CN109818374B - 一种综合能源发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种综合能源发电系统，包括第一控制器、第二控制器、清洁能源发电子系统、储能子系统、金属空气电池子系统和负载；所述清洁能源发电子系统、储能子系统和负载依次连接，所述负载还连接所述金属空气电池子系统；所述第一控制器用于控制所述清洁能源发电子系统发电并将电能存储于所述储能子系统；所述第二控制器用于控制所述储能子系统为所述负载供电；所述金属空气电池子系统用于当所述储能子系统电压不足时为所述负载供电。本发明将金属空气电池子系统作为备用电池，辅助清洁能源发电子系统发电，能够保证输出稳定的电压与电流供负载使用。
Description
技术领域
本发明属于发电领域，具体涉及一种综合能源发电系统。
背景技术
在孤岛等场合，没有市电，但可能有通讯基站、海洋岛屿居民、南极考察站、边防基地、自然灾害区域、紧急停电场所等用电需求。虽然有太阳能和风力存在，可以安装太阳能发电系统和风力发电系统，但也经常出现天气不好或夜晚太阳能不能发电、风力发电不稳定等情况，不能获得稳定的输出电压与电流供负载使用，另外，储能系统也是制约正常供电的瓶颈，因此急需一种能够获得稳定的输出电压与电流以保证负载正常使用的供电系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种综合能源发电系统，能够获得稳定的输出电压与电流以保证负载正常使用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种综合能源发电系统，包括第一控制器、第二控制器、清洁能源发电子系统、储能子系统、金属空气电池子系统和负载；
所述清洁能源发电子系统、储能子系统和负载依次连接，所述负载还连接所述金属空气电池子系统；
所述第一控制器用于控制所述清洁能源发电子系统发电并将电能存储于所述储能子系统；
所述第二控制器用于控制所述储能子系统为所述负载供电；
所述金属空气电池子系统用于当所述储能子系统电压不足时为所述负载供电。
可选的，所述金属空气电池子系统包括检测模块和控制模块；
所述检测模块用于采集所述储能子系统的输出电压；所述控制模块用于控制所述金属空气电池子系统的启停。
可选的，所述控制模块用于当所述储能子系统的输出电压值低于设定电压值时，控制所述金属空气电池子系统开始为所述负载供电直到所述输出电压值到达所述设定电压值。
可选的，所述金属空气电池子系统还包括反应池、电解质箱及第一泵送装置、硅全氟聚醚油箱及第二泵送装置；
所述第一泵送装置用于将所述电解质箱中的电解质泵入所述反应池；所述第二泵送装置用于将所述硅全氟聚醚油箱中的硅全氟聚醚油泵入所述反应池。
可选的，所述反应池位于所述电解质箱及第一泵送装置和硅全氟聚醚油箱及第二泵送装置的上方。
可选的，所述清洁能源发电子系统为太阳能电池板和/或风车。
可选的，所述第一控制器为光伏控制器和/或风电控制器。
可选的，所述储能子系统为锂离子电池。
可选的，还包括DC/DC变换器和逆变器；
所述DC/DC变换器输入端连接所述储能子系统和金属空气电池子系统，所述DC/DC变换器输出端连接所述逆变器，所述逆变器连接所述负载。
可选的，所述金属空气电池子系统阳极为疏水性阳极。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明将金属空气电池子系统作为备用电池，辅助清洁能源发电子系统发电，二者组成综合能源发电系统，能够保证输出稳定的电压与电流供负载使用，并且本发明中的金属空气电池子系统配备阳极防护油，在不使用时对阳极进行防护，大大减少自腐蚀，延长阳极使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种综合能源发电系统结构示意图；
