CN109950588A - 一种基于固体氢技术的发电站系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于固体氢技术的发电站系统，包括：用于制取氢气的固体氢发生装置，所述固体氢发生装置包括并联式氢气发生装置、水泵、固体氢、压力探测器、温度探测器以及水循环冷却系统；用于发电的燃料电池装置，所述燃料电池装置包括串联式燃料电池组、空压机、冷却系统以及氢气循环系统。根据本发明，固体氢发电站是一种环境友好型发电装置，其最终产物为水、热能和电能，具有良好的环境发展可持续性、资源利用率及安全可控性、运营安全性及经济效益，通过发电中心控制系统控制电能源的产生量，区别于传统氢能源发电站在于无需高压氢气瓶，转换效率远高于传统的火力发电站，发电装置简单，燃料电池装置无需传统的氢循环系统及加湿系统。

Description

一种基于固体氢技术的发电站系统

技术领域

本发明涉及发电系统技术领域，特别涉及一种基于固体氢技术的发电站系统。

背景技术

截至2018年11月，我国火电占比72.9％，水电占比16.9％，核电占比4.2％，太阳占比能1.3％；其中火电即燃烧煤炭资源产生电力，运输成本及环境污染成本较高，水电集中于西南地区，电力运输损耗及成本较高；目前，氢能作为电能来源占比较小，且氢气纯净性、高压输送安全性及成本严重影响其进一步广泛应用；综合考虑成本与环境因素，资源分配、人口分布和经济发达程度不同，必然造成某些地区电力的需求缺口，在偏远地区或特别是发生自然灾害等区域，清洁、稳定的电力来源是是保障经济民生的必需品；

40239中国公告公報2013800326813号涉及的氢产生装置具有收容以氢化镁为主要成分的镁基氢化物粉末以及酸性物粉末的混合粉末的圆筒状的储存室、储水的储水室与燃料电池。向储存室插入有从储水室导出的注水管，从而从储水室向储存室供给水。当向储存室供水时，镁基氢化物粉末按照化学式所记载那样进行水解，而产生氢。向燃料电池供给所产生的氢，从而用于发电。

但是现在的发电系统存在一定的问题，其一，现有的发电站都是通过不可再生的能源进行耗能发电，使得资源消耗大，而且是不可再生能源发电，在成本上就大大增高。其二，现有发电站用不可再生资源，也会一定的程度造成环境的污染。其三，传统的氢能发电站需要高压氢气瓶，装置繁杂，操作的程序复杂。

有鉴于此，实有必要开发一种基于固体氢技术的发电站系统，用以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于固体氢技术的发电站系统，固体氢发电站是一种环境友好型发电装置，其最终产物为水、热能和电能，具有良好的环境发展可持续性、资源利用率及安全可控性、运营安全性及经济效益，通过发电中心控制系统控制电能源的产生量，区别于传统氢能源发电站在于无需高压氢气瓶，转换效率远高于传统的火力发电站，发电装置简单，燃料电池装置无需传统的氢循环系统及加湿系统，为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种基于固体氢技术的发电站系统，包括：

用于制取氢气的固体氢发生装置，所述固体氢发生装置包括并联式氢气发生装置，与并联式氢气发生装置并联式连通有水泵、固体氢、压力探测器、温度探测器以及水循环冷却系统；

用于发电的燃料电池装置，所述燃料电池装置包括串联式燃料电池组，与串联式燃料电池组并联式连通有空压机、冷却系统以及氢气循环系统，

其中，并联式氢气发生装置包含多个氢发舱，并联式氢气发生装置设有集中管道，每个所述氢发舱并联式连通于所述集中管道，每个所述氢发舱装置有压力探测器及温度探测器，并联式氢气发生装置通过装置有湿度检测仪的管道连接于串联式燃料电池组。

