CN109196748B - 用于通过自主混合站对设备进行供电的方法 - Google Patents

用于通过自主混合站对设备进行供电的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109196748B
CN109196748B CN201780033005.6A CN201780033005A CN109196748B CN 109196748 B CN109196748 B CN 109196748B CN 201780033005 A CN201780033005 A CN 201780033005A CN 109196748 B CN109196748 B CN 109196748B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
margin
threshold
fuel cell
electrochemical unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780033005.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109196748A (zh
Inventor
帕斯卡·博勒
塞德里克·格罗洛
塞缪尔·鲁克塞尔
塞尔日·加尼耶
阿梅尔·卡亚尔
托马斯·勒卡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
French National Research Center
Universite dOrleans
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite dOrleans
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite dOrleans filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of CN109196748A publication Critical patent/CN109196748A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109196748B publication Critical patent/CN109196748B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy
    • H02J15/007—Systems for storing electric energy involving storage in the form of mechanical energy, e.g. fly-wheels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy
    • H02J15/008—Systems for storing electric energy using hydrogen as energy vector
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/30—The power source being a fuel cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明涉及一种用于通过系统(1)对设备(2)进行供电的方法，所述系统(1)包括间歇性电源(10)、电存储装置(11)、燃料电池(12)和用于产生所述燃料(13)的电化学单元，其特征在于，所述方法包括由控制模块(30)实施的步骤，所述步骤为：(a)取决于由所述设备(2)消耗的电力和由所述间歇性电源(10)供应的电力确定所述系统(1)的电力余量；(b)接收表示在安全周期期间所述电力余量的稳定性的数据；(c)控制所述燃料电池(12)和所述电化学单元(13)，其方式使得：在所述电力余量大于第一阈值且所述数据不是所述电力余量的后续降低的特性时启动所述电化学单元(13)；在所述电力余量小于第二阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性时，启动所述燃料电池(12)，所述第二阈值小于所述第一阈值。

