專利名稱：可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種新型可再生能源能量存儲(chǔ)和不間斷利用系統(tǒng)，特別涉及一種用可 再生能源發(fā)電，通過(guò)電解水制氫、電化學(xué)增壓、金屬氫化物儲(chǔ)氫材料實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，最終利用氫/ 氧或氫/空氣質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電，達(dá)到能源綜合利用的能源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
可再生能源泛指多種取之不竭的可長(zhǎng)期持續(xù)利用的能源，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水 能、潮汐能、地?zé)崮芎蜕锬艿龋稍偕茉纯梢酝ㄟ^(guò)直接或間接的方式轉(zhuǎn)化為電能，從而 供人類使用。其中水力發(fā)電是大家最為熟悉的可再生能源發(fā)電方式，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電和 風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電近年來(lái)隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求而大力發(fā)展起來(lái)，可再 生能源發(fā)電在未來(lái)電力格局中的地位將日益加重。氫能作為一種極為優(yōu)越的二次能源，其主要優(yōu)點(diǎn)有燃燒熱值高，每千克氫燃燒后 的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3. 9倍，焦炭的4. 5倍。燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最干凈 的能源。資源豐富，氫氣可以由水制取，而水是地球上最為豐富的資源，演義了自然物質(zhì)循 環(huán)利用、持續(xù)發(fā)展的經(jīng)典過(guò)程。同時(shí)，氫能作為“含能體能源”，具有汽油、柴油一樣的直接存 儲(chǔ)、運(yùn)輸、使用的特性，而克服了電能等“過(guò)程性能源”無(wú)法大量直接存儲(chǔ)的缺陷。氫的貯存與輸送是氫能利用中的重要環(huán)節(jié)。由于氫的易燃性、易擴(kuò)散性和重量輕， 因此其貯存與輸送中的安全、高效和無(wú)泄漏損失是人們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中優(yōu)先考慮的問題。工 業(yè)實(shí)際應(yīng)用中大致有五種貯氫方法(1)常壓貯存；(2)高壓容器；(3)液氫貯存；(4)金屬 氫化物儲(chǔ)氫；(5)吸附貯存。其中金屬氫化物體積比儲(chǔ)氫密度高于其它儲(chǔ)氫技術(shù)，具有平衡 壓力低，使用安全等優(yōu)點(diǎn)，不僅可用于工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，也可以進(jìn)入民用應(yīng)用場(chǎng)合，從而使氫 能的利用走進(jìn)我們的日常生活。質(zhì)子交換膜燃料電池是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置?？朔藲錃庵苯?燃燒推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的熱損失和卡諾循環(huán)限制，具有能量轉(zhuǎn)換率高、清潔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有可再生能源與蓄電池或與氫能燃料電池綜合發(fā)電系統(tǒng)的報(bào)道， 但尚未有將可再生能源發(fā)電_中高壓純水水電解制氫_金屬氫化物儲(chǔ)氫_燃料電池發(fā)電作 為可再生能源一體化綜合發(fā)電解決方案的報(bào)道，尤其是針對(duì)獨(dú)立單元(如基站、艦船、應(yīng)急 等)應(yīng)用的面向商業(yè)化所需要的可再生能源綜合發(fā)電裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是建立新型可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)，開發(fā)無(wú)人值守連續(xù) 穩(wěn)定運(yùn)行，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控的可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電產(chǎn)品，促進(jìn)可再生能源和 氫能燃料電池的推廣普及。本發(fā)明的目的可以通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)可再生能源通過(guò)相應(yīng)的發(fā)電裝置轉(zhuǎn)化 為電能，通過(guò)中高壓水電解裝置，將電能轉(zhuǎn)化為氫能，直接存儲(chǔ)于金屬氫化物中，當(dāng)可再生 能源發(fā)電裝置無(wú)以為繼或不穩(wěn)定時(shí)，利用燃料電池將氫能轉(zhuǎn)化為電能，補(bǔ)充電力供應(yīng)。
本發(fā)明與傳統(tǒng)裝置的比較1.目前中高壓水電解制氫裝置均為堿性水電解，系統(tǒng)復(fù)雜，補(bǔ)液、操作及維護(hù)繁 復(fù)，成本高，而本發(fā)明涉及的中高壓水電解制氫裝置采用純水水電解，通過(guò)常見的純水裝置 就可以制得，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作方便，維護(hù)成本低；2.目前純水水電解制氫裝置一般不超過(guò)0.4MPa，必須經(jīng)過(guò)氣體壓縮機(jī)多級(jí)壓縮 才能充裝到高壓容器中以備使用，且對(duì)水質(zhì)要求較高，而本發(fā)明涉及的中高壓水電解制氫 裝置通過(guò)特殊技術(shù)和工藝，產(chǎn)生氫氣的壓力可以達(dá)到2. 5-10MPa,因此，可以直接對(duì)金屬氫 化物儲(chǔ)氫系統(tǒng)充氫，大大簡(jiǎn)化了設(shè)備和裝置構(gòu)成；3.目前常規(guī)堿性中高壓水電解制氫裝置和氫氣壓縮機(jī)均有價(jià)格昂貴，系統(tǒng)龐大， 無(wú)法小型化的缺陷，而本發(fā)明涉及的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模塊化設(shè)計(jì)，可同時(shí)滿足微型化和規(guī)模 化大生產(chǎn)要求；4.目前太陽(yáng)能風(fēng)能等可再生能源均通過(guò)鉛蓄電池儲(chǔ)能，儲(chǔ)能密度低，占地面積大， 維護(hù)成本高，存在環(huán)境污染問題，而采用水電解制氫-金屬氫化物儲(chǔ)氫-燃料電池發(fā)電體 系，清潔環(huán)保，穩(wěn)定高效運(yùn)行；5.目前高壓鋼瓶和碳纖維纏繞瓶的儲(chǔ)氫壓力為15MPa和35MPa，壓力高，存在安全 隱患，而且將氫氣增壓到上述壓力所耗費(fèi)的成本較高，設(shè)備復(fù)雜，金屬氫化物儲(chǔ)氫具有體積 比儲(chǔ)氫密度高，平衡壓力低，使用安全的特點(diǎn)，充氫壓力為2. 5MPa，使用本發(fā)明涉及的中高 壓水電解制氫裝置，可以直接向金屬氫化物儲(chǔ)氫單元進(jìn)行充氫，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。


