CN103422112A - 一种制备氢气并进行复合式供水供电的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种，更具体地说，涉及一种制备氢气并进行复合式供水供电的方法及系统。方法如下：1)利用可再生能源进行发电，分别为用电设备、水电解装置供电；2)水电解装置制得氢气，并进行压缩、存储；3)氢气燃料电池利用步骤2)制得的氢气进行发电，为用电设备、水电解装置供电。本发明以一种利用可再生能源，如太阳能和风能进行水电解并存储氢气进行复合式供水供电的方法，使战备隧道或海岛上只需要存储大量的氢气资源，即可解决上述问题，并且在供电供水时不产生任何污染。

Description

一种制备氢气并进行复合式供水供电的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种，更具体地说，涉及一种制备氢气并进行复合式供水供电的方法及系统。
背景技术
当前的战备隧道、海岛，往往使用内燃机进行发电，并且需要存储大量的汽油、柴油和饮用水。
当在战备隧道内使用内燃机进行发电时，产生大量有毒气体，需要及时将有毒气体排出隧道，否则存在重大的安全威胁。一旦排气设备出现故障点，整个隧道内的有毒气体的浓度将迅速上升，对生命安全存在严重威胁。因此，不允许出现有任何故障，但大量事实显示，故障总是存在，不可能做到百分百地防止事故发生。
而对于海岛，饮用水用于维持一切生命活动，是最重要的资源。但不管是海岛上设置净化设置，或是从岛外运输饮用水至海岛上，成本都极其高昂。
中国实用新型专利ZL201220525716.X公开了一种自发电隧道照明系统，在隧道路面的表层设有多个压电装置，多个压电装置的电力输出端通过全桥整流装置与变换器的电力输入端相连，变换器的电力输出端与储能装置的电力输入端相连，储能装置的电力输出端连接隧道灯。
上述实用新型利用了公路的振动能量，解决了隧道地区布设线路不便、成本昂贵的问题，改善了现有的电网供电和太阳能供电方式的诸多不足，为隧道照明系统提供了新的能量来源。但由于发电功率低下，只能适用于照明等低功率设备，无法大范围应用，无法改进现有技术中，大型设备的用电问题存在的不足。
中国发明专利申请200410008339.2公开了一种风光互补制氢方法及其装置，利用太阳能电池板和风力发电机综合发电电解水制取氢气。
太阳能和风能的结合在一定程度上能弥补单纯由太阳能或单纯由风能发电存在的不稳定、利用率低等不足和缺点，但由于自然能源始终是不稳定的能源，如果不存在彻底解决其不稳定的技术方案，则简单地将几种形式的自然能源发电装置叠加在一起，仍然无法解决现有技术存在的问题。并且，上述发明并未考虑使用氢气发电，并产生水，将水用于饮用或者循环电解再次产生氢气，一旦水源中断，则无法继续运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用可再生能源进行水电解，并存储氢气进行发电，并进行复合式供水供电的制备氢气并进行复合式供水供电的方法，及其系统。
本发明的技术方案如下：
一种制备氢气并进行复合式供水供电的方法，步骤如下：
1)利用可再生能源进行发电，分别为用电设备、水电解装置供电；
2)水电解装置制得氢气，并进行压缩、存储；
3)氢气燃料电池利用步骤2)制得的氢气进行发电，为用电设备、水电解装置供电。
作为优选，步骤1)中，利用可再生能源进行发电还为充电电池组进行充电，进行电能的存储。
作为优选，步骤3)中，还设置有备用氢气源为氢气燃料电池提供氢气。
作为优选，步骤3)中，进一步地，将氢气燃料电池产生的水进行收集存储，作为饮用淡水资源，并用于步骤2)中水电解装置的原料进行循环使用。
作为优选，将外部水源、污水经过净化后，用于步骤2)中水电解装置的原料进行循环使用。
作为优选，对氢气燃料电池保持在特定的温度湿度范围内，用于保证氢气燃料电池的性能稳定。
作为优选，利用可再生能源进行发电后，对电能进行分配的优先级由高到低，依次为：用电设备、水电解装置、充电电池组。
