專利名稱：一種現(xiàn)場制氫一體化燃料電池備用電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及備用電源，尤其涉及一種現(xiàn)場制氫一體化燃料電池備用電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池作為備用電源可以用在銀行，醫(yī)院，機場，商業(yè)樓宇等，替代目前大量應(yīng)用的鉛酸電池和柴油發(fā)電機，具有環(huán)保無污染，無噪音，輕便，便于維護等許多優(yōu)點。備用電源作為隨著人們生活品質(zhì)的不斷提高，社會工業(yè)化生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代社會和經(jīng)濟對電力的依賴已達到不可或缺的程度，電力已成為社會和經(jīng)濟運行的總開關(guān)， 沒有了電，一切便迅速陷入全面癱瘓。在通信基站上，一旦電網(wǎng)停電，備用電源為保障通信正常起著不間斷供電重要作用。目前，好多重要的場合，如通信上，備用電源主要采用鉛蓄電池和柴油發(fā)電機組相組合的方式進行，這種備用電源的現(xiàn)狀同當(dāng)前備用電源的需求之間的矛盾越來越大，主要表現(xiàn)在a.鉛蓄電池容量有限，備用時間一般不超過為10小時，根本滿足不了重大應(yīng)急險情需求。b.而且鉛蓄電池存在重量大，壽命短(一般3-5年左右)，污染大，品質(zhì)不均一，壽命難保證等缺點.c.為了延長發(fā)電備用時間，要配備大量的柴油發(fā)電油機車，一般是10-20 個左右的基站配備一個發(fā)電油機車。大部分時間，油機車封存不用，經(jīng)常不用對油機車不好，需要經(jīng)常維護，日常維護比較頻繁，工作量大。在遇到大面積停電或重大險情時，油機車根本不夠用。燃料電池作為一種節(jié)能環(huán)保的發(fā)電設(shè)備，體積小，重量輕，無噪音，價格便宜，維護低，可連續(xù)工作等特點非常適合用在備用電源領(lǐng)域。同鉛酸電池和柴油發(fā)電機相比，具有零污染，環(huán)保，綜合成本更低廉等特點。燃料電池作為備用電源可以提供超長時間的備用電力，而增加成本低廉，這是燃料電池非常具有成本競爭力的優(yōu)勢所在。燃料電池運行時需要氫氣，燃料電池要長時間的連續(xù)運行必須在運行現(xiàn)場有儲備的大量氫氣。獲得備用氫氣的方式有很多種，譬如配送的方式，將氫氣從制氫工廠配送到現(xiàn)場然后安裝的方式。因為制氫工廠數(shù)量相對較少，尤其是比較分散的使用氫氣的，在交通不是很便利的場合，這種方式變得很不經(jīng)濟，其商業(yè)操作難度比較大，很難找到合適的供應(yīng)商。所以，該方案直接影響了氫備用電池的商業(yè)化進程。此外，氫氣可以現(xiàn)場制備，儲存的方式?，F(xiàn)場制氫的方式比較多。譬如甲醇重整制氫，甲烷重整制氫。這種方式要得到比較純度高的氫氣系統(tǒng)復(fù)雜，而且產(chǎn)生氫氣的啟動時間比較長，系統(tǒng)復(fù)雜，對于像備用電源這種要快速供電響應(yīng)的系統(tǒng)并不太適用。此外還有一種現(xiàn)場制氫的方式是電解水的方式，該方式需要耗費一定的電力。備用電池(鉛酸電池)一般是作為輔助電力并聯(lián)在供電系統(tǒng)中的， 通常情況下，系統(tǒng)中存在市電的，所以備用電池不對負載提供電力。當(dāng)市電斷電時，并聯(lián)在系統(tǒng)中的備用電池開始工作為用電設(shè)備提供電力。市電來時，市電通過AC/DC后，一方面提供備用電池(鉛酸電池)充電電力，一方面給負載提供電力。燃料電池的氫氣來源如果采用現(xiàn)場電解制氫，這樣將會消耗一定的電量。如果電解池配備不合理將會消耗過大的電力，因此我們還需對原有系統(tǒng)進一步配備AC/DC或總體動力配電功耗。這對于原有的整個系統(tǒng)的配電方案會改變比較大，投入更大，在有些電力供電能力已經(jīng)有限制的場合該方案將難通過。系統(tǒng)功耗對于燃料電池供電系統(tǒng)可以大部分 (甚至全部)替代鉛酸電池，原有系統(tǒng)安裝燃料電池供電系統(tǒng)后會降低原系統(tǒng)中的AC/DC開關(guān)電源功率。