圖1為可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2為實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)圖
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明如圖1所示，所述的可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)，其主要包括，網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān) 控系統(tǒng)(I )，通過(guò)電腦連接中央控制系統(tǒng)(II )來(lái)操控分別連接在可再生能源發(fā)電系統(tǒng) (in )、中高壓水電解制氫系統(tǒng)(v)、質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(vn)上的控制器；可 再生能源發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能通過(guò)直流-直流變換裝置(IV)后一方面輸送給中高壓水 電解制氫系統(tǒng)(v )，其產(chǎn)生的氫氣經(jīng)過(guò)濾直接儲(chǔ)存在金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置(VI)中，供應(yīng) 給質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電裝置(vn)發(fā)電，另一方面輸送給充電器并轉(zhuǎn)移給外接電池組 (通)儲(chǔ)存起來(lái)；兩者的電能通過(guò)直流-交流變換裝置(IX)后供應(yīng)給用戶。其中所述的 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣需經(jīng)過(guò)催化燃燒，尾氣中氫氣的含量通過(guò)在線檢測(cè)裝置進(jìn)行 實(shí)時(shí)監(jiān)控。所述的可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)控制協(xié)調(diào)可實(shí)現(xiàn)多種綜合發(fā)電 模式，當(dāng)太陽(yáng)光或風(fēng)力充足時(shí)，可再生能源發(fā)電可以直接供應(yīng)給用戶用電，并通過(guò)水電解制 氫的方式將氫能儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)太陽(yáng)光或風(fēng)力不充足、中斷時(shí)，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)起動(dòng)為用戶 供電；當(dāng)處于用電高峰時(shí)，可以兩者相結(jié)合緩解用電壓力。實(shí)施方式1 可再生能源發(fā)電(太陽(yáng)能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電或其他發(fā)電方 式)“中高壓水電解制氫_金屬氫化物儲(chǔ)氫_燃料電池備用電源的具體實(shí)施方式
，如圖2所不。1.所述的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)(III)(包括太陽(yáng)能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電或其 他發(fā)電方式)，由遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(I )、中央控制系統(tǒng)(II )控制，能源充足時(shí)主要靠這 種方式發(fā)電，并將富余能量轉(zhuǎn)移給中高壓水電解系統(tǒng)(V )制備氫氣，達(dá)到儲(chǔ)能的目的，其 發(fā)電功率為100W 50KW，輸出電壓為0 300V，輸出電流為0 500A ；2.上述電能通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(I )、中央控制系統(tǒng)(II )到達(dá)直流-直流 變換裝置(IV )，轉(zhuǎn)換后輸出電壓為0 300V，輸出電流為0 500A，此電能輸送給中高壓 水電解制氫系統(tǒng)(V)；3.中高壓水電解制氫系統(tǒng)(V )，其中水源為自來(lái)水過(guò)濾即可，產(chǎn)生氫氣的能力為 0. 5 150升/分鐘，產(chǎn)生氫氣的壓力為0. 1 3. OMPa,生成的純凈水可返回中高壓水電解 制氫系統(tǒng)作為循環(huán)利用；4.將步驟1中所得到的氫氣經(jīng)過(guò)干燥、過(guò)濾、緩沖后穩(wěn)壓在2. 5MPa，在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控 制系統(tǒng)(I )、中央控制系統(tǒng)(II )的監(jiān)控下直接輸送并直接罐充于金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置 (VI)中，若經(jīng)過(guò)電化學(xué)氫氣增壓器(X ) 一級(jí)增壓可將壓力增至15MPa，可存儲(chǔ)于高壓鋼 瓶中，經(jīng)過(guò)二級(jí)增壓可將壓力增至35MPa，可存儲(chǔ)于碳纖維纏繞瓶中，從而達(dá)到儲(chǔ)氫的目的， 本專利采用金屬氫化物儲(chǔ)氫方式；5.儲(chǔ)存起來(lái)的氫氣便可供應(yīng)給質(zhì)子交換膜燃料電池(通)發(fā)電，在中央控制系統(tǒng) 的調(diào)節(jié)下與可再生能源發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合使用，即利用了能源，又可緩解可再生能源發(fā)電的不 足之處，當(dāng)太陽(yáng)光或風(fēng)力不充足、中斷時(shí)，或用戶用電處于高峰時(shí)，燃料電池便可起動(dòng)起到 輔助或主要發(fā)電的目的，該電池以氫氣為燃料，空氣為氧化劑，輸出功率為50W 30KW，輸 出電壓可以為直流0 72V、交流0 240V，輸出電流為0 1000A ；6.中高壓水電解制氫系統(tǒng)，產(chǎn)生的氧氣的純度亦可達(dá)到灌充標(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)過(guò)濾后 經(jīng)氧氣增壓器(XI)加壓至15MPa和35MPa，存儲(chǔ)于高壓鋼瓶和碳纖維纏繞瓶中，以備各種 用途之用。其中圖2所示，A-直接充氫；B-氫氣電化學(xué)一級(jí)增壓；C-氫氣電化學(xué)二級(jí)增壓； D-氧氣一級(jí)增壓；E-氧氣二級(jí)增壓。