作为优选，所述的可再生能源包括太阳能、风力、潮汐。
一种制备氢气并进行复合式供水供电的系统，包括可再生能源发电装置、水电解装置、氢气压缩装置、氢气存储装置，还包括电源分配装置、氢气燃料电池；可再生能源发电装置与电源分配装置连接，电源分配装置分别与水电解装置、用电设备连接，用于将可再生能源获得的电能分配给水电解装置、用电设备；氢气燃料电池的电能输入电源分配装置，通过电源分配装置分别分配给水电解装置、用电设备。
作为优选，还包括充电电池组，与电源分配装置连接，将可再生能源获得的电能分配给充电电池组进行充电，进行电能的存储。
作为优选，氢气燃料电池还连接有提供备用氢气的氢气输入装置。
作为优选，氢气燃料电池产生的水排放至淡水存储装置，流至水电解装置，为水电解装置提供原料，并作为饮用水源接入饮用水管道。
作为优选，外部接入的外部水源、污水经水处理装置净化后，流至水电解装置，为水电解装置提供原料。
作为优选，氢气燃料电池包覆着密封的保温保湿壳体，保温保湿壳体内设置有温度湿度控制装置，温度湿度控制装置设置有高低温环境电源输入口，高低温环境电源输入口分别与接入电源、电源分配装置连接。
作为优选，所述的可再生能源发电装置包括太阳能发电装置、风力发电装置、潮汐发电装置中的一种或几种组合。
作为优选，氢气存储装置包括压缩氢气罐、液态氢气压缩罐、固态氢气压缩罐、纳米材料氢气存储罐的一种或者几种组合。
本发明的有益效果如下：
本发明以一种利用可再生能源，如太阳能和风能进行水电解并存储氢气进行复合式供水供电的方法，使战备隧道或海岛上只需要存储大量的氢气资源，即可解决上述问题，并且在供电供水时不产生任何污染。
本发明用于战备隧道时，可替代战备隧道中装置的内燃发电机及油料存储装置。在同等供电能力下，所占用体积远远小于内燃发电机及油料存储装置。并且在发电过程中只排出淡水，完全无污染。同时，使用本发明所述的方法和系统，无需在隧道中存储油料和大量饮用水，只需存储氢气。同等重量的氢气在供电时可产生18倍重量的淡水，并且可以将用过的污水进行处理后再生氢气并压缩存储，使氢气可以反复循环使用。大大提高存储的氢气的使用效率。
本发明用于海岛时，不用向海岛输送淡水资源，海岛可通过电解海水存储氢气，并根据淡水使用量决定氢气燃料电池的使用量，氢气燃料电池产生的水可供饮用，大大节约向海岛输送物资的运力，以及在海岛建造净化设备的成本。
附图说明
图1是本发明所述的系统的示意图；
图中：1是可再生能源发电装置，11是太阳能发电装置，12是风力发电装置，13是潮汐发电装置，2是电源分配装置，3是水电解装置，31是氢气压缩装置，32是氢气存储装置，4是氢气燃料电池，41是保温保湿壳体，42是高低温环境电源输入口，43是温度湿度控制装置，5是用电设备，6是充电电池组，7是水处理装置，8是氢气输入装置，9是淡水存储装置。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。
本发明提供一种制备氢气并进行复合式供水供电的方法，步骤如下：
1)利用可再生能源(包括太阳能、风力、潮汐)进行发电，分别为用电设备、水电解装置供电；
2)水电解装置制得氢气，并进行压缩、存储；
3)氢气燃料电池利用步骤2)制得的氢气进行发电，为用电设备、水电解装置供电。
进一步地，步骤1)中，还可以增加充电电池组，利用可再生能源进行发电为充电电池组进行充电，进行电能的存储。利用可再生能源进行发电后，对电能进行分配的优先级由高到低，依次为：用电设备、水电解装置、充电电池组。
步骤3)中，为了实现途径输入氢气，还设置有备用氢气源为氢气燃料电池提供氢气。
进一步地，将氢气燃料电池产生的水进行收集存储，作为饮用淡水资源，并用于步骤2)中水电解装置的原料进行循环使用。进一步地，还可以将外部水源、污水经过净化后，用于步骤2)中水电解装置的原料进行循环使用。
为了保持氢气燃料电池的稳定工作，对氢气燃料电池保持在特定的温度湿度范围内，用于保证氢气燃料电池的性能稳定，以及避免发电过程中产生的水散失。特定的温度湿度范围由氢气燃料电池自身的性能决定，可参照氢气燃料电池的性能曲线进行判断。