优选的，并联式氢气发生装置通过装置有水阀的管道与水泵连接，并联式氢气发生装置并联式连通有固体氢及水循环冷却系统。

优选的，串联式燃料电池组内部顶端设有氢气进口及氢气出口，氢气循环系统一端连接于所述氢气进口，另一端连接于所述氢气出口，氢气循环系统中装置有氢气检测仪。

优选的，串联式燃料电池组有多个小燃料电池组，所述小燃料电池组通过串联的方式将电流连接于电流整流装置。

优选的，所述电流整流装置包括DC/DC、逆变器及变压器。

优选的，DC/DC连接于电动车，逆变器连接于民用及工业，变压器通过电连接连接于逆变器，变压器连接于远距离供电。

优选的，还包括控制系统，所述控制系统连接有压力探测器、温度探测器、湿度检测仪、所述氢气检测仪及所述水阀。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：固体氢发电站是一种环境友好型发电装置，其最终产物为水、热能和电能，具有良好的环境发展可持续性、资源利用率及安全可控性、运营安全性及经济效益，通过发电中心控制系统控制电能源的产生量，区别于传统氢能源发电站在于无需高压氢气瓶，转换效率远高于传统的火力发电站，发电装置简单，燃料电池装置无需传统的氢循环系统及加湿系统。

附图说明

图1为根据本发明的基于固体氢技术的发电站系统的原理流程框图；

图2为根据本发明的基于固体氢技术的发电站系统的原理示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。

参照图1-2，基于固体氢技术的发电站系统，包括：

用于制取氢气的固体氢发生装置，所述固体氢发生装置包括并联式氢气发生装置1、水泵5、固体氢6、压力探测器4、温度探测器7以及水循环冷却系统3；

用于发电的燃料电池装置，所述燃料电池装置包括串联式燃料电池组2、空压机10、冷却系统9以及氢气循环系统8，

其中，并联式氢气发生装置1包含多个氢发舱，每个所述氢发舱通过管道集中连接于大口径管道，每个所述氢发舱均装置有压力探测器4及温度探测器7，并联式氢气发生装置1通过装置有湿度检测仪14的管道连接于串联式燃料电池组2，并联式固体氢发生装置1，每个氢发生舱体独立运行，通过管路集中于大口径管路，相互之间不会发生干扰，某一个装置失效时，整个系统可正常运行。

进一步的，并联式氢气发生装置1通过装置有水阀管道与水泵5连接，并联式氢气发生装置1通过管道依次连接有固体氢6及水循环冷却系统3。

进一步的，串联式燃料电池组2内部顶端均设有氢气进口及氢气出口，氢气循环系统8一端连接于所述氢气进口，另一端连接于所述氢气出口，氢气循环系统8中装置有氢气检测仪，所述氢气湿度探测器实时监控舱体中释放的氢气中水汽的含量，反馈信息至控制系统，调节水泵等，保证每个舱体中产生的氢气湿度在恒定区间范围。

进一步的，串联式燃料电池组2有多个小燃料电池组，所述小燃料电池组通过串联的方式将电流连接于电流整流装置，串联式燃料电池组2可将每个小电池组产生的电流进行整合，把小电流转变为大电流。

冷却系统实时对燃料电池进行冷却降温，保证燃料电池运行安全性，所述氢气检测仪实时监控燃料电池出气口中氢气含量，并将信号反馈至氢产生装置控制器，以调节氢气产出量，保证在燃料电池出气口位置基本无氢气流出，这样就保证整体工作的效率，也不会造成资源过度的浪费。

进一步的，所述电流整流装置包括DC/DC11、逆变器12及变压器13。

进一步的，DC/DC11连接于电动车，DCDC11可将收集的电流进行电压力值进行转换，使得电压适合电动汽车等需要直流电源的产品使用，逆变器12连接于民用及工业，变压器13通过电连接连接于逆变器12，变压器13连接于远距离供电。