如果我們合理配置電解池，將電解池配備的不大于或接近原有整個系統(tǒng)中給鉛酸電池充電的功率，整個系統(tǒng)配電將不再增加功耗，不用增加原有配電配置，不用增加原有電網(wǎng)負擔(dān)，實現(xiàn)一種無縫式同原有場景的對接。雖然氫在制備發(fā)電的整個過程中能量轉(zhuǎn)化效率比鉛酸電池低，但是燃料電池作為一個備用電力系統(tǒng)，備用電力的運行時間比較短， 因此氫的消耗比較少，大部分狀態(tài)下，氫燃料電池不同于鉛酸電池，不需要浮充電流，不需要待機能耗，總體來講，在整個氫生產(chǎn)-儲存-發(fā)電過程中，同長期需要浮充鉛酸電池相比， 一般情況下能耗并沒有增加，也就是不會提高整個系統(tǒng)的能耗。但燃料電池作為一種可以長時間提供備用電力的發(fā)電系統(tǒng)，其備用能力是非常強的。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的，就是為了提供一種成本低、具有產(chǎn)業(yè)化前景的現(xiàn)場制氫一體化燃料電池備用電源系統(tǒng)。為了達到上述目的，本實用新型采用了以下技術(shù)方案一種現(xiàn)場制氫一體化燃料電池備用電源系統(tǒng)，其特征在于，包括電解池、氫氣壓縮機、儲氫瓶、燃料電池和鉛酸電池， 所述的電解池連接與其產(chǎn)氫速度相匹配的氫氣壓縮機，該氫氣壓縮機依次連接儲氫瓶和燃料電池，燃料電池與鉛酸電池并聯(lián)后連接負載和電解池。所述的電解池的供電裝置包括太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電裝置、水力發(fā)電裝置或市電。所述的供電裝置直接連接負載和鉛酸電池。所述的氫氣壓縮機為隔膜泵壓縮機或柱塞泵壓縮機。電解制氫是一種小功率的電解制氫設(shè)備，制氫速度相對較慢，氫氣壓縮時同產(chǎn)氫速度相匹配的氫氣壓縮機，將電解生成的低壓氫氣壓縮到高壓，儲存到氫氣瓶中，以做燃料電池工作時的備用燃料。所述的電解制氫部分，電解池電力來源可以是太陽能電池，風(fēng)力發(fā)電，小型水利發(fā)電等一次能源(離網(wǎng)應(yīng)用場合)或直接來自市電的能源。小功率是相對于整個備用電源提供的功率來說，電解池消耗功率比較低，其電解消耗功率為燃料電池發(fā)電系統(tǒng)提供功率 1/1-200，一般為 1/2-30。氫氣壓縮設(shè)備是一種小功率氫氣壓縮機，其氫氣壓縮最高速率同電解制氫速度接近，壓縮方式可以是隔膜泵，柱塞泵壓縮設(shè)備，功率一般為電解設(shè)備功率1/3-30。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的1/3-300，通過氫氣壓縮設(shè)備壓縮后的氫氣壓力一般在2-100MI^之間。這樣，整個系統(tǒng)就成了一種低功率長時間電解制氫儲存和高功率相對比較短時間的發(fā)電提供備用電力的一個系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型本實用新型中采用小型的電解制氫和壓縮氫設(shè)備，成本低廉，對整個系統(tǒng)的成本增加比較少，因此整體燃料電池備用電源系統(tǒng)同傳統(tǒng)的鉛酸電池+柴油發(fā)電機相比具有競爭優(yōu)勢。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例1如圖1所示，一種現(xiàn)場制氫一體化燃料電池備用電源系統(tǒng)，包括電解池1、氫氣壓縮機2、儲氫瓶3、燃料電池4和鉛酸電池5，所述的電解池1連接與其產(chǎn)氫速度相匹配的氫氣壓縮機2，該氫氣壓縮機2依次連接儲氫瓶3和燃料電池4，燃料電池4與鉛酸電池5并聯(lián)后連接負載6和電解池1。其中，燃料電池4可以給出2KW的電力。通常狀況下，作為備用電源系統(tǒng)，燃料電池不工作，處在待機狀態(tài)，因為通常狀況下有220V交流市電，此時負載6用的電力來自于市電，通常的備用電源系統(tǒng)中不包括該實施例中的電解池1、氫氣壓縮機2、儲氫瓶3、燃料電池4部分。交流市電通過AC/DC后一方面提供給負載，一方面提供給鉛酸電池，AC/DC承擔(dān)了負載和鉛酸儲能電池的所需電力。