[发明专利]一种深海作业平台燃料电池能源系统

说明书

本发明公开了一种深海作业平台燃料电池能源系统，涉及燃料电池技术领域，包括海水制氧单元、天然气制氢单元和氢氧燃料电池单元，所述海水制氧单元用于利用海水制取富氧空气，所述天然气制氢单元用于利用天然气制取氢气，所述海水制氧单元和天然气制氢单元分别与氢氧燃料电池单元相连接，供海水制氧单元制取的富氧空气与天然气制氢单元制取的氢气在氢氧燃料电池单元内进行电化学反应产生电能。以解决现有技术的燃料电池发电系统受制于深海作业平台容积限制，储能量有限，只能保证深海作业平台在数天至数十天的能源需求，供能时间偏短的技术问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种深海作业平台燃料电池能源系统。

背景技术

深海因其具有丰富的资源、广阔的空间，以及所蕴藏的巨大的政治价值、经济价值、军事价值、科研价值和生态环境价值等而成为21世纪世界各国的必争之地。近年来，世界各海洋强国都在加紧研制各种深海作业平台，意图抢占深海这一新空间的制高点和主动权。深海作业平台具有非常突出的战略意义，该平台类似于位于太空的国际空间站，可用于深海科学研究、深海资源勘探、地壳变异观测、地震预测等民用领域，同时还可用作为深海军事基地，是人类探索深海必备的重要战略设施之一。

能源系统是决定深海作业平台能否长时间或永久驻留深海的关键。目前，可用于深海作业平台的能源系统主要包括三类：（1）核动力系统、（2）热机AIP（不依赖空气推进装置）系统、（3）燃料电池AIP系统。其中，核动力系统由于技术难度大、建造成本高且存在核泄漏等安全风险，其应用领域受到限制；热机AIP系统包括闭式循环柴油机AIP和斯特林发动机AIP等，一方面振动噪声大，不太适用于深海作业平台，另一方面，由于所携带燃料（柴油）和氧化剂（液氧）有限，其供能时间较短，不能满足深海作业平台海底长时间驻留的要求；燃料电池AIP系统具有能量密度高、振动噪声小、红外辐射低、无尾气排放等优点，被认为是深海作业平台燃料电池能源系统的最优方案之一。

中国专利CN201210327887.6公开了一种燃料电池发电系统，包括质子交换膜燃料电池模块，储氢、氧装置，DC/DC变换单元，监控单元，热交换器，水箱，水泵，阀，以及循环水管；热水循环支路包括恒温热水箱，循环热水输送水泵，质子交换膜燃料电池模块，储氢装置，热交换器；冷水循环支路包括冷水箱，循环冷水输送水泵，DC/DC变换单元，储氧装置；冷热水平衡支路，包括恒温热水箱，热水控制阀，平衡热水输送水泵，冷水箱，冷水控制阀，平衡冷水输送水泵；监控单元一端与恒温热水箱连接，另一端与冷水箱连接。

然而上述燃料电池发电系统不能满足深海作业平台的需求，其主要原因在于，深海作业平台需要长时间或永久驻留海底，要求能源系统在不浮出水面的前提下，能够为其提供少则数年，多则数十年的能源供应。上述燃料电池发电系统主要通过自身携带的燃料（氢气）和氧化剂（液氧）进行发电，然而，受制于深海作业平台容积限制，储能量有限，只能保证深海作业平台在数天至数十天的能源需求，供能时间偏短。

深海中氧气资源丰富，海水中含有大约1.5%-2.5%的溶解气体，而其中约34%是氧气，主要来源于大气中的氧气溶解和海洋植物的光合作用。与此同时，全球海洋油气资源丰富，海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34％，探明率30％左右，尚处于勘探早期阶段，世界各国现有天然气开采设施、天然气管道遍布各个海湾和大洋，此外，多个海上油气田还在陆续建设过程中。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种深海作业平台燃料电池能源系统，以解决现有技术的燃料电池发电系统受制于深海作业平台容积限制，储能量有限，只能保证深海作业平台在数天至数十天的能源需求，供能时间偏短的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种深海作业平台燃料电池能源系统，包括海水制氧单元、天然气制氢单元和氢氧燃料电池单元，所述海水制氧单元用于利用海水制取富氧空气，所述天然气制氢单元用于利用天然气制取氢气，所述海水制氧单元和天然气制氢单元分别与氢氧燃料电池单元相连接，供海水制氧单元制取的富氧空气与天然气制氢单元制取的氢气在氢氧燃料电池单元内进行电化学反应产生电能。