Description

用于通过自主混合站对设备进行供电的方法
技术领域
本发明涉及所谓的自主混合站的领域，所述自主混合站组合至少一个间歇性电源、用于产生化学燃料的至少一个电化学单元、至少一个燃料电池和电存储装置。
更确切地说，本发明涉及一种控制这种自主站的方法。
背景技术
在大力开发可再生能量的情形中，对电气设施的灵活性的需求在增长。
不同于核电站，基本上由风能和太阳能代表的这些可再生能量实际上并不会实现恒定和规律产量，且这会引起相关联产量的可变性和可预测性的问题。这会导致极短期风险的急剧增加。
出于此原因，已知将可再生能源与例如蓄电池等电存储装置联接，且在适当情况下，与例如发电机等辅助电源联接，以当电池和可再生能源均无法提供它们所预期的足够电流以供使用的时刻进行补偿。
这些系统形成自主站，有时适合于简单运输(例如安装在车轮上)，所述自主站可例如被如此可靠地部署以向远程区域供电。
具体地说，已经提出使用燃料电池作为发电源且向站添加电化学单元，所述电化学单元产生用于所述电池的燃料。此类站被称为自主混合站。
燃料电池是发电机，其中结合氧化剂(例如空气中的分子氧)在另一电极上的还原而在一个电极上执行还原剂燃料(例如二氢)的氧化。
因此，就二氢而言，通过以下氧化还原反应管制燃料电池(其实例在图1中所示出)的操作：
-在阳极处：2 H2→4 H++4 e-
-在阴极处：O2+4 H++4 e-→2 H2O
在阳极处产生的电子流可因此在被重新布线到阴极之前供应电荷。
产生燃料的相关联化学单元通常是“迫使”在电流效应下发生逆氧化还原反应的电解器。电解原理可概述为以下等式：2 H2O+电→2 H2+O2。应注意，根据需要存在能够消耗或产生电流(且因此能够分别产生或消耗二氢)的其它“可逆”燃料电池。
因此，二氢(或另一化学燃料)可用作电能的化学存储装置。电流被产生或消耗以便使站的电产量适应间歇性电源和蓄电池的电力需求和水平。
在此方面，申请FR2972867提出一种用于管理这种自主站中的能量的方法，其中仅在蓄电池被充电时产生氢，同时对在需要的情况下使用蓄电池给予优先权，仅在蓄电池达到其深度放电阈值时才使用燃料电池。换句话说，当蓄电池的可用电力介于高阈值与低阈值之间时使用所述蓄电池，仅在蓄电池分别高于高阈值或低于低阈值时才使用电解器或燃料电池。
此方案是令人满意的且优化了系统的总效率。
然而，应认识到，这可能使燃料电池或电解器过早老化。实际上，这些装置(和一般而言电化学元件)适合于缓慢操作循环，且如果在接通与切断之间——且反之亦然——存在的时间过少就会经历使其受损的“电涌”。
因此，将合乎希望的是具有一种同样地优化但还注意电化学装置且延长其使用寿命的管理方法。
发明内容
根据第一方面，本发明提出经由一种用于通过系统对设备进行供电的方法克服这些缺点，所述系统包括间歇性电源、电存储装置、燃料电池和用于产生所述燃料的电化学单元，其特征在于所述方法包括由控制模块实施的步骤，所述步骤为：
a)取决于由设备消耗的电力和由间歇性电源供应的电力确定系统的电力余量；
b)接收表示在安全周期期间所述电力余量的稳定性的数据；
c)控制燃料电池和电化学单元，其方式使得：
о在所述电力余量大于第一阈值且所述数据不是所述电力余量的后续降低的特性时，启动电化学单元；
о在所述电力余量小于第二阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性时，启动燃料电池，所述第二阈值小于所述第一阈值。
□有利地通过以下特性完成根据本发明的装置，所述特性单独地或以其技术上可能的组合中的任一个被采用：
□步骤(c)涉及控制燃料电池以便甚至在以下情况下也启动燃料电池：所述电力余量小于第二阈值且所述数据是所述电力余量的后续增大的特性，所述第二阈值小于第一阈值；由电存储装置存储的能量的量不足以在所述安全周期期间对设备供电；
□步骤(c)涉及控制燃料电池以便在所述电力余量大于第二阈值且所述数据不是所述电力余量的后续降低的特性时停用燃料电池；
□步骤(c)涉及控制电化学单元以便在所述电力余量小于第一阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性时停用电化学单元；
□步骤(c)涉及控制电化学单元以便在以下情况下停用电化学单元：所述电力余量小于第一阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性；由电存储装置存储的能量的量不足以在所述安全周期期间对设备和电化学单元供电；
□所述安全周期是燃料电池或电化学单元进行连续操作以便防止其受损的最小推荐持续时间；
□所述安全周期介于一分钟与十分钟之间；
□电化学单元由至少一个电解器组成；
□电化学单元和燃料电池是单个可逆设备；
□所述燃料是二氢；
□电存储装置由至少一个蓄电池和/或至少一个超级电容器和/或至少一个飞轮组成；
□第一电力余量阈值基本对应于电化学单元的操作所需的电力，且第二电力余量阈值基本为零。
根据第二方面，本发明涉及一种系统，其包括间歇性电源、电存储装置、燃料电池、用于产生所述燃料的电化学单元和控制模块，所述控制模块被配置成实施：
