CN113346109B - 一种发电站用燃料电池氢气系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发电站用燃料电池氢气系统及控制方法，气水分离器的第一进气口用于通入氢气，气水分离器的出气口与氢气存储设备的进气口连通，多个燃料电池模组相并联，两端分别与氢气存储设备的出气口、气水分离器的第二进气口通过主管道连通；各燃料电池模组包括多个并联的燃料电池单元，燃料电池单元包括依次通过分管道连接的比例阀和燃料电池模块，比例阀位于燃料电池模块和氢气存储设备之间。本发明提出的技术方案的有益效果是：通过控制各比例阀的开度，控制进入各燃料电池模块的氢气压力，可降低各燃料电池模块水淹的概率。经过各燃料电池模块后汇流的氢气，最后流入气水分离器，与电解水制取的氢气一同进行水分离，从而提高氢气的利用率。

Description

一种发电站用燃料电池氢气系统及控制方法
技术领域
本发明涉及发电站技术领域，尤其涉及一种发电站用燃料电池氢气系统及控制方法。
背景技术
随着我国国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，我们对环境的改善需求也越来越迫切，传统的石油和煤炭对环境造成的危害与日俱增，新能源的替代迫在眉睫。氢能具有热值高、无污染和来源丰富的优点，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。从全球范围来看，世界主要发达国家从资源、环保等角度出发，都高度重视氢能技术和产业的发展氢能是最具发展前景的新能源之一，世界主要国家和能源企业加快氢能产业布局。
燃料电池发电站是燃料电池的一个重要应用方向，燃料电池发电站需要增加容量来满足大功率电力输出，发电站的功率一般都较大，如100MW，但是目前燃料电池系统的额定一般为100kW，使得燃料电池系统容易造成水淹现象。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种发电站用燃料电池氢气系统及控制方法。
本发明的实施例提供一种发电站用燃料电池氢气系统，包括气水分离器、氢气存储设备和多个燃料电池模组；
所述气水分离器的第一进气口用于通入氢气，所述气水分离器的出气口与氢气存储设备的进气口连通，多个所述燃料电池模组相并联，两端分别与所述氢气存储设备的出气口、所述气水分离器的第二进气口通过主管道连通；
各所述燃料电池模组包括多个并联的燃料电池单元，所述燃料电池单元包括依次通过分管道连接的比例阀和燃料电池模块，所述比例阀位于所述燃料电池模块和所述氢气存储设备之间。
进一步地，所述比例阀和所述燃料电池模块之间的分管道上设有分压力传感器，所述分压力传感器用于检测所述分管道的压力。
进一步地，所述主管道上设有主压力传感器，所述主压力传感器用于检测所述主管道上的压力。
进一步地，所述主压力传感器位于所述比例阀和所述氢气存储设备之间的所述主管道上。
进一步地，所述气水分离器的第一进气口与电解槽的出气口连通。
进一步地，所述气水分离器和所述氢气存储设备之间连接有氢气加压设备。
进一步地，所述氢气存储设备上设有减压器。
进一步地，所述燃料电池模块为单堆或多堆。
本发明的实施例还提供一种控制方法，利用上述发电站用燃料电池氢气系统，包括以下步骤：
氢气经过气水分离器的分离，通过氢气存储设备，流入至各燃料电池模块，利用分压力传感器检测分管道的压力，通过控制各比例阀的开度，控制各燃料电池模块内的氢气压力，可降低燃料电池模块阳极水淹的概率，各燃料电池模块的氢气从主管道回流至气水分离器内进行水气分离，再流向燃料电池模组，提高氢气利用率。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过控制各比例阀的开度，控制进入各燃料电池模块的氢气压力，可以降低各燃料电池模块阳极水淹的概率。该氢气系统不包含氢气循环系统，采用“直排”的方式，经过各燃料电池模块后汇流的氢气，最后流入气水分离器，与电解水制取的氢气一同进行水分离，最后加压，存储，再减压流向各燃料电池模组，从而提高氢气的利用率。
附图说明
图1是本发明提供的发电站用燃料电池氢气系统及控制方法一实施例的结构示意图。
图中：电解槽1、气水分离器2、第一进气口21、气水分离器的出气口22、第二进气口23、氢气加压设备3、氢气存储设备4、主压力传感器5、主管道6、分管道7、比例阀CiN、分压力传感器PiN、燃料电池模块PackiN。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参见图1，本发明的实施例提供一种发电站用燃料电池氢气系统，包括电解槽1、气水分离器2、氢气加压设备3、氢气存储设备4和多个燃料电池模组。
所述气水分离器2的第一进气口21用于通入氢气，具体的，所述气水分离器2的第一进气口21与电解槽1的出气口连通。所述气水分离器2的出气口22与氢气存储设备4的进气口连通，所述气水分离器2和所述氢气存储设备4之间连接有氢气加压设备3，将氢气加压后存储在氢气存储设备4中，所述氢气存储设备4上设有减压器，氢气减压后流入至分管道7内。
多个所述燃料电池模组相并联，两端分别与所述氢气存储设备4的出气口、所述气水分离器2的第二进气口23通过主管道6连通。