进一步的，还包括控制系统，所述控制系统连接有压力探测器4、温度探测器7、湿度检测仪14、所述氢气检测仪及所述水阀。

固体氢6，即固体氢6与水反应产生氢气。固体氢6与水泵5提供反应所需的水来源，配备水阀控制水流量大小，配备水循环冷却系统3控制反应舱体内的温度值，配备压力传感器4检测反应舱体内的压力值，配备气体湿度监测器7监控出气口中气体湿度系数，所述控制系统监控反应舱体内的压力值控制氢气产生量，所述控制系统通过监控反应舱体中的温度值及出气口中的湿度值控制水循环冷却系统3中的水流量；

所述发电站具有燃料电池装置，其由大量的燃料电池组通过串联的方式组成，多个小电池组联合发电提供所需高电压；

所述燃料小电池组是具有阳极、阴极、催化剂、质子膜；具有一定湿度的高纯氢气通过管路及压力阀进入燃料电池装置中，氢气在电池阳极上通过催化剂作用分解为氢质子和电子，带阳电荷的质子穿过质子隔膜到达阴极，带阴电荷的电子则在外部电路运行，从而产生电能；在阴极上的氧在催化剂作用下和电子、氢离子反应生成水，化学反应原理即为水电解的逆反应，阳极H₂→2H⁺+2e^-(阳离子)，阴极1/2O₂+2e^-+2H⁺＝H2O。

所述发电站具有逆变器12及变压器13，即可通过逆变器12将收集的直流电能转换为交流电能，通过变压器13转换为220V/380V/高压电流后并入国家电网以供日常民用工业用电流。所述发电站具有DC-DC11装置，将收集的高压直流电能转换为低压直流对电动汽车等需要低压直流的工业产品进行充电。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种基于固体氢技术的发电站系统，包括：

用于制取氢气的固体氢发生装置，所述固体氢发生装置包括并联式氢气发生装置(1)，与并联式氢气发生装置(1)并联式连通有水泵(5)、固体氢(6)、压力探测器(4)、温度探测器(7)以及水循环冷却系统(3)；以及

用于发电的燃料电池装置，所述燃料电池装置包括串联式燃料电池组(2)，与串联式燃料电池组(2)并联式连通有空压机(10)、冷却系统(9)以及氢气循环系统(8)，

其中，并联式氢气发生装置(1)包含多个氢发舱，并联式氢气发生装置(1)设有集中管道，每个所述氢发舱并联式连通于所述集中管道，每个所述氢发舱均装置有压力探测器(4)及温度探测器(7)，并联式氢气发生装置(1)通过装置有湿度检测仪(14)的管道连接于串联式燃料电池组(2)。

2.如权利要求1所述的基于固体氢技术的发电站系统，其特征在于，并联式氢气发生装置(1)通过装置有水阀的管道与水泵(5)连接，并联式氢气发生装置(1)并联式连通有固体氢(6)及水循环冷却系统(3)。

3.如权利要求1所述的基于固体氢技术的发电站系统，其特征在于，串联式燃料电池组(2)内部顶端设有氢气进口及氢气出口，氢气循环系统(8)一端连接于所述氢气进口，另一端连接于所述氢气出口，氢气循环系统(8)中装置有氢气检测仪。

4.如权利要求1所述的基于固体氢技术的发电站系统，其特征在于，串联式燃料电池组(2)包含多个小燃料电池组，所述小燃料电池组通过串联的方式将电流连接于电流整流装置。

5.如权利要求4所述的基于固体氢技术的发电站系统，其特征在于，所述电流整流装置包括DC/DC(11)、逆变器(12)及变压器(13)。

6.如权利要求5所述的基于固体氢技术的发电站系统，其特征在于，DC/DC(11)连接于电动车，逆变器(12)连接于民用及工业，变压器(13)通过电连接连接于逆变器(12)，变压器(13)连接于远距离供电。

7.如权利要求1所述的基于固体氢技术的发电站系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统连接有压力探测器(4)、温度探测器(7)、湿度检测仪(14)、所述氢气检测仪及所述水阀。