1-第一控制器，2-清洁能源发电子系统，3-第二控制器，4-储能子系统，5-金属空气电池子系统，6-DC/DC变换器，7-逆变器，8-负载。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种综合能源发电系统，能够获得稳定的输出电压与电流以保证负载正常使用。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种综合能源发电系统结构示意图；如图1所示，一种综合能源发电系统，包括第一控制器1、清洁能源发电子系统2、第二控制器3、储能子系统4、金属空气电池子系统5、DC/DC变换器6、逆变器7和负载8；
所述清洁能源发电子系统2、储能子系统4、DC/DC变换器6、逆变器7和负载8依次连接，所述DC/DC变换器6还连接所述金属空气电池子系统5；
所述第一控制器1用于控制所述清洁能源发电子系统2发电并将电能存储于所述储能子系统3；
所述第二控制器用于控制所述储能子系统4为所述负载8供电并控制所述金属空气电池子系统5开机或关机，其中，控制所述金属空气电池子系统5开机即控制金属空气电池子系统5处于待工作状态。
其中，所述清洁能源发电子系统2为太阳能电池板和/或风车；所述储能子系统4为锂离子电池；所述第一控制器1为光伏控制器和/或风电控制器。
所述第二控制器3的控制方式可以为：
手动控制：通过设备上的开关进行启动和停机操作。
自动控制：通过设备上预设控制程序进行控制。控制参数为储能子系统4的电压(比如100V)，通过控制面板或网络模块设置参数控制。
远程控制：通过网络客户端发送控制指令进行远程控制。
所述金属空气电池子系统5包括检测模块和控制模块；所述检测模块用于采集所述储能子系统4的输出电压；所述控制模块用于控制所述金属空气电池子系统5的启停。具体的，所述控制模块用于当所述储能子系统4的输出电压值低于设定电压值时，控制所述金属空气电池子系统5开始为所述负载8供电直到所述输出电压值到达所述设定电压值。
所述金属空气电池子系统5还包括反应池、电解质箱及第一泵送装置、硅全氟聚醚油箱及第二泵送装置；所述反应池位于所述电解质箱及第一泵送装置和硅全氟聚醚油箱及第二泵送装置的上方，当所述金属空气电池子系统5开始工作时，所述反应池中的硅全氟聚醚油自动落回硅全氟聚醚油箱中，所述第一泵送装置将所述电解质箱中的电解质泵入所述反应池，金属空气电池子系统5开始发电；当所述金属空气电池子系统5停止工作时，所述反应池中的电解质自动落回电解质箱中，所述第二泵送装置将所述硅全氟聚醚油箱中的硅全氟聚醚油泵入所述反应池，避免阳极在碱性电解质中自腐蚀和产物残留在阳极表面影响反应活性，对反应池中的阳极进行防护，其中，所述阳极为疏水性阳极，优选为石墨烯铝、石墨烯镁、纳米晶金属铝和纳米晶金属镁。
其中，设置硅全氟聚醚油箱的好处是：金属空气电池子系统5停止工作时，尽管电解质落回电解质箱，但金属阳极上仍存在一层薄的电解质腐蚀阳极。如果有了防护油箱，及时在电解质离开反应室时，迅速补充防护油，防护油立即驱赶电解质离开阳极，减少了阳极的自腐蚀发生，可使自腐蚀率由原来30％/月降低到0.002％/月，大大减少自腐蚀，延长阳极使用寿命。
具体的，所述综合能源发电系统的工作过程为：
启动清洁能源发电子系统2，并通过第一控制器1对储能子系统4进行充电，同时第一控制器1启动储能子系统4供电，储能子系统4输出的电能通过DC/DC变换器6和逆变器7转变为通用交流电，供负载8使用；通过第二控制器3对金属空气电池子系统5进行开机。
金属空气电池子系统5的检测模块实时检测储能子系统4的输出电压，当检测模块检测到储能子系统4的输出电压低于设定电压时，金属空气电池子系统5开始启动，第一泵送装置将电解质泵入反应池，此时，金属空气电池子系统5与储能子系统4并行供电，两子系统都通过DC/DC变换器6并流进入逆变器7转变为通用交流电，供负载8使用；若储能子系统4不能维持设定电压运行，即清洁能源发电子系统2发电量不足，储能子系统4可退出供电，只接收和存储清洁能源发电子系统2的电能，由金属空气电池子系统5单独供电。