-模块，其用于取决于由设备消耗的由系统供应的电力和由间歇性电源提供的电力确定系统的电力余量；
-模块，其用于接收表示在安全周期期间所述电力余量的稳定性的数据；
-模块，其用于在所述电力余量大于第一阈值且所述数据不是所述电力余量的后续降低的特性时启动电化学单元；
-模块，其用于在所述电力余量小于第二阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性时启动燃料电池，所述第二阈值小于所述第一阈值。
附图说明
本发明的其它方面、目的和优点将从以下完全借助于非限制性说明性实例给出且必须结合附图阅读的描述中显现，在附图中：
-先前所描述的图1是已知氢燃料电池的图式；
-图2表示根据本发明的一种用于实施对设备进行供电的方法的系统。
具体实施方式
通用架构
图2表示系统1的优选实施例，所述系统1用于实施对设备2进行供电的本发明方法。
设备2可为消耗电力的任何装置或装置的组合件。在任何时间，设备2消耗可能够变化的已消耗电力PC(t)，且在某些时间，所述消耗电力PC(t)为零。
系统1是如先前所描述的自主站，其由两个主要组合件组成：“电气”组合件和“化学”组合件。
电气组合件包括间歇性电源10和电气存储装置11，以及任何额外电气组件(变换器、电气保护系统等)。
间歇性电源10有利地由一个或多个可再生能源供电，即，电源有利地由一个或多个发电机组成，所述一个或多个发电机由可再生能量供电。优选地，间歇性电源10因此包括一个或多个光电板和/或一个或多个风力涡轮机。
“间歇”意味着电源10取决于外部物理现象(阳光、风、温度等)而供应可变电力PF(t)，所述可变电力PF(t)因此无法进行控制。换句话说，电源10不消耗燃料，且将清楚地理解，稍后将描述的燃料电池12类型的设备(其消耗化学燃料)并不是在本发明的情形中的间歇性电源10。
电存储装置11大体上充当系统1与设备2之间的“缓冲器”。更确切地说，电存储装置11存储和释放电力以便使间歇性电源10的电力变化平稳。电存储装置11电连接到系统1的其它组件10、12、13中的每一个。电存储装置11有利地由至少一个蓄电池和/或至少一个超级电容器和/或至少一个飞轮组成。
另一方面，化学组合件包括至少一个燃料电池12和用于产生所述燃料13的至少一个电化学单元。这两个分别能够通过消耗化学燃料产生电力，且能够通过消耗电力产生所述化学燃料。各个燃料电池12和各个电化学单元13可包括执行化学反应的若干单元。
优选地(且此实例稍后将在本发明描述中使用)，所述化学燃料是气态二氢，但所属领域的技术人员将了解如何在存在相容燃料电池的情况下使用其它燃料，例如甲醇、甲酸或氢化硼等。
如所解释，燃料电池12是发电机，其中所述化学燃料在一个电极上发生氧化，而氧化燃料，具体地说大气分子氧在另一电极上发生还原。就二氢而言，如所解释，反应的产物是水。
燃料电池并不实施燃烧，这允许其达到极高性能水平。存在众多燃料电池技术，具体地说氢电池技术，且所属领域的技术人员将例如能够使用质子交换膜(PEM)燃料电池或固体氧化物电池。
用于产生所述燃料13的电化学单元是与燃料电池12具有相反角色的组件：所述电化学单元消耗电力以产生所述化学燃料。如果所述化学燃料是二氢，那么单元13从在自然界大量发现的水产生二氢，这通常通过电解，换句话说，通过执行由于电势差所致的化学反应来完成。
稍后在本发明描述中，将采用电解器类型的单元13的实例，但所属领域的技术人员将了解如何以其它方式产生化学燃料，例如通过热解。
就至少一个电解器而言，可涉及不同技术，具体地说质子交换膜技术。这种技术有利地允许电化学单元13和燃料电池12成为单个可逆设备。换句话说，此可逆设备在供应有电流时产生二氢且在提供有二氢时产生电流。这大大简化了系统1的结构且大大限制了其大小。
替代地，可例如使用高温电解器(适合于在约800℃的温度下执行水蒸气的电解)，从而产生甚至更好的性能。
优选地，“化学”组合件还包括：“辅助设备”，即，用于存储二氢14的装置(高压瓶)，在必要时为压缩机；和二氢电路15(用以将二氢14从单元13传送到电池12和/或传送到存储装置14)。就产生和消耗的单个设备而言，电路15连接此设备12、13和瓶15，从而使二氢往复)。
清楚地，取决于系统1的大小，可存在若干单元13和/或若干电池12，其各自在必要时具有若干电池单元。本发明描述将采用一个单元13和一个电池12的实例，但所属领域的技术人员将了解如何将所述方法应用到这些元件中的若干元件。
系统1还包括控制模块30，所述控制模块30控制系统1的元件中的每一个。更明确地说，模块30通过控制各个元件的启动/停用和电力的布设而管理对设备2的供电。举例来说，模块30检查存储装置11是被充电还是被放电。
出于此原因，模块30能够在任何时间了解这些元件的参数(由电源10提供的电力、由设备2消耗的电力、存储装置11的电量水平、可用气态二氢的数量等)以便以现在要描述的方式实施本发明的方法。
控制模块30通常是电子卡或处理器，其有利地连接到通信网络3，如以下将看到。
方法
本发明方法开始于步骤(a)：取决于由设备2消耗的电力，标注为PC(t)，和由间歇性电源10提供的电力，标注为PF(t)，确定系统1的电力余量，标注为ΔP(t)。