此時如果市電停電，鉛酸電池W48V，500AH)作為儲能電池提供負載所需的電池，如果在需要長時間備電的場合，鉛酸電池需要容量比較大，因而體積，重量比較大。本實用新型中增加了電解池1、氫氣壓縮機2、儲氫瓶3、燃料電池4，同時鉛酸電池 5的容量可以大幅度減少(可以采用40AH鉛酸電池)。在本實用新型中，通常狀況下，負載 6所需的2KW電力來自市電，市電斷電時，鉛酸電池5 (此時為40AH)提供負載所需電力，因為鉛酸電池容量比較小，提供電力的時間比較短，此時處于待機狀態(tài)的燃料電池開始工作， 儲氫瓶3中的氫氣進入燃料電池，燃料電池的工作時間同儲氫瓶3的容量有關(guān)，只要儲氫瓶中的氫量足夠，燃料電池就可以不斷的輸出電力。當(dāng)市電來時，燃料電池停止工作。因為在上述過程中燃料電池工作需要氫氣，為了整個系統(tǒng)處于可備用狀態(tài)，儲氫瓶中的氫氣應(yīng)該保持一定的量，氫氣儲量不足時應(yīng)及時補充氫氣。實施例中的電解池1，氫氣壓縮機2，儲氫瓶3就起到這樣的功能。市電來時，因為剛工作過的儲氫瓶中氫氣量減少， 電解電池開始工作，產(chǎn)生的中低壓氫氣(0. 2-3Mpa)被壓縮至高的壓力(3-80Mpa)儲存在氫氣瓶中備用。本實施例中的電解池功率為800W，氫氣的流量為1.5L/min(標(biāo)態(tài))，氫壓縮機為100W，整個電解壓縮設(shè)備耗能比較低，所以在整個過程中，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型系統(tǒng)AC/DC輸出電功率一般沒有增加，而是減少。通過本方案的實施，可以在不改變原有的配電系統(tǒng)的情況下將原有的儲能鉛酸電池進行大部分的替換，使用氫儲能發(fā)電可以提高備用電力的時間，提高備用能力，解決了氫氣可獲得性的這一難題，便于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。在本實用新型中，我們可以將鉛酸電池進行替換為鋰電池等儲能電池，在市電不方便的場合，可以采用風(fēng)力發(fā)電，太陽能發(fā)電等方式，提供常規(guī)電力，將不穩(wěn)定的多余的太陽能，或風(fēng)能進行進一步電解水，生產(chǎn)氫氣進行儲備。
權(quán)利要求1.一種現(xiàn)場制氫一體化燃料電池備用電源系統(tǒng)，其特征在于，包括電解池、氫氣壓縮機、儲氫瓶、燃料電池和鉛酸電池，所述的電解池連接與其產(chǎn)氫速度相匹配的氫氣壓縮機， 該氫氣壓縮機依次連接儲氫瓶和燃料電池，燃料電池與鉛酸電池并聯(lián)后連接負載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場制氫一體化燃料電池備用電源系統(tǒng)，其特征在于，所述的電解池的供電裝置包括太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電裝置、水力發(fā)電裝置或市電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的現(xiàn)場制氫一體化燃料電池備用電源系統(tǒng)，其特征在于，所述的供電裝置直接連接負載和鉛酸電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場制氫一體化燃料電池備用電源系統(tǒng)，其特征在于，所述的氫氣壓縮機為隔膜泵壓縮機或柱塞泵壓縮機。
專利摘要本實用新型提供了一種現(xiàn)場制氫一體化燃料電池備用電源系統(tǒng)，包括電解池、氫氣壓縮機、儲氫瓶、燃料電池和鉛酸電池，所述的電解池連接與其產(chǎn)氫速度相匹配的氫氣壓縮機，該氫氣壓縮機依次連接儲氫瓶和燃料電池，燃料電池與鉛酸電池并聯(lián)后連接負載。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有實用、工藝簡單、穩(wěn)定性高等優(yōu)點。
文檔編號H02J7/02GK202026127SQ201120063208
公開日2011年11月2日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者田丙倫 申請人:上海攀業(yè)氫能源科技有限公司