RU2371813C1 - Autonomous power supply system and method of its operation - Google Patents
Autonomous power supply system and method of its operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2371813C1 RU2371813C1 RU2008103439/09A RU2008103439A RU2371813C1 RU 2371813 C1 RU2371813 C1 RU 2371813C1 RU 2008103439/09 A RU2008103439/09 A RU 2008103439/09A RU 2008103439 A RU2008103439 A RU 2008103439A RU 2371813 C1 RU2371813 C1 RU 2371813C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- oxygen
- electrochemical generator
- electrolyzer
- electricity
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
Description
Изобретение относится к области автономных систем энергопитания (АСЭП) отдельных объектов, удаленных от линии электропередачи, а именно к АСЭП, включающим возобновляемые источники энергии в качестве внешнего источника электроэнергии, электрохимический генератор (ЭХГ), электролизер и баллоны для хранения реагентов (водорода и кислорода).The invention relates to the field of autonomous energy supply systems (ASEP) of individual objects remote from the power line, namely ASEP, including renewable energy sources as an external source of electricity, an electrochemical generator (ECG), an electrolyzer and cylinders for storing reagents (hydrogen and oxygen) .
Как известно, возобновляемые источники электроэнергии, такие как солнечные батареи или ветряные энергоустановки, не могут обеспечить потребителя стабильным электропитанием в течение всего времени суток. Это связано с непостоянством как солнечного излучения, так и скорости ветра. Поэтому АСЭП, содержащие ЭХГ и электролизер, в периоды, когда внешние источники энергии (солнечные батареи или ветряные энергоустановки) не способны выдавать электроэнергию потребителю, потребитель получает электроэнергию от ЭХГ. В этот период электроэнергию получают за счет химической реакции соединения кислорода с водородом. Химическая реакция соединения кислорода с водородом с образованием воды проходит на топливных элементах (ТЭ) электрохимического генератора. В периоды, когда внешние источники энергии (солнечные батареи или ветряные энергоустановки) выдают электроэнергию потребителю, часть этой электроэнергии используется для разложения образовавшейся воды на кислород и водород. Разложение образовавшейся воды на кислород и водород происходит на электролизных ячейках (ЭЯ) электролизера. Этот способ реализован в автономной системе энергопитания (патент RU 2277273 от 27.05.2006, МПК6: H01M 8/06; H01M 16/00), взятой за прототип. Автономная система энергопитания содержит внешний источник электроэнергии, подключенный к потребителю электроэнергии, электрохимический генератор на основе топливных элементов, электролизер, водородный и кислородный баллоны, соединенные посредством трубопроводов и клапанов с соответствующими газовыми полостями топливных элементов электрохимического генератора и электролизера и снабженные датчиками верхнего и нижнего предельно допустимых значений давлений, теплообменник, емкость теплоносителя, циркуляционный насос, при этом топливные элементы электрохимического генератора и электролизер имеют общий контур циркуляции теплоносителя.As you know, renewable sources of electricity, such as solar panels or wind power plants, can not provide consumers with stable power throughout the day. This is due to the variability of both solar radiation and wind speed. Therefore, ASEPS containing ECG and an electrolyzer, in periods when external energy sources (solar panels or wind power plants) are not able to provide electricity to the consumer, the consumer receives electricity from ECG. During this period, electricity is obtained through the chemical reaction of a compound of oxygen with hydrogen. The chemical reaction of the combination of oxygen with hydrogen with the formation of water takes place on the fuel cells (FC) of the electrochemical generator. In periods when external energy sources (solar panels or wind power plants) provide electricity to the consumer, part of this electricity is used to decompose the resulting water into oxygen and hydrogen. The decomposition of the formed water into oxygen and hydrogen occurs on the electrolysis cells (EJ) of the electrolyzer. This method is implemented in an autonomous power supply system (patent RU 2277273 from 05.27.2006, IPC 6 :