这些幅值通常通过关系ΔP(t)＝PF(t)-PC(t)得以联系。应注意，电力余量ΔP(t)可具体地说在供应的电力微弱时(例如就云传递而言，在间歇性电源10是光电板时)完全为负。在此情况下，这意味着系统1通过使存储装置11放电和/或通过操作燃料电池12而将丢失电力引入设备2的操作。
在步骤(b)中，所述方法涉及控制模块30接收表示在安全周期tSEC期间所述电力余量ΔP(t)的稳定性的数据。取决于这些数据，如稍后将看到，模块30将以最优方式管理系统1的组件以便保留其完整性。
换句话说，控制模块30充当用于预处理表示所述电力余量的稳定性的数据的模块。
实际上，在现有技术聚焦于蓄电池的电量水平以便控制系统1且因此忽略了为燃料电池12和单元13的电化学元件的情况下，本发明的方法主要使用电力余量的变化作为参考幅值。如将看到，这实现了能量的同等最优管理，同时提高了这些电化学元件的使用寿命。
表示所述电力余量ΔP(t)的稳定性的数据意味着关于由设备2消耗的电力PC(t)和/或由间歇性电源10提供的电力PF(t)的临时数据。
举例来说，如果所述数据表示提供的电力PF(t)的后续降低，那么控制模块30可确定电力余量AP(t)不稳定且将降低。
因此，在安全周期tSEC期间的所述电力余量有利地被确定为：
-稳定的(即，基本恒定，意味着ΔP(t0)≈ΔP(t0+tSEC))，
-向下不稳定的(即，ΔP(t0)＞ΔP(t0+tSEC))，或
-向上不稳定的(即，ΔP(t0)＜ΔP(t0+tSEC))。
可估计电力余量的“将来”值(即，在安全周期结束时)，但这并不是必需的，原因是只有稳定性评估是需要的。
所述安全周期tSEC有利地对应于燃料电池12或电化学单元13的连续操作的最小推荐持续时间以便避免损坏燃料电池12或电化学单元13，这就是其被称为“安全”的原因。更确切地说，所述安全周期tSEC是不再期望改变燃料电池12或电化学单元13的状态(启动/停用)期满之前的周期，原因是此风险导致过早老化。
相对于这些电化学元件的现有技术，所述安全周期通常介于一分钟与十分钟之间。
如通常所解释，表示所述电力余量的稳定性的这些数据包含可对电源10的产量和/或设备2的消耗具有影响的所有信息。
这些数据可为在例如气象起点本地获得的一般数据，所述一般数据可指示产生可再生能量的装置将多产的程度，但优选地所述一般数据涵盖由通信网络3(通常为因特网)具体地说经由盒31特别实时提供的更复杂的数据。
关于消耗，预测数据可为由模型估计的数据，或仅仅为来自前一天的数据，或如果可获得的话甚至为设备2的操作计划。
在一个实施例中，盒31是具有由因特网接入提供商(例如，用于自主操作的4G调制解调器)提供的因特网接入的设备，所述盒31通过网络连接装置连接到控制模块30，所述网络连接装置例如Wi-Fi、以太网或USB连接等。数据可仅仅为操作系统1的电提供商的服务器上的预处理数据。
本发明既不限于表示所述电力余量的稳定性的数据的特定类型，也不限于提供这些数据的特定方式。
控制
在步骤(c)中，模块30取决于电力余量及其估计的稳定性而控制燃料电池12和电化学单元13(和系统1的其它元件)，以便以最优方式对设备2进行供电。
具体地说，当(且有利地仅当)所述电力余量大于第一阈值且所述数据不是所述电力余量的后续降低的特性时，启动电化学单元13。
第一阈值基本有利地对应于电化学单元13的操作所必要的电力(即，电化学单元13的电力以及其辅助设备的电力)，标注为PH2。
换句话说，仅在ΔP＞PH2，即PF＞PC+PH2时，换句话说，在电源10供应充分电力以同时但以可持续方式对设备2和电化学单元13两者进行供电时安排氢的产生。
更确切地说，即使电力是充分的，但如果临时数据显示其将不会持续超过安全周期，那么不启动电化学单元13。这避免了在数分钟之后停用所述电化学单元13以及与这种在其启动之后(在安全周期结束之前)过短时间的切断相关联的损坏。
在由于不稳定性所致的非启动的此情况下，过剩的电力(未由设备2使用)在可能的情况下用于对存储装置11进行充电(且在最差情况情境下，被损耗，但由于这无法持续超过数分钟，因此是可忽略的)。
关于燃料电池12，当(且有利地仅当，其中具有稍后将描述的可能的单个例外)所述电力余量小于第二阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性时启动燃料电池12，所述第二阈值小于所述第一阈值。
第二阈值有利地基本为零。换句话说，仅当0≥ΔP，即，PF≤PC时，或换句话说，当电源10并不提供充分电力但以可持续方式对至少设备2进行供电时安排氢的消耗。
更确切地说，即使电力不充分，但如果临时数据显示这将不会持续超过安全周期(这意味着电源10将提供足以在数分钟内对至少设备2进行供电的电力且因此氢的消耗将不再是必要的)，那么不启动燃料电池12。这避免了在数分钟之后停用燃料电池12以及与这种在其启动之后(在安全周期结束之前)过短时间的切断相关联的损坏。
在此时间流逝期间，设备2使存储装置11放电以便恢复电力的剩余部分PC-PF。由于此情形不应持续超过数分钟，因此蓄电池的电量通常相当充分。