当金属空气电池子系统5的检测模块检测到储能子系统4的电压到达设定电压值，金属空气电池子系统5中的控制模块控制金属空气电池子系统5停止工作，此时系统自动切换到储能子系统4供电。
金属空气电池子系统5停止工作后，更换金属空气电池子系统5中的电池部分，同时更换电解质，过滤出废电解质中金属氢氧化物，烘干煅烧，得到金属氧化物，作为制备金属阳极原材料。
本发明以储能子系统4供电为主，金属空气电池子系统5为辅，作为弥补太阳能电池板和风力发电间歇性及不稳定性造成的储能子系统4电压不稳的不足，能够使整个供电系统并流后供电稳定。
本发明还公开了以下技术效果：
当晴天天气好或风力较好时，清洁能源发电子系统发电；当遇到雨天或风力不好时且储能子系统不能保证输出稳定电压或输出电压低于设定值，金属空气电池子系统自动启动，提供综合能源发电系统的持续性保障发电。金属空气电池发电子系统具有全天候保障能力，能够大幅度提高系统供电保障能力，降低对天气的依赖，极大提升系统的可靠性。
金属空气电池子系统的阳极采用疏水性阳极，并且电解质与硅全氟聚醚油随着金属空气电池使用和停机交替进入和排出，使阳极自腐蚀率降到0.052％/月，比锂离子电池自腐蚀率还要低，比能量密度达到800～1300Wh/kg。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种综合能源发电系统，其特征在于，包括第一控制器、第二控制器、清洁能源发电子系统、储能子系统、金属空气电池子系统和负载；
所述清洁能源发电子系统、储能子系统和负载依次连接，所述负载还连接所述金属空气电池子系统；
所述第一控制器用于控制所述清洁能源发电子系统发电并将电能存储于所述储能子系统；
所述第二控制器用于控制所述储能子系统为所述负载供电；
所述金属空气电池子系统还包括反应池、电解质箱、第一泵送装置、硅全氟聚醚油箱和第二泵送装置；所述第一泵送装置用于将所述电解质箱中的电解质泵入所述反应池；所述第二泵送装置用于将所述硅全氟聚醚油箱中的硅全氟聚醚油泵入所述反应池；所述金属空气电池子系统用于当所述储能子系统电压不足时单独为所述负载供电；所述金属空气电池子系统还用于与所述储能子系统并行为所述负载供电。
2.根据权利要求1所述的一种综合能源发电系统，其特征在于，所述金属空气电池子系统包括检测模块和控制模块；
所述检测模块用于采集所述储能子系统的输出电压；所述控制模块用于控制所述金属空气电池子系统的启停。
3.根据权利要求2所述的一种综合能源发电系统，其特征在于，所述控制模块用于当所述储能子系统的输出电压值低于设定电压值时，控制所述金属空气电池子系统开始为所述负载供电直到所述输出电压值到达所述设定电压值。
4.根据权利要求1所述的一种综合能源发电系统，其特征在于，所述反应池位于所述电解质箱及第一泵送装置和硅全氟聚醚油箱及第二泵送装置的上方。
5.根据权利要求1所述的一种综合能源发电系统，其特征在于，所述清洁能源发电子系统为太阳能电池板和/或风车。
6.根据权利要求1所述的一种综合能源发电系统，其特征在于，所述第一控制器为光伏控制器和/或风电控制器。
7.根据权利要求1所述的一种综合能源发电系统，其特征在于，所述储能子系统为锂离子电池。
8.根据权利要求1所述的一种综合能源发电系统，其特征在于，还包括DC/DC变换器和逆变器；
所述DC/DC变换器输入端连接所述储能子系统和金属空气电池子系统，所述DC/DC变换器输出端连接所述逆变器，所述逆变器连接所述负载。
9.根据权利要求1所述的一种综合能源发电系统，其特征在于，所述金属空气电池子系统阳极为疏水性阳极。
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