АСЭП работает следующим образом. В периоды, когда внешние источники энергии (солнечные батареи или ветряные энергоустановки) не способны выдавать электроэнергию потребителю, водород и кислород из баллонов подается в ЭХГ. ЭХГ генерирует ток, который подается потребителю. Образующаяся в результате реакции вода накапливается в емкости электролита, вызывая его разбавление и увеличение объема. Выделяющееся при работе ЭХГ тепло отводится контуром прокачки электролита и сбрасывается в окружающую среду теплообменником. В периоды, когда внешние источники энергии (солнечные батареи или ветряные энергоустановки) выдают электроэнергию потребителю, часть этой электроэнергии используется для разложения образовавшейся воды на кислород и водород. Это реализуется следующим образом. Контур циркуляции электролита отключается от ЭХГ и подключается к электролизеру, к которому подается электроэнергия от внешнего источника электроэнергии. Щелочной электролит подвергается электролизу на ЭЯ, разлагая воду на кислород и водород, что приводит к увеличению концентрации щелочи и уменьшению объема электролита. Образующиеся при электролизе водород и кислород накапливаются в баллонах. При срабатывании датчиков верхнего предельно допустимого давления в баллонах реагентов контур циркуляции электролита отключается от электролизера. Внешний источник электроэнергии отключается от электролизера. Питание потребителей во время переключения составляющих АСЭП производится от аккумуляторной батареи.ASEP works as follows. In periods when external sources of energy (solar panels or wind power plants) are not able to supply electricity to the consumer, hydrogen and oxygen from the cylinders are supplied to the ECG. ECG generates a current that is supplied to the consumer. Water formed as a result of the reaction accumulates in the electrolyte capacity, causing it to dilute and increase in volume. The heat released during the operation of the ECG is removed by the electrolyte pumping circuit and discharged into the environment by the heat exchanger. In periods when external sources of energy (solar panels or wind power plants) provide electricity to the consumer, part of this electricity is used to decompose the resulting water into oxygen and hydrogen. This is implemented as follows. The electrolyte circulation circuit is disconnected from the ECG and connected to the electrolyzer, to which electricity is supplied from an external source of electricity. The alkaline electrolyte undergoes electrolysis at EE, decomposing water into oxygen and hydrogen, which leads to an increase in alkali concentration and a decrease in electrolyte volume. Hydrogen and oxygen generated during electrolysis accumulate in cylinders. When triggered by the sensors of the upper maximum permissible pressure in the reagent cylinders, the electrolyte circulation circuit is disconnected from the electrolyzer. An external source of electricity is disconnected from the electrolyzer. Power consumers during the switching components of ASEP made from the battery.
Недостатками прототипа являются малый ресурс работы АСЭП и невысокая надежность ее эксплуатации. Это связано со следующим:The disadvantages of the prototype are the small resource ASEP and the low reliability of its operation. This is due to the following:
- Использование в качестве теплоносителя (жидкости, циркуляция которой обеспечивает работоспособность АСЭП в заданном температурном диапазоне) электролита резко снижает ресурс и надежность АСЭП, так как электролит является агрессивной жидкостью для многих материалов, например, для широко применяемых металлов.- The use of an electrolyte as a coolant (a liquid whose circulation ensures the ASEP operation in a given temperature range) dramatically reduces the ASEP life and reliability, since the electrolyte is an aggressive liquid for many materials, for example, for widely used metals.