应注意，即使在以下情况下时仍可设想燃料电池12的应急启动：所述电力余量小于第二阈值且所述数据是所述电力余量的后续增大的特性，所述第二阈值小于第一阈值；由存储装置11存储的能量的量不足以在所述安全周期期间对设备2进行供电。
这避免了有问题的情形：其中设备2的供电将被突然中断，从而导致服务质量问题且潜在地在设备2是至关重要的(电信设备、军事设备等)时导致严重后果。
更确切地说，如果Q是蓄电池的电量且系统1(且在必要时设备2)以电压U进行操作，那么在Q*U＜(PC-PF)*tSEC时执行应急启动。
如果电力余量在两个阈值之间的中间区中(换句话说，如果电源10提供足以对设备2但无法同时对设备2和电化学单元13进行供电的电力)，即，PH2＞ΔP＞0，即，PC+PH2＞PF＞PC，那么某些决策有利地由控制模块30作出以便再次优化系统1的性能，同时又保护电化学元件12和13。
换句话说，相对于第二阈值，当(且有利地仅当)所述电力余量大于第二阈值且所述数据不是所述电力余量的后续降低的特性时-换句话说，当电源10提供足以对至少设备2进行供电但以可持续方式进行供电的电力时，优选地停用(在先前活动状态的情况下)燃料电池12。
更确切地说，尽管提供的电力目前是充分的且因此在理论上不再需要消耗二氢，但如果临时数据显示这将不会持续超过安全周期(这意味着由电源10提供的电力同样将不足以在数分钟内对至少设备2进行供电，且因此氢的消耗将同样是必要的)，那么燃料电池12将不被停用，即，将保持启动。这避免了在数分钟之后重新启动燃料电池12以及与在其停用之后(在安全周期结束之前)过短时间的此类接通相关联的损坏。
类似地，相对于第一阈值，当(且有利地仅当，其中具有稍后将描述的可能的单个异常)所述电力余量小于第一阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性时-换句话说，当电源10并不提供充分电力以同时对设备2和电化学单元13两者进行供电但以可持续方式进行供电时，优选地停用电化学单元13(在先前活动状态的情况下)。
更确切地说，即使总功率不足以继续产生二氢，但如果临时数据显示这将不会持续超过安全周期(这意味着电源10将在数分钟内提供充分电力以同时对设备2和电化学单元13两者进行供电，且因此氢的产生将同样是可能的)，那么电化学单元13不被停用，即，保持启动。这避免了在数分钟之后重新启动所述电化学单元13以及与在其停用之后(在安全周期结束之前)过短时间的此接通相关联的损坏。
在此时间流逝期间，设备2使用间歇性电源10的能量，同时电化学单元13使存储装置11放电以便恢复电力的剩余部分PC+PH2-PF。由于此情形不应持续超过数分钟，因此蓄电池的电量通常相当充分。
应注意，甚至在以下情况下仍可设想电化学单元13的应急停用：所述电力余量小于第一阈值且所述数据是所述电力余量的后续增大的特性；由电存储装置11存储的能量的量不足以在所述安全周期期间对电化学单元13进行供电。
这避免了有问题的情形：其中对电化学单元13的供电将被突然中断，从而导致比由于停用和紧密发生的停用所致的过早老化更严重的损坏。
更确切地说，如果Q是蓄电池的电量且系统1(且在必要时设备2)以电压U进行操作，那么在Q*U＜(PC+PH2-PF)*tSEC时执行应急启动。
应注意，在这种情况下，可设想电化学单元13的后续重新启动可在电力余量ΔP增大超出第一阈值后被延迟。
方法
根据第二方面，本发明涉及实施根据本发明的第一方面的方法的系统1。
此系统1包括间歇性电源10、电存储装置11、燃料电池12、用于产生所述燃料13的电化学单元和控制模块30(且在必要时电气或化学辅助设备)。
控制模块30被配置成实施：
-用于取决于由设备2消耗的由系统1供应的电力和由间歇性电源10提供的电力确定系统1的电力余量的模块；
-用于接收表示在安全周期期间所述电力余量的稳定性的数据的模块；
-用于在所述电力余量大于第一阈值且所述数据不是所述电力余量的后续降低的特性时启动电化学单元13的模块；
-用于在以下情况下启动燃料电池12的模块：所述电力余量小于第二阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性，所述第二阈值小于第一阈值(且有利地甚至所述电力余量小于第二阈值且所述数据是所述电力余量的后续增大的特性，所述第二阈值小于第一阈值；由电存储装置11存储的能量的量不足以在所述安全周期期间对设备2进行供电)。
有利地，控制模块30还实施：
-用于在所述电力余量大于第二阈值且所述数据不是所述电力余量的后续降低的特性时停用燃料电池12的模块，
-用于在以下情况下停用电化学单元13的模块：所述电力余量小于第一阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性(且有利地甚至所述电力余量小于第一阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性；由电存储装置11存储的能量的量不足以在所述安全周期期间对设备2和电化学单元13进行供电)。