基于上述的方法，本发明还提供一种制备氢气并进行复合式供水供电的系统，如图1所示，包括可再生能源发电装置1、水电解装置3、氢气压缩装置31、氢气存储装置32，还包括电源分配装置2、氢气燃料电池4；可再生能源发电装置1与电源分配装置2连接，电源分配装置2分别与水电解装置3、用电设备5连接，用于将可再生能源获得的电能分配给水电解装置3、用电设备5；氢气燃料电池4的电能输入电源分配装置2，通过电源分配装置2分别分配给水电解装置3、用电设备5。
进一步地，还包括充电电池组6，与电源分配装置2连接，将可再生能源获得的电能分配给充电电池组6进行充电，进行电能的存储。本实施例中，充电电池组6为锂电池组。
为了实现其他途径输入氢气，氢气燃料电池4还连接有提供备用氢气的氢气输入装置8。
氢气燃料电池4产生的水排放至淡水存储装置9，为水电解装置3提供原料，并作为饮用水源接入饮用水管道。外部接入的外部水源、污水经水处理装置7净化后，流至水电解装置3，为水电解装置3提供原料。
为了保证氢气燃料电池4的稳定工作，氢气燃料电池4包覆着密封的保温保湿壳体41，保温保湿壳体41内设置有温度湿度控制装置43，温度湿度控制装置43设置有高低温环境电源输入口42，高低温环境电源输入口42分别与接入电源、电源分配装置2连接。
本发明所述的可再生能源发电装置1包括太阳能发电装置11、风力发电装置12、潮汐发电装置13中的一种或几种组合。氢气存储装置32包括压缩氢气罐、液态氢气压缩罐、固态氢气压缩罐、纳米材料氢气存储罐的一种或者几种组合。
具体地，太阳能发电装置11包括太阳能电池板、柔性太阳能电池制品、生物太阳能产生装置。太阳能发电装置11、风力发电装置12、潮汐发电装置13、氢燃料电池、水电解装置3、锂电池组均连接到电源分配装置2。
水电解装置3将电解水产生的氢气输送到氢气压缩装置31，氢气压缩装置31将压缩后的氢气输送到氢气存储装置32。氢气存储装置32包括压缩氢气罐、液态氢气压缩罐、固态氢气压缩罐、纳米材料氢气存储罐的一种或者几种组合。氢气存储装置32连接到氢气燃料电池4的氢气输入口，氢气燃料电池4的氢气输入口同时连接其它提供备用氢气的氢气输入装置8。
氢气燃料电池4的排水口连接至淡水存储装置9。外部水源及使用过的淡水(包括人的排泄水)通过水处理装置7处理后输入水电解装置3。
氢气燃料电池4被密封的保温保湿壳体41所保护，保温保湿壳体41内设置有温度湿度控制装置43，温度湿度控制装置43包括加热装置、冷却装置、加湿装置，温度湿度控制装置43设置有高低温环境电源输入口42，高低温环境电源输入口42与电源分配装置2连接，进行供电。
本发明所述的系统工作过程如下：
太阳能发电装置11、风力发电装置12、潮汐发电装置13中的一种或者几种组合连接到电源分配装置2，在太阳能发电装置11、风力发电装置12、潮汐发电装置13可以工作时，电源分配装置2根据连接到电源分配装置2的用电设备5，将产生的电流分配到用电设备5。当供电电流可满足用电设备5的用电需求并有富余时，如果氢气存储装置32未满，则将富余电流分配给水电解装置3，如果氢气存储装置32已满，则将富余电流分配给锂电池组。
当太阳能发电装置11、风力发电装置12、潮汐发电装置13产生的电流不能满足用电设备5的需求时，氢气存储装置32向氢气燃料电池4输送氢气，氢气燃料电池4发出的电流供给电源分配装置2分配给用电设备5。氢气燃料电池4工作过程中产生的水，存入淡水存储装置9。外部水源(例如海水或者地下水)以及使用过的污水，包括人的排泄水输入水处理装置7，水处理装置7处理过的水输入水电解装置3。
位于氢气燃料电池4外部的密封的保温保湿壳体41，可有效保持氢气燃料电池4的温度湿度，提高氢气燃料电池4的工作效率。加热装置可在气温低于零下15摄氏度时，通过高低温环境电源输入口42输入其它电源例如手摇发电机提供启动温度，防止氢气燃料电池4产生的水结冰。保温保湿壳体41可有效保持氢气燃料电池4的温度。冷却装置在环境温度过高时启动，用于降低氢气燃料电池4的工作温度，保持发电效率。加湿装置在环境湿度过低时进行工作，用于保证氢气燃料电池4的工作温度。对于氢气燃料电池4的除湿，可以通过干燥剂，或利用加热装置进行除湿。高低温环境电源输入口42同时连接到电源分配器，在启动成功后，如需继续通过加热或制冷装置保持氢气燃料电池4的工作温度，则可通过电源分配器向加热装置或冷却装置持续供电。