各所述燃料电池模组包括多个并联的燃料电池单元，所述燃料电池单元包括依次通过分管道7连接的比例阀CiN(i为每个燃料电池模组中燃料电池单元的数量，N为燃料电池模组的数量)和燃料电池模块PackiN(i为每个燃料电池模组中燃料电池单元的数量，N为燃料电池模组的数量)，所述燃料电池模块PackiN为单堆或多堆，所述比例阀CiN位于所述燃料电池模块PackiN和所述氢气存储设备4之间。所述比例阀CiN和所述燃料电池模块PackiN之间的分管道7上设有分压力传感器PiN，所述分压力传感器PiN用于检测所述分管道7的压力，通过控制比例阀CiN的开度可控制进入各分管道7的氢气流量，可准确检测氢气进入分管道7之前的压力。
所述主管道6上设有主压力传感器5，所述主压力传感器5用于检测所述主管道6上的压力。所述主压力传感器5位于所述比例阀CiN和所述氢气存储设备4之间的所述主管道6上，可准确检测氢气进入分管道7之前的压力。
利用电解槽1电解水制取氢气，氢气经过主管道6，到达气水分离器2，将氢气中的水分离，然后氢气经过氢气加压设备3，将氢气加压到一定压力，存储在氢气存储设备4中，至此，氢气制取工艺完成。
氢气存储设备4中的氢气，经过减压器，将氢气压力减到合适的压力范围，该压力值由主压力传感器5测得，氢气经过主压力传感器5后，分成至少两个氢气支路。第一条氢气支路：氢气从主管道6流向第一个燃料电池模组，第一个燃料电池模组包含多个比例阀C11、C21、C31...Ci1，多个燃料电池模块Pack11、Pack21、Pack31...Packi1，多个分压力传感器P11、P21、P31...Pi1，氢气经过第一分管道7上的比例阀C11，进入第一燃料电池模块Pack11，最后汇流至气水分离器2内；氢气经过第二分管道7上的比例阀C21，进入第二燃料电池模块Pack21，最后汇流至气水分离器2内；氢气经过第三分管道7上的比例阀C31，进入第三燃料电池模块Pack31，最后汇流至气水分离器2内；氢气经过第四分管道7上的比例阀C41，进入第四燃料电池模块Pack41，最后汇流至气水分离器2内，与电解水制取的氢气一同进行水分离，最后加压，存储，再减压流向各燃料电池模组，其他氢气支路的原理同上。本实施例中，燃料电池模组为2个，燃料电池模组的数量不限于2个。
本发明的实施例还提供一种控制方法，利用上述发电站用燃料电池氢气系统，包括以下步骤：利用电解槽1电解水制取氢气，氢气经过气水分离器2的分离，通过氢气存储设备4，流入至各燃料电池模块PackiN，利用分压力传感器PiN检测各分管道7的压力，通过控制各比例阀CiN的开度，控制各燃料电池模块PackiN内的氢气压力，可降低燃料电池模块PackiN水淹的概率，各燃料电池模块PackiN的氢气从主管道6回流至气水分离器2内进行水气分离，再流向燃料电池模组，提高氢气利用率。
通过控制各比例阀CiN的开度，控制进入各燃料电池模块PackiN的氢气压力，各燃料电池模块PackiN的氢气压力可由分压力传感器PiN测得，一般情况下，控制进入同一燃料电池模组的各燃料电池模块PackiN的氢气压力相等。进入各燃料电池模块PackiN的氢气流量可以较大，氢气计量比一般为1.5～10之间，可以降低各燃料电池模块PackiN水淹的概率。经过各燃料电池模块PackiN后汇流的氢气，最后流入气水分离器2，与电解水制取的氢气一同进行水分离，最后加压，存储，再减压流向各燃料电池模组，从而提高氢气的利用率。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种发电站用燃料电池氢气系统，其特征在于，包括气水分离器、氢气存储设备和多个燃料电池模组；
所述气水分离器的第一进气口用于通入氢气，所述气水分离器的出气口与氢气存储设备的进气口连通，多个所述燃料电池模组相并联，两端分别与所述氢气存储设备的出气口、所述气水分离器的第二进气口通过主管道连通；
各所述燃料电池模组包括多个并联的燃料电池单元，所述燃料电池单元包括依次通过分管道连接的比例阀和燃料电池模块，所述比例阀位于所述燃料电池模块和所述氢气存储设备之间；
所述比例阀和所述燃料电池模块之间的分管道上设有分压力传感器，所述分压力传感器用于检测所述分管道的压力；
所述气水分离器的第一进气口与电解槽的出气口连通；
所述气水分离器和所述氢气存储设备之间连接有氢气加压设备。
2.如权利要求1所述的发电站用燃料电池氢气系统，其特征在于，所述主管道上设有主压力传感器，所述主压力传感器用于检测所述主管道上的压力。
3.如权利要求2所述的发电站用燃料电池氢气系统，其特征在于，所述主压力传感器位于所述比例阀和所述氢气存储设备之间的所述主管道上。
4.如权利要求1所述的发电站用燃料电池氢气系统，其特征在于，所述氢气存储设备上设有减压器。
5.如权利要求1所述的发电站用燃料电池氢气系统，其特征在于，所述燃料电池模块为单堆或多堆。
6.一种控制方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的发电站用燃料电池氢气系统，包括以下步骤：
氢气经过气水分离器的分离，通过氢气存储设备，流入至各燃料电池模块，利用分压力传感器检测分管道的压力，通过控制各比例阀的开度，控制各燃料电池模块内的氢气压力，可降低燃料电池模块阳极水淹的概率，各燃料电池模块的氢气从主管道回流至气水分离器内进行水气分离，再流向燃料电池模组，提高氢气利用率。
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