Claims (11)

1.一种用于通过系统(1)对设备(2)进行供电的方法，所述系统(1)包括间歇性电源(10)、电存储装置(11)、燃料电池(12)和用于产生所述燃料的电化学单元，其特征在于，所述方法包括由控制模块(30)实施的步骤，所述步骤为：
a)取决于由所述设备(2)消耗的电力和由所述间歇性电源(10)供应的电力确定所述系统(1)的电力余量；
b)接收表示在安全周期期间所述电力余量的稳定性的数据,所述安全周期是所述燃料电池(12)或所述电化学单元(13)进行连续操作以便防止其受损的最小推荐持续时间,所述表示所述电力余量的稳定性的数据包含对间歇性电源(10)的产量和/或设备(2)的消耗具有影响的所有信息；
c)控制所述燃料电池(12)和所述电化学单元(13)，其方式使得：
在所述电力余量大于第一电力余量阈值且所述数据不是所述电力余量的后续降低的特性时，启动所述电化学单元(13)；
在所述电力余量小于第二电力余量阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性时，启动所述燃料电池(12)，所述第二电力余量阈值小于所述第一电力余量阈值，其中第一电力余量阈值基本对应于所述电化学单元(13)的操作所需的电力，且第二电力余量阈值基本为零。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)涉及控制所述燃料电池(12)以便甚至在以下情况下也启动所述燃料电池(12)：所述电力余量小于第二电力余量阈值且所述数据是所述电力余量的后续增大的特性，所述第二电力余量阈值小于所述第一电力余量阈值；由所述电存储装置(11)存储的能量的量不足以在所述安全周期期间对所述设备(2)进行供电。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中步骤(c)涉及控制所述燃料电池(12)以便在所述电力余量大于所述第二电力余量阈值且所述数据不是所述电力余量的后续降低的特性时停用所述燃料电池(12)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤(c)涉及控制所述电化学单元(13)以便在所述电力余量小于所述第一电力余量阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性时停用所述电化学单元(13)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤(c)涉及控制所述电化学单元(13)以便甚至在以下情况下也停用所述电化学单元(13)：所述电力余量小于所述第一电力余量阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性；由所述电存储装置(11)存储的能量的量不足以在所述安全周期期间对所述设备(2)和所述电化学单元(13)进行供电。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述安全周期介于一分钟与十分钟之间。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电化学单元(13)由至少一个电解器组成。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述电化学单元(13)和所述燃料电池(12)是单个可逆设备。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述燃料是二氢。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电存储装置(11)由至少一个蓄电池和/或至少一个超级电容器和/或至少一个飞轮组成。
11.一种系统(1)，其包括间歇性电源(10)、电存储装置(11)、燃料电池(12)、用于产生所述燃料(13)的电化学单元和控制模块(30)，所述控制模块(30)被配置成实施：
用于取决于由设备(2)消耗的由所述系统(1)供应的电力和由所述间歇性电源(10)提供的电力确定所述系统(1)的电力余量的模块；
用于接收表示在安全周期期间所述电力余量的稳定性的数据的模块,所述安全周期是所述燃料电池(12)或所述电化学单元(13)进行连续操作以便防止其受损的最小推荐持续时间,所述表示所述电力余量的稳定性的数据包含对间歇性电源(10)的产量和/或设备(2)的消耗具有影响的所有信息；
用于在所述电力余量大于第一电力余量阈值且所述数据不是所述电力余量的后续降低的特性时启动所述电化学单元(13)的模块；
用于在所述电力余量小于第二电力余量阈值且所述数据不是所述电力余量的后续增大的特性时启动所述燃料电池(12)的模块，所述第二电力余量阈值小于所述第一电力余量阈值，其中第一电力余量阈值基本对应于所述电化学单元(13)的操作所需的电力，且第二电力余量阈值基本为零。
CN201780033005.6A 2016-05-30 2017-05-30 用于通过自主混合站对设备进行供电的方法 Active CN109196748B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1654835A FR3051987B1 (fr) 2016-05-30 2016-05-30 Procede d'alimentation electrique d'un equipement par une station autonome hybride
FR1654835 2016-05-30
PCT/FR2017/051338 WO2017207910A1 (fr) 2016-05-30 2017-05-30 Procede d'alimentation electrique d'un equipement par une station autonome hybride

