器61的热流端入口与高温固体氧化物电解电池单元1出口连通，高温固体氧化物电解电池单元1的出口物流为热端H

2)第二原料端32输出第二原料，在甲烷化单元2的反应器上设置第二换热器62，例如在甲烷化单元2的反应器内壁设置第二换热器62的盘管或排管。第二换热器62的换热量为甲烷化反应的放热量，放热效率为β，第二换热器62的冷端换热入口物流为冷端介质，设置温度热电偶TB3和流量控制器FB3，第二换热器62的热端换热出口物流为热端介质，设置温度热电偶TB4。其中，冷端介质可以为液态水，热端介质可以为水蒸气。

3)在甲烷化单元2后设置第三换热器63，该端热量尽可能回收，不设自动控制方案。

4)在第一原料端31的第一原料通入高温固体氧化物电解电池单元1反应器之前，设置第一加热装置7。

5)在在第一原料端31的第二原料进入甲烷化单元2之前，设置第二加热装置8。

6)设计换热系统，该换热系统由多个独立的储能单元5构成。

7)系统初始启动、换热系统中没有热量存储时，原料气主要由第一加热装置7和第二加热装置8加热。此时，将反应系统中的放热环节，分别接入换热系统中不同的储能单元5，保持冷端H

8)换热时，第一原料的流量为F1，入口温度为T11，出口温度为T12，进入高温固体氧化物电解电池单元1前的温度应该达到高温固体氧化物电解电池单元1设定值TM1，优选为750℃。对应的储能单元5换热可以通过换热面积调控，换热面积为S1，单位面积换热量为H1。换热面积S1可以通过如图8所示的结构，通过控制进入储能单元5的支管93的支管阀门931的开关进行控制。当更多的支管阀门931打开，则换热面积S1增加，当更多的支管阀门931关闭，则换热面积S1降低。

9)换热时，第二原料的流量为F2，入口温度为T21，出口温度为T22，进入甲烷化单元2前的温度应该达到甲烷化设定值，为T33；对应的储能单元5换热可以通过换热面积调控，换热面积为S2，单位面积换热量为H1(储热单元的基本参数一致)。换热面积S2可以通过如图8所示的结构，通过控制进入储能单元5的支管93的支管阀门931的开关进行控制。当更多的支管阀门931打开，则换热面积S2增加，当更多的支管阀门931关闭，则换热面积S2降低。

10)系统进入正常运行状态后，原料气通过储能单元5进行预热，当预热温度达不到需求时，第一加热装置7和第二加热装置8对原料气温度进行补充，原料换热的自动控制逻辑如式1和式2所示。储能单元5储热时，则按照换热自动控制逻辑式3和式4所示控制，当该储能单元5储满时，切出系统备用，新的储热不满的储能单元5继续储热。某一储能单元5放完热量，该储能单元5对应的反应系统加热环节，切换到其他已储满热量的储能单元5，该储能单元5切出系统备用，准备进行储热。

自动控制逻辑如下，其中第一原料为水H

H

第一原料端31所经过的储能单元5以及第一加热装置7的加热的自动控制逻辑如下：

其中，TM1为第一原料经过储能单元5和第一加热装置7加热后的出口温度，℃；T11为第一原料进入经过储能单元5的管道系统9之前的温度，℃；cH

当TM1＝T1，例如750℃时，第一原料端31所经过的储能单元5以及第一加热装置7组成的加热系统保持平衡。

当TM1大于T1时，首先降低W1，至系统平衡；当W1减至0时，开始降低S1，直至系统平衡。其中，换热面积S1可以通过如图8所示的结构，通过关闭支管阀门931，降低换热面积S1。换热面积S1可以为单个支管93在储能单元5内的面积乘以支管阀门931的开启数量。

当TM1小于T1时，首先增加S1，至系统平衡；当S1增至最大值时，开始增加W1，直至系统平衡。其中，换热面积S1可以通过如图8所示的结构，通过打开支管阀门931，增加换热面积S1，当所有的支管阀门931均打开，则换热面积S1达到最大值。

当第一原料端31所经过的储能单元5放热完成时，切换成一个储热完成的储能单元5继续为第一原料端31输出的第一原料加热。

第二原料端32所经过的储能单元5以及第二加热装置8的加热的自动控制逻辑如下：

其中，TM2为第二原料经过储能单元5和第二加热装置8加热后的出口温度，℃；T2为第二原料进入经过储能单元5的管道系统9之前的温度，℃；cCO

当TM2＝T2时，第二原料端32所经过的储能单元5以及第二加热装置8组成的加热系统保持平衡，其中T2为甲烷化的设定温度，在300-500℃之间，优选为400℃。

当TM2大于T2时，首先降低W2，至系统平衡；当W2减至0时，开始降低S2，直至系统平衡。其中，换热面积S2可以通过如图8所示的结构，通过关闭支管阀门931，降低换热面积S2。换热面积S2可以为单个支管93在储能单元5内的面积乘以支管阀门931的开启数量。

当TM2小于T2时，首先增加S2，至系统平衡；当S2增至最大值时，开始增加W2，直至系统平衡。其中，换热面积S2可以通过如图8所示的结构，通过打开支管阀门931，增加换热面积S1，当所有的支管阀门931均打开，则换热面积S1达到最大值。