- Малый ресурс и невысокая надежность также связаны с тем, что при длительном нахождении ЭХГ или электролизера в нерабочем состоянии (отключение цепей электрического тока) и при наличии реагентов (водорода и кислорода) внутри корпусов, резко падают ресурс и характеристики как ТЭ ЭХГ, так и ЭЯ электролизера. Это связано с тем, что при отключении цепей электрического тока на аноде и катоде как ТЭ, так и ЭЯ образуются застойные зоны положительных и отрицательных ионов, в результате чего резко снижаются каталитические свойства электродов (анода и катода) как ТЭ, так и ЭЯ. Именно поэтому при длительном хранении ЭХГ всегда должен находиться в атмосфере инертных газов (например, аргона, гелия, азота). При минимальном токосъеме с ТЭ, который определяется экспериментально, застойные зоны положительных и отрицательных ионов отсутствуют, что обеспечивает минимальное снижение характеристик ТЭ на весь период эксплуатации и длительный ресурс.- A small resource and low reliability are also associated with the fact that when the ECG or the electrolyzer is inoperative for a long time (disconnecting the electric current circuits) and in the presence of reagents (hydrogen and oxygen) inside the cases, the resource and characteristics of both EC ECG and EY electrolyzer. This is due to the fact that when the electric current circuits are disconnected at the anode and cathode of both TE and EI, stagnant zones of positive and negative ions are formed, as a result of which the catalytic properties of the electrodes (anode and cathode) of both TE and EE sharply decrease. That is why during prolonged storage, ECG should always be in an atmosphere of inert gases (for example, argon, helium, nitrogen). With a minimum current collection from a fuel cell, which is determined experimentally, there are no stagnant zones of positive and negative ions, which ensures a minimum decrease in the characteristics of a fuel cell for the entire period of operation and a long service life.
В настоящее время экспериментально доказано, что если ЭХГ работает непрерывно и выдача электроэнергии в период эксплуатации находится в пределах 2-10%, то это обеспечивает незначительное снижение вольтамперных характеристик ТЭ в течение длительного периода эксплуатации более 6000 ч. При длительном нахождении ЭХГ без выдачи электроэнергии, в случаях, когда отсутствует атмосфера инертного газа на ТЭ, характеристики ТЭ и ресурс ЭХГ снижаются в несколько раз. То же самое относится и к ЭЯ электролизера. Это значит, что электролизер должен постоянно потреблять в диапазоне от 2 до 10% от своей максимально потребляемой электрической мощности, для того чтобы характеристики ЭЯ находились на должном уровне.At present, it has been experimentally proved that if the ECG operates continuously and the electricity supply during operation is in the range of 2-10%, then this provides a slight decrease in the current-voltage characteristics of the fuel cell for a long period of operation of more than 6000 hours. If ECG is located for a long time without power generation, in cases where there is no inert gas atmosphere on the fuel cell, the characteristics of the fuel cell and the ECG resource are reduced several times. The same applies to the EY of the electrolyzer. This means that the electrolyzer must constantly consume in the range from 2 to 10% of its maximum consumed electric power, so that the characteristics of the electromagnet are at the proper level.
Недостатком прототипа является также большое время перехода с режима накопления электроэнергии (режим работы только электролизера) на режим выдачи электроэнергии потребителю (режим работы только ЭХГ) и обратно. Это связано с тем, что в период работы какого-либо из составляющих АСЭП (ЭХГ или электролизера) согласно прототипу обеспечивается лишь съемом тепла с работающего агрегата. Следовательно, неработающий агрегат будет охлаждаться. Известно, что работа ТЭ и ЭЯ эффективно может начаться только при температурах выше 60°С. Поэтому, для того, чтобы обеспечить начало работы неработающего агрегата, его нужно разогреть до необходимой температуры. Следует заметить, что если неработающий агрегат охладится до минусовых температур (это зависит от климатических условий эксплуатации), то это может вывести из строя неработающий агрегат и, как следствие, всю АСЭП.The disadvantage of the prototype is also the long transition time from the mode of accumulation of electricity (operation mode of the electrolyzer only) to the mode of delivery of electricity to the consumer (operation mode only ECG) and vice versa. This is due to the fact that during the operation of any of the components of the ASEP (ECG or electrolyzer) according to the prototype, it is provided only by heat removal from the working unit. Consequently, the idle unit will cool. It is known that the operation of TE and EE can effectively begin only at temperatures above 60 ° C. Therefore, in order to ensure the start of operation of an idle unit, it must be heated to the required temperature. It should be noted that if an idle unit cools down to subzero temperatures (this depends on the climatic conditions of use), then this can damage the idle unit and, as a result, the entire ASEP.
Таким образом, недостатками АСЭП и способа ее эксплуатации являются: ограниченная область применения, связанная с неработоспособностью при отрицательных температурах, низкая надежность, а также сложность ее конструкции и технологии эксплуатации. Это связано с тем