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109196748A CN109196748A (zh) 2019-01-11
CN109196748B true CN109196748B (zh) 2022-04-15

Family

ID=57485567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780033005.6A Active CN109196748B (zh) 2016-05-30 2017-05-30 用于通过自主混合站对设备进行供电的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11271230B2 (zh)
EP (1) EP3465861B1 (zh)
JP (1) JP7046010B2 (zh)
CN (1) CN109196748B (zh)
FR (1) FR3051987B1 (zh)
WO (1) WO2017207910A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7120055B2 (ja) * 2019-01-30 2022-08-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR102228132B1 (ko) * 2020-11-02 2021-03-17 (주)시그넷이브이 수소연료전지차량 및 전기차량 충전을 위한 ess 시스템
FR3134545A1 (fr) * 2022-04-15 2023-10-20 Powidian Utilisation spécifique d’un véhicule à pile à combustible

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008043943A1 (fr) * 2006-10-11 2008-04-17 Electricite De France Dispositif electrochimique comprenant un electrolyte ceramique conducteur de protons
CN101855769A (zh) * 2007-07-25 2010-10-06 特鲁丽特公司 管理混合电力的产生及应用的装置、系统和方法
CN103219791A (zh) * 2012-01-21 2013-07-24 电联运通股份有限公司 能源切换装置及方法
WO2013153103A1 (fr) * 2012-04-10 2013-10-17 Universite De Rennes 1 Dispositif de pile a combustible a electrolytes circulant par percolation au travers d'electrodes de structure tridimensionnelle poreuse
CN104734168A (zh) * 2015-03-13 2015-06-24 山东大学 一种基于电热联合调度的微电网运行优化系统及方法
US9231267B2 (en) * 2009-02-17 2016-01-05 Mcalister Technologies, Llc Systems and methods for sustainable economic development through integrated full spectrum production of renewable energy
CN105305506A (zh) * 2015-09-29 2016-02-03 四川师范大学 一种多源复合型超导微电网系统及其能量管理方法
CN105429173A (zh) * 2015-11-23 2016-03-23 华北电力大学 一种基于燃料电池与风能的分布式能源系统

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0136187A3 (en) * 1983-09-29 1986-10-22 Engelhard Corporation Fuel cell/battery hybrid system having battery charge-level control
JPH1146460A (ja) * 1997-03-14 1999-02-16 Toshiba Corp 電力貯蔵システム
JP2004129314A (ja) 2000-03-17 2004-04-22 Soichi Sato 蓄電装置を備えた熱電併給システム
JP2002075388A (ja) 2000-08-25 2002-03-15 Sekisui Chem Co Ltd 給電システムの稼動方法および給電システム
JP4128792B2 (ja) 2002-03-28 2008-07-30 荏原バラード株式会社 燃料処理装置
JP4594631B2 (ja) * 2004-02-27 2010-12-08 株式会社東芝 燃料電池ユニットおよび燃料電池ユニットの制御方法
JP2006345649A (ja) 2005-06-09 2006-12-21 Hitachi Zosen Corp 風力発電を利用した水電解水素発生装置およびその運転方法
JP2008011614A (ja) 2006-06-28 2008-01-17 Honda Motor Co Ltd 水素生成システム
EP2048759A1 (fr) * 2007-10-09 2009-04-15 EM Microelectronic-Marin SA Installation de production et de stockage d'énergie renouvelable
EP2639922B1 (en) * 2010-11-10 2017-12-06 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Operation planning method and operation planning device
FR2972867B1 (fr) * 2011-03-17 2014-02-07 Cassidian Sas Systeme d'alimentation electrique hybride autonome d'un equipement electrique et unite et procede de gestion du systeme
FI125987B (fi) 2011-06-30 2016-05-13 Convion Oy Menetelmä ja järjestely suojakaasujen tarpeen minimoimiseksi
DE102011055250A1 (de) * 2011-11-10 2013-05-16 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Erbringung von Regelleistung unter Verwendung von Energiespeichern
JP6005503B2 (ja) 2012-12-21 2016-10-12 株式会社東芝 水素電力供給システム
WO2014119291A1 (ja) * 2013-01-31 2014-08-07 パナソニック株式会社 燃料電池の起動装置、燃料電池の起動方法、及び、燃料電池の起動システム
JP2014216062A (ja) 2013-04-22 2014-11-17 コニカミノルタ株式会社 ２次電池型燃料電池システム及びそれを備えた給電システム
WO2017089468A1 (de) * 2015-11-25 2017-06-01 Hps Home Power Solutions Gmbh Hausenergieanlage und betriebsverfahren zum betreiben einer hausenergieanlage

