CN207459824U - 用于数据中心储能型氢能发电备用电源系统 - Google Patents

Abstract

用于数据中心储能型氢能发电备用电源系统，包括绿色能源发电场、市电电源、制氢储氢系统、氢燃料电池系统和蓄电池；所述制氢储氢系统包括电解水制氢单元、储水设备、氢气纯化加压单元、储氢单元和储氧单元；所述氢燃料电池系统包括供氢系统、供氧系统、燃料电池堆、水回收设备、散热风扇和系统监控单元；在绿色能源发电场稳定的状态下通过绿色电源驱动电解水制氢单元自动电解水制成氢气，或者根据电价对比选择市电谷电驱动电解水制氢单元自动电解水制成氢气，在常温下将制成的氢气通过氢气纯化加压单元后直接储存在储氢单元中，同时将电解水制成的氧气储存在储氧单元中，当数据中心的市电掉电时，将制成的氢气作为燃料提供给燃料电池发电系统。

Description

用于数据中心储能型氢能发电备用电源系统

技术领域

本申请涉及数据中心领域，具体而言，涉及一种用于数据中心储能型氢能发电备用电源系统。

背景技术

数据中心建设规模和数量都在迅速增加，保证IDC中心的设备安全运行时，往往要采用大功率UPS和柴油发电机组组成安全的供电系统。一般实现方法是柴油发电机组作为市电的备用电源，在断电的情况下，由自动转换开关（ATS）将UPS、机房专用空调、应急照明等设备的输入由市电切换到发电机，防止UPS后备电池耗尽引起系统供电中断。该系统不但要求发电机组自动化程度高，更要求发电机必须适应UPS这一非线性负载的特性，使其在无市电的情况下保证UPS对负载可靠供电。因此寻找一种新的市电备用电源来同时替代柴油发电机和UPS组合很有必要。目前虽然已有许多针对燃料电池作为备用电源系统的研究，但尚无专门针对数据中心情况和需求的使用电解水制氢的一体化设计。

发明内容

本实用新型提供了一种用于数据中心储能型氢能发电备用电源系统，解决了以上问题，替代大功率UPS和柴油发电机组组成来完成安全的供电系统，同时本系统能够利用可再生能源与清洁能源，以及利用市电低成本谷电，实现节能减排等目的。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是用于数据中心储能型氢能发电备用电源系统，包括绿色能源发电场、市电电源、制氢储氢系统、氢燃料电池系统和蓄电池；所述制氢储氢系统包括电解水制氢单元、储水设备、氢气纯化加压单元和储氢单元；所述氢燃料电池系统包括供氢系统、供氧系统、燃料电池堆、水回收设备、散热风扇和系统监控单元；绿色能源发电场、市电电源分别与制氢储氢系统的电解水制氢单元电连接；电解水制氢单元的原材料水由储水设备提供；电解水制氢单元的产生氢气的出口接氢气纯化加压单元进口，氢气纯化加压单元出口接储氢单元入口；所述氢燃料电池系统的供氢系统入口接储氢单元的出口，其出口接燃料电池堆的氢气入口；所述氢燃料电池系统的供氧系统入口与大气连通，其出口接燃料电池堆的氧气入口；所述燃料电池堆的输出端与所述散热风扇的输入端相连；燃料电池堆运行时产生的水直接接水回收设备，水回收设备与储水设备连通；所述蓄电池的充电端与氢燃料电池系统的电能输出端电连接，蓄电池的电能输出端和氢燃料电池系统的电能输出端与数据中心用电设备电连接；所述系统监控单元分别与供氢系统、供氧系统、燃料电池堆、水回收设备和散热风扇进行电连接。

进一步地，所述制氢储氢系统还包括储氧单元；电解水制氢单元的产生氧气的出口接储氧单元；储氧单元的出口接供氧系统入口；所述供氧系统的出口。

进一步地，所述储氧单元是多个储氧容器。

进一步地，所述储氢单元是多个储氢容器。

进一步地，所述绿色能源发电场是风能发电厂、太阳能发电厂、生物能发电厂或者水能发电厂。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优势：本实用新型通过电解水制氢储氢系统与氢燃料电池系统一体化，避免了氢气在运输和更换储存中存在的困难和风险；电解水产氢中充分利用风能、光能产生的垃圾电和市电谷电，提高能源利用率；提高蓄电池的设计，实现市电断电的平滑切换，具有良好的抗冲击能力和稳定性。这种制储燃一体化备用电源系统可满足掉电时数据中心电力供应需求，能够长期待机或频繁启动，高效环保，符合数据中心需要的备用电源模式，同时替代了现有数据中心的柴油发电机和UPS电源，节约成本。

附图说明

图1为本实用新型氢能发电备用电源系统的设计结构示意图。

图中：100、制氢储氢系统； 110电解水制氢单元； 120、氢气纯化加压单元；130、储氢单元；140、储氧单元；150、储水设备；200、氢燃料电池系统；210、供氢系统；220、供氧系统；230、燃料电池堆； 240、散热风扇；250、水回收设备；260、系统监控单元；300、绿色能源发电场；400、市电电源；500、蓄电池。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本实用新型，以下所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

请参考图1所示，本实用新型用于数据中心储能型氢能发电备用电源系统，包括绿色能源发电场300、市电电源400、制氢储氢系统100、氢燃料电池系统200和蓄电池500；所述制氢储氢系统100包括电解水制氢单元110、储水设备150、氢气纯化加压单元120、储氢单元130和储氧单元140；所述氢燃料电池系统200包括供氢系统210、供氧系统220、燃料电池堆230、水回收设备250、散热风扇240和系统监控单元260。

