[发明专利]一种风电制氢储能的氢燃料复合电池及其发电方法在审

专利信息
申请号: 201710363226.1 申请日: 2017-05-22
公开(公告)号: CN107017651A 公开(公告)日: 2017-08-04
发明(设计)人: 王亚斌;李晓峰;史卫泽 申请(专利权)人: 北京鑫海港亿科技有限公司;北京理工大学
主分类号: H02J3/32 分类号: H02J3/32;H02J3/38;H01M8/0656
代理公司: 北京万象新悦知识产权代理事务所(普通合伙)11360 代理人: 王岩
地址: 101100 北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 风电制氢储能 燃料 复合 电池 及其 发电 方法
【权利要求书】:

1.一种风电制氢储能的氢燃料复合电池,其特征在于,所述氢燃料复合电池包括:风力发电机、电解制氢系统、压缩储氢系统、燃料电池发电系统、AC/DC整流器、DC/AC逆变器、变压器、升压器、负荷系统以及协调控制单元;其中,所述风力发电机、电解制氢系统、压缩储氢系统、燃料电池发电系统、AC/DC整流器、DC/AC逆变器和负荷系统分别连接至协调控制单元;所述风力发电机依次经变压器和升压器连接至外电网;风力发电机还经过AC/DC整流器连接至电解制氢系统;所述电解制氢系统连接至压缩储氢系统;所述压缩储氢系统连接至燃料电池发电系统;所述燃料电池发电系统连接至DC/AC逆变器,依次经变压器和升压器连接至外电网,DC/AC逆变器还连接至负荷系统;所述氢燃料复合电池包括四种工作模式:风电制储氢发电模式、全系统运行模式、风电制氢燃料发电模式和燃料电池独立运行模式;协调控制单元感知并判断风力大小,当风力达到高阈值以上时,采用风电制储氢发电模式,当风力处于高阈值与低阈值之间时,采用全系统运行模式,当风力不稳定或小于低阈值时,采用风电制氢燃料发电模式;当协调控制单元决定放弃风力时,采用燃料电池独立运行模式;在风电制储氢发电模式中,燃料电池发电系统不工作,只有风力发电机工作,并且风电一部分为外电网供电一部分产生氢气:风力发电机将风能转换为电能形成风电,在外电网的额定功率内的风电通过变压器和升压器输送至外电网;风电大于外电网的额定功率的那部分风电,传输至整流器;整流器将风电由交流转变成直流,传输至电解制氢系统,电解制氢系统利用风电产生氢气,输送至压缩储氢系统中存储;在全系统运行模式中,风力发电机和燃料电池发电系统一起工作,共同为外电网供电:风力发电机将风能转换为电能形成风电,通过变压器和升压器输送至外电网;同时,电解制氢系统将储存的氢气输送至燃料电池发电系统,燃料电池发电系统利用氢气产生直流电,DC/AC逆变器将直流电转换为交流电,通过变压器和升压器传输至外电网,或者直接传输至负荷系统;在风电制氢燃料发电模式中,风力发电机制备氢气,燃料电池发电系统发电:风力发电机将风能转换为电能形成风电,传输至整流器,整流器将风电由交流转变成直流,传输至电解制氢系统,电解制氢系统利用风电产生氢气,输送至压缩储氢系统中存储;同时,电解制氢系统将储存的氢气输送至燃料电池发电系统,燃料电池发电系统利用氢气产生直流电,DC/AC逆变器将直流电转换为交流电,通过变压器和升压器传输至外电网,或者直接传输至负荷系统;在燃料电池独立运行模式中,只有燃料电池发电系统工作,风力发电机停止工作:燃料电池发电系统利用存储在压缩储氢系统的氢气产生直流电,DC/AC逆变器将直流电转换为交流电,通过变压器和升压器传输至外电网,或者直接传输至负荷系统。

2.如权利要求1所述的氢燃料复合电池,其特征在于,所述氢燃料复合电池处于通信网络中,通过通信网络与中央协调控制系统进行数据交换和逻辑判断。

3.如权利要求1所述的氢燃料复合电池,其特征在于,所述电解制氢系统包括:变压器、整流柜、电解槽、气液处理器和气体纯化系统;其中,来自风力发电机的高压电经变压器和整流柜形成供电解槽电解的直流电;所述整流柜连接至协调控制系统,调节运行功率;直流电在电解槽中通过电解液在阴极和阳极之间流通,并发生电水解的化学反应,阳极产生氧气,阴极产生氢气;氢气和碱液混合物以及氧气和碱液混合物通过电解槽的出口分别进入各自的气液处理器中,气体与液体分开后,碱液经过滤后回流至电解槽,氢气和氧气分别经分离洗涤后气体纯化系统中储存。

4.如权利要求1所述的氢燃料复合电池,其特征在于,所述压缩储氢系统包括:氢气缓冲罐、储气压缩机和多个储氢罐;其中,来自电解制氢系统的气体纯化系统的氢气,经氢气缓冲罐稳压降温保持稳定后,送至储气压缩机;所述储气压缩机将氢气高压压缩后送至储氢罐中以高压方式储存;所述储气压缩机连接至协调控制单元,协调控制单元控制储气压缩机的工作状态;储氢罐连接至协调控制单元,协调控制单元控制储氢罐充气过程以及向燃料电池发电系统的供气过程。

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