上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种制备氢气并进行复合式供水供电的方法，其特征在于，步骤如下：
1)利用可再生能源进行发电，分别为用电设备、水电解装置供电；
2)水电解装置制得氢气，并进行压缩、存储；
3)氢气燃料电池利用步骤2)制得的氢气进行发电，为用电设备、水电解装置供电。
2.根据权利要求1所述的制备氢气并进行复合式供水供电的方法，其特征在于，步骤1)中，利用可再生能源进行发电还为充电电池组进行充电，进行电能的存储。
3.根据权利要求1所述的制备氢气并进行复合式供水供电的方法，其特征在于，步骤3)中，还设置有备用氢气源为氢气燃料电池提供氢气。
4.根据权利要求1所述的制备氢气并进行复合式供水供电的方法，其特征在于，步骤3)中，进一步地，将氢气燃料电池产生的水进行收集存储，作为饮用淡水资源，并用于步骤2)中水电解装置的原料进行循环使用。
5.根据权利要求4所述的制备氢气并进行复合式供水供电的方法，其特征在于，将外部水源、污水经过净化后，用于步骤2)中水电解装置的原料进行循环使用。
6.根据权利要求1所述的制备氢气并进行复合式供水供电的方法，其特征在于，对氢气燃料电池保持在特定的温度湿度范围内，用于保证氢气燃料电池的性能稳定。
7.根据权利要求2所述的制备氢气并进行复合式供水供电的方法，其特征在于，利用可再生能源进行发电后，对电能进行分配的优先级由高到低，依次为：用电设备、水电解装置、充电电池组。
8.根据权利要求1所述的制备氢气并进行复合式供水供电的方法，其特征在于，所述的可再生能源包括太阳能、风力、潮汐。
9.一种制备氢气并进行复合式供水供电的系统，包括可再生能源发电装置、水电解装置、氢气压缩装置、氢气存储装置，其特征在于，还包括电源分配装置、氢气燃料电池；可再生能源发电装置与电源分配装置连接，电源分配装置分别与水电解装置、用电设备连接，用于将可再生能源获得的电能分配给水电解装置、用电设备；氢气燃料电池的电能输入电源分配装置，通过电源分配装置分别分配给水电解装置、用电设备。
10.根据权利要求9所述的制备氢气并进行复合式供水供电的系统，其特征在于，还包括充电电池组，与电源分配装置连接，将可再生能源获得的电能分配给充电电池组进行充电，进行电能的存储。
11.根据权利要求9所述的制备氢气并进行复合式供水供电的系统，其特征在于，氢气燃料电池还连接有提供备用氢气的氢气输入装置。
12.根据权利要求9所述的制备氢气并进行复合式供水供电的系统，其特征在于，氢气燃料电池产生的水排放至淡水存储装置，流至水电解装置，为水电解装置提供原料，并作为饮用水源接入饮用水管道。
13.根据权利要求9所述的制备氢气并进行复合式供水供电的系统，其特征在于，外部接入的外部水源、污水经水处理装置净化后，流至水电解装置，为水电解装置提供原料。
14.根据权利要求9所述的制备氢气并进行复合式供水供电的系统，其特征在于，氢气燃料电池包覆着密封的保温保湿壳体，保温保湿壳体内设置有温度湿度控制装置，温度湿度控制装置设置有高低温环境电源输入口，高低温环境电源输入口分别与接入电源、电源分配装置连接。
15.根据权利要求9所述的制备氢气并进行复合式供水供电的系统，其特征在于，所述的可再生能源发电装置包括太阳能发电装置、风力发电装置、潮汐发电装置中的一种或几种组合。
16.根据权利要求9所述的制备氢气并进行复合式供水供电的系统，其特征在于，氢气存储装置包括压缩氢气罐、液态氢气压缩罐、固态氢气压缩罐、纳米材料氢气存储罐的一种或者几种组合。
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