绿色能源发电场300、市电电源400分别与制氢储氢系统100的电解水制氢单元110电连接，电解水制氢单元110采用绿色能源发电场300的电能或者市电电源400的谷电（采用这种低廉价的电，降低制氢成本）来电解水制氢，制氢原材料——水由储水设备150提供；电解水制氢单元110的产生氢气的出口接氢气纯化加压单元120进口，氢气纯化加压单元120将氢气进行纯化，然后加压到预定值之后送入储氢单元130，所述储氢单元130是多个储氢容器；电解水制氢单元110的产生氧气的出口接储氧单元140，储氧单元140是多个储氧容器。

所述储氢单元130的出口接氢燃料电池的供氢系统210入口，供氢系统210的出口接燃料电池堆230的氢气入口；所述供氧系统220有两个外接入口，供氧系统220的一个外接入口与大气连通，来利用空气中的氧气；供氧系统220的另外一个外接入口接储氧单元140的出口，利用制氢储氢系统100产生的氧气；所述供氧系统220的出口接燃料电池堆230的氧气入口；燃料电池堆230运行时产生的水进行回收，直接进入水回收设备250，然后被送入储水设备150用于循环制氢，产生的氢气和氧气分别存入储氢单元130和储氧单元140内供氢燃料电池系统200使用。

所述燃料电池堆的输出端与所述散热风扇240的输入端相连，散热风扇240负责整个氢燃料电池系统200的燃料电池堆230工作在正常的温度范围(一般为45-60摄氏度，最高不超过68摄氏度)内。

所述蓄电池500的充电端与氢燃料电池系统200的电能输出端电连接，蓄电池500的电能输出端和氢燃料电池系统200的电能输出端与数据中心用电设备电连接；当数据中心的市电掉电时，蓄电池500提供在燃料电池电堆启动及功率达到需求前数据中心的电能，当燃料电池堆230正常供电给数据中心时，同时给蓄电池500充电，作为下次燃料电池电堆启动时的数据中心短暂供电，同时蓄电池500的短暂供电，也防止电池的过充过放，能够延长使用寿命。

所述系统监控单元260用于检测整个氢燃料电池系统200的各个工作指标(比如温度、压力、功率等)，并根据检测结果进行相应的控制，以保证系统各部分协调工作。

所述绿色能源发电场300是风能发电厂、太阳能发电厂、生物能发电厂或者水能发电厂。

本实用新型的备用电源系统的工作原理如下所述：

在绿色能源发电场300稳定的状态下通过绿色电源驱动电解水制氢单元110自动电解水制成氢气，或者根据电价对比选择市电谷电驱动电解水制氢单元110自动电解水制成氢气，在常温下将制成的氢气通过氢气纯化加压单元120后直接储存在储氢单元130中，同时将电解水制成的氧气储存在储氧单元140中，当数据中心的市电掉电时，将制成的氢气作为燃料提供给燃料电池发电系统，自动先启动蓄电池500提供在燃料电池电堆启动及功率达到需求前数据中心的电能，当燃料电池堆230正常供电给数据中心时，同时给蓄电池500充电，作为下次燃料电池电堆启动时的数据中心短暂供电；散热风扇240负责整个氢燃料电池系统200的燃料电池堆230工作在45-60摄氏度内；燃料电池堆230运行时产生的水进行回收，直接进入水回收设备250，然后被送入储水设备150用于循环制氢，产生的氢气和氧气分别存入储氢单元130和储氧单元140内供氢燃料电池系统200使用；同时系统监控单元260检测整个氢燃料电池系统200的各个工作指标(比如温度、压力、功率等)，并根据检测结果进行相应的控制，以保证系统各部分协调工作。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (5)

1.用于数据中心储能型氢能发电备用电源系统，其特征在于：包括绿色能源发电场、市电电源、制氢储氢系统、氢燃料电池系统和蓄电池；所述制氢储氢系统包括电解水制氢单元、储水设备、氢气纯化加压单元和储氢单元；所述氢燃料电池系统包括供氢系统、供氧系统、燃料电池堆、水回收设备、散热风扇和系统监控单元；绿色能源发电场、市电电源分别与制氢储氢系统的电解水制氢单元电连接；电解水制氢单元的原材料水由储水设备提供；电解水制氢单元的产生氢气的出口接氢气纯化加压单元进口，氢气纯化加压单元出口接储氢单元入口；所述氢燃料电池系统的供氢系统入口接储氢单元的出口，其出口接燃料电池堆的氢气入口；所述氢燃料电池系统的供氧系统入口与大气连通，其出口接燃料电池堆的氧气入口；所述燃料电池堆的输出端与所述散热风扇的输入端相连；燃料电池堆运行时产生的水直接接水回收设备，水回收设备与储水设备连通；所述蓄电池的充电端与氢燃料电池系统的电能输出端电连接，蓄电池的电能输出端和氢燃料电池系统的电能输出端与数据中心用电设备电连接；所述系统监控单元分别与供氢系统、供氧系统、燃料电池堆、水回收设备和散热风扇进行电连接。

2.根据权利要求1所述的用于数据中心储能型氢能发电备用电源系统，其特征在于：所述制氢储氢系统还包括储氧单元；电解水制氢单元的产生氧气的出口接储氧单元；储氧单元的出口接供氧系统入口；所述供氧系统的出口。

3.根据权利要求2所述的用于数据中心储能型氢能发电备用电源系统，其特征在于：所述储氧单元是多个储氧容器。

4.根据权利要求1所述的用于数据中心储能型氢能发电备用电源系统，其特征在于：所述储氢单元是多个储氢容器。

5.根据权利要求1所述的用于数据中心储能型氢能发电备用电源系统，其特征在于：所述绿色能源发电场是风能发电厂、太阳能发电厂、生物能发电厂或者水能发电厂。