權(quán)利要求
可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，包括可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、中高壓水電解制氫系統(tǒng)、金屬氫化物儲(chǔ)氫系統(tǒng)、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，所述的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電力通過(guò)中高壓水電解制氫系統(tǒng)制成氫氣，直接儲(chǔ)存在金屬氫化物儲(chǔ)氫器中，該氫氣提供給燃料電池發(fā)電系統(tǒng)作為燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，可再生能源 發(fā)電系統(tǒng)所使用的發(fā)電方式包括太陽(yáng)能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電或其他發(fā)電方式，所利 用的可再生能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、潮汐能、地?zé)崮芎蜕锬艿取?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，中高壓水電 解制氫系統(tǒng)包括純水水電解裝置，水源為過(guò)濾的自來(lái)水或天然收集水，產(chǎn)生的氫氣采用金 屬氫化物儲(chǔ)氫裝置儲(chǔ)存，分離產(chǎn)生的純水和燃料電池反應(yīng)生成的純水可返回中高壓水電解 制氫系統(tǒng)，循環(huán)利用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述的燃料 電池發(fā)電系統(tǒng)為氫/氧或氫/空氣質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，包括直流-直 流變換裝置，所述的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電力通過(guò)該直流-直流交換裝置后為中高 壓電解水制氫系統(tǒng)供電生產(chǎn)氫氣；還包括直流-交流變換裝置，所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng) 產(chǎn)生的電能經(jīng)直流_直流變換、直流_交流變換后向用戶供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn) 程監(jiān)控系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)同時(shí)對(duì)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)和燃料電池發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，所 述的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)可直接向用戶供電，同時(shí)將過(guò)量充足的電力通過(guò)電解水制成氫氣 儲(chǔ)備；所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)可直接向用戶供電，也可與可再生能源發(fā)電系統(tǒng)合并向用 戶供電；所述的中央控制系統(tǒng)包括PLC可編程邏輯控制器、MCU多點(diǎn)控制單元單片機(jī)、DSP高 速數(shù)字信號(hào)處理器等控制方案中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，包括網(wǎng)絡(luò) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)，對(duì)上述各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)用戶的用電功率需求采 用一種或多種工作模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，包括燃料電 池發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣的催化燃燒及尾氣中氫氣含量的在線檢測(cè)裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型可再生能源能量存儲(chǔ)和不間斷利用系統(tǒng)，特別涉及一種可再生能源發(fā)電后電解水制氫，通過(guò)電化學(xué)增壓、金屬氫化物儲(chǔ)氫達(dá)到儲(chǔ)能目的，利用質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電的能源綜合利用系統(tǒng)。所述的可再生能源儲(chǔ)能儲(chǔ)氫綜合發(fā)電系統(tǒng)，包括可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、中高壓水電解制氫系統(tǒng)、金屬氫化物儲(chǔ)氫系統(tǒng)、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其中可再生能源發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電力通過(guò)中高壓水電解制氫系統(tǒng)制成氫氣，直接儲(chǔ)存在金屬氫化物儲(chǔ)氫器中，該氫氣提供給燃料電池發(fā)電系統(tǒng)作為燃料。這種可再生能源綜合應(yīng)用體系可滿足全天候穩(wěn)定電力供應(yīng)需求，并長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，節(jié)約能源、高效環(huán)保，將是未來(lái)氫能時(shí)代電力供應(yīng)的重要發(fā)電模式。
文檔編號(hào)H02N11/00GK101841277SQ200910026009
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者劉振泰, 曾壎, 沈建躍 申請(qǐng)人:無(wú)錫尚弗能源科技有限公司