当第二原料端32所经过的储能单元5放热完成时，切换成一个储热完成的储能单元5继续为第二原料端32输出的第二原料加热。

第一换热器61的换热逻辑是：

其中，TA2为高温固体氧化物电解电池单元1产生的H

当TA2＝T4时，换热系统保持平衡,T4优选为400℃；

当TA2大于T4时，增加FA3至系统平衡，即TA2＝T4；

当TM2小于T4时，减小FA3至系统平衡，即TA2＝T4。

其中，多个所述储能单元5的出口通过第二出口阀门51与一所述换热器6冷端换热入口连通，所述换热器6的热端换热出口通过流量调节阀53分别与多个所述储能单元5的入口连通，每一所述储能单元5的入口通过第二入口阀门52与所述流量调节阀53连通，所述第二出口阀门51、所述第二入口阀门52以及所述流量调节阀53与所述控制单元通信连接。FA3可以通过调整流量调节阀53的开度控制。

作为一个例子，可以通过调整如图9所示的流量调节阀53的开度控制FA3。

第二换热器62的换热逻辑是：

H33＝F2×δH×β＝c×FB3×(TB4-TB3)式4

其中，甲烷化反应的单位放热量为δH，kJ/kmol；甲烷化单元2反应器的实际换热量为H33，kJ/h；F2为第二原料进入储能单元5前的流量，kmol/h；β是换热效率，％；c是进入第二换热器62的储热介质的比热，kJ/(kmol·℃)；FB3是储热介质的流量，kmol/h；TB3是储热介质入第二换热器62的温度，℃；TB4是储热介质出第二换热器62的温度，℃。

其中，H33根据H33＝c×FB3×(TB4-TB3)计算得到。

当H33＝F2×δH×β时，换热系统保持平衡；

当H33大于F2×δH×β时，即实际换热量大于反应所放出的热量，就需要减少FB3，使得储热介质带走的热量降低，实际换热量降低，使系统的吸热与放热保持平衡，甲烷化反应器中的温度保持不变；

当H33小于F2×δH×β时，即实际换热量小于反应所放出的热量，就需要增加FB3，使得储热介质带走的热量升高，实际换热量升高，使系统的吸热与放热保持平衡，甲烷化反应器中的温度保持不变；

其中，多个所述储能单元5的出口通过第二出口阀门51与一所述换热器6冷端换热入口连通，所述换热器6的热端换热出口通过流量调节阀53分别与多个所述储能单元5的入口连通，每一所述储能单元5的入口通过第二入口阀门52与所述流量调节阀53连通，所述第二出口阀门51、所述第二入口阀门52以及所述流量调节阀53与所述控制单元通信连接。FB3可以通过调整流量调节阀53的开度控制。

其中，如图9所示的换热器6优选为第一换热器61，可以将第一换热器61替换为第二换热器62。具体的阀门设置一致。相应的温度传感器和流量传感器的设置，根据公式4的要求设置。

本发明实施例的计算逻辑控制物流、热流的流量，自动控制系统中换热量，从而达到系统热平衡自动控制的目的，保证系统工作正常。

如图12所示为本发明一种电子设备的硬件结构示意图，包括：

至少一个处理器1201；以及，

与至少一个所述处理器1201通信连接的存储器1202；其中，

所述存储器1202存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行如前所述的电制气储能系统的控制方法。

图12中以一个处理器1201为例。

电子设备还可以包括：输入装置1203和显示装置1204。

处理器1201、存储器1202、输入装置1203及显示装置1204可以通过总线或者其他方式连通，图中以通过总线连通为例。

存储器1202作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的电制气储能系统的控制方法对应的程序指令/模块，例如，图10所示的方法流程。处理器1201通过运行存储在存储器1202中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的电制气储能系统的控制方法。

存储器1202可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电制气储能系统的控制方法的使用所创建的数据等。此外，存储器1202可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器1202可选包括相对于处理器1201远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连通至执行电制气储能系统的控制方法的装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置1203可接收输入的用户点击，以及产生与电制气储能系统的控制方法的用户设置以及功能控制有关的信号输入。显示装置1204可包括显示屏等显示设备。

在所述一个或者多个模块存储在所述存储器1202中，当被所述一个或者多个处理器1201运行时，执行上述任意方法实施例中的电制气储能系统的控制方法。

本发明通过控制单元控制所述原料端经过所述储能单元与所述高温固体氧化物电解电池单元和/或所述甲烷化单元的输入端连通，或者控制所述储能单元与所述换热器连通，从而使得储能单元在同一时刻，只工作于吸热或放热状态中的某一个状态。由于放热与储热分离，放热与储能单元的控制目标都只剩余一个。储能单元放热时控制原料气升温，储能单元储热时控制反应温度。换热系统与反应系统解耦，避免系统失控。本发明充分利用高温电解单元与甲烷化单元的温度梯度，通过多级热交换系统，逐级升温原料气，实现系统能耗的再利用，可以大幅提高电制气的系统效率。

本发明一实施例提供一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如前所述的电制气储能系统的控制方法的所有步骤。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。