[发明专利]一种结合太阳能发电的燃料电池燃气轮机混合动力系统

说明书

一种结合太阳能发电的燃料电池燃气轮机混合动力系统，属于飞艇动力技术领域。本发明解决现有高空飞艇长航时飞行动力需求不足的问题。本发明包括氢气发生单元、空气输入单元、太阳能电池、发电单元和储电单元，氢气发生单元的气体输出端和空气输入单元的气体输出端分别与发电单元的气体输入端连接；太阳能电池的电力输出端分别与储电单元的电力输入端和飞艇的电力输入端连接；储电单元为氢气发生单元和空气输入单元提供电能；发电单元的电力输出端分别与储电单元和飞艇的电力输入端连接。本发明将环境能源与自备储存能源综合起来，具有效率高、排放低等特点；并且该系统结合太阳能发电，具有更加清洁，减少多余的热排放和碳排放的优点。

技术领域

本发明涉及一种结合太阳能发电的燃料电池燃气轮机混合动力系统，属于飞艇动力技术领域。

背景技术

高空飞艇的飞行高度一般为10km～30km。在这个高度上，飞行器对地面实施侦察、监视、预警、通信等任务是非常合适的。同时，飞艇具有长航时、长留空时间等特点，留空时间在数月以上，甚至可达1年之久。因此，发展飞艇技术无论是对军事领域还是对民用领域都有着重要意义。

高空飞艇的能源来源有三种方式：(1)自备储存能源；(2)环境能源；(3)自备储存能源与环境能源组合能源。自备储存能源可以是燃油、核能或者氢气。使用燃油具有取材方便、价格低廉等优点，但是能量密度有限，难以支持长时间运转。使用核能能量密度非常大，但是存在放射性危险。使用氢气具有清洁、绿色等优点，但是有限的氢气依然难以维持飞艇很长的留空时间。环境能源可以是太阳能。太阳能是很好的清洁能源，不仅没有化学排放，而且没有多余的热排放，更没有碳排放。同时，使用太阳能具有取之不竭的优点，适合飞艇长时间工作。但是太阳能非常分散，主要在8:00到18:00之间的10h内才能获取，所获得的能量在满足这10h期间飞艇飞行推进需求后，难以维持其余14h飞行所需要的能量。自备储存能源与环境能源组合能源成为飞艇实际飞行推进的能源选择，提高了能源系统的可靠性与应急能力。在其中之一出现故障时，剩余的另一套能源系统可以降低载荷、降低时间运行，或者为飞艇的紧急迫降提供条件。结合太阳能发电的燃料电池燃气轮机混合动力系统充分将环境能源与自备储存能源综合起来，具有效率高、排放低等特点，能够满足飞艇长航时飞行的需求。

固体氧化物燃料电池SOFC工作具有效率高、功率密度大、结构简单、燃料适应性广等多方面优点。传统SOFC通常由两个气室将燃料与氧化剂气体分隔开来，可以在阴阳极之间保持较高的化学势梯度，以实现较高的发电效率及燃料利用率，但是传统SOFC存在阴阳极气流不均匀的缺点，可能导致电池工作温度不均匀，使得电池在工作过程中存在热应力，容易导致电池性能加速衰减。而且传统SOFC一般在出口处要另外接一个燃烧室，利用未被电化学利用的燃料。这样就加重了整个系统的质量，这对飞艇动力系统来说是非常不利的。因此，结合太阳能发电的燃料电池燃气轮机混合动力系统提出一种均匀流内燃烧室固体氧化物燃料电池，可以很好地解决传统SOFC存在的问题。

发明内容

本发明为了解决现有高空飞艇长航时飞行动力需求不足的问题，提供了一种结合太阳能发电的燃料电池燃气轮机混合动力系统，将环境能源与自备储存能源综合起来，具有效率高、排放低等特点，能够非常好地满足飞艇长航时飞行的动力需求。

本发明的技术方案：