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008043943A1 (fr) * 2006-10-11 2008-04-17 Electricite De France Dispositif electrochimique comprenant un electrolyte ceramique conducteur de protons
CN101855769A (zh) * 2007-07-25 2010-10-06 特鲁丽特公司 管理混合电力的产生及应用的装置、系统和方法
US9231267B2 (en) * 2009-02-17 2016-01-05 Mcalister Technologies, Llc Systems and methods for sustainable economic development through integrated full spectrum production of renewable energy
CN103219791A (zh) * 2012-01-21 2013-07-24 电联运通股份有限公司 能源切换装置及方法
WO2013153103A1 (fr) * 2012-04-10 2013-10-17 Universite De Rennes 1 Dispositif de pile a combustible a electrolytes circulant par percolation au travers d'electrodes de structure tridimensionnelle poreuse
CN104734168A (zh) * 2015-03-13 2015-06-24 山东大学 一种基于电热联合调度的微电网运行优化系统及方法
CN105305506A (zh) * 2015-09-29 2016-02-03 四川师范大学 一种多源复合型超导微电网系统及其能量管理方法
CN105429173A (zh) * 2015-11-23 2016-03-23 华北电力大学 一种基于燃料电池与风能的分布式能源系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP3465861B1 (fr) 2020-05-13
EP3465861A1 (fr) 2019-04-10
US20200328440A1 (en) 2020-10-15
FR3051987A1 (fr) 2017-12-01
US11271230B2 (en) 2022-03-08
JP7046010B2 (ja) 2022-04-01
JP2019518407A (ja) 2019-06-27
FR3051987B1 (fr) 2018-05-18
CN109196748A (zh) 2019-01-11
WO2017207910A1 (fr) 2017-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Model construction and energy management system of lithium battery, PV generator, hydrogen production unit and fuel cell in islanded AC microgrid
CN1551393B (zh) 化学发电
US4084038A (en) Electrical power generation and storage system
EP3206276A1 (en) Energy storage system and management method thereof
KR101829311B1 (ko) 주파수 조정용 친환경 에너지 저장 시스템
CN109196748B (zh) 用于通过自主混合站对设备进行供电的方法
CN110571857A (zh) 基于光伏与燃料电池联合发电系统的能源管理协调系统
JP7286071B2 (ja) 水素供給システム及び水素供給方法
CN114374220A (zh) 一种电化学电池-电解水制氢-储氢-氢燃料电池耦合储能系统及控制方法
US10541433B2 (en) Fuel cell-fuel cell hybrid system for energy storage
CN113690938A (zh) 一种基于功率模型预测的制氢系统控制方法
Hossain et al. Solar PV-Hydrogen Fuel cell system for electrification of a remote village in Bangladesh
Abdin et al. A review of renewable hydrogen hybrid energy systems towards a sustainable energy value chain
CN113949054A (zh) 电网自治系统及方法
CN105845956A (zh) 一体式甲醇重整燃料电池系统
Faizan et al. An overview of fuel cell based distribution generation integration
WO2019140705A1 (zh) 电光充电、充氢燃料电池
Saini et al. Performance evaluation and simulation of solar panel, wind mill, fuel cell hybrid system for small scale energy harvesting
JP2018165392A (ja) 水電解システム
CN113922397A (zh) 一种风、光、水等分布式能源发电的混合储能系统及方法
Ali et al. Intelligent hybrid energy system and grid integration using microcontrollers
Awad et al. Hybrid PV/FC system design and simulation
KR102589167B1 (ko) 고온형 수전해-연료전지 시스템 및 그 운전방법
KR20200123884A (ko) 선박평형수 처리시스템을 이용한 고체산화물 연료전지 시스템
CN109818374B (zh) 一种综合能源发电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20201209

Address after: Fa Guobalishi

Applicant after: French National Research Center

Applicant after: UNIVERSITE D'ORLEANS

Address before: Fa Guobalishi

Applicant before: French National Research Center

Applicant before: UNIVERSITE D'ORLEANS

Applicant before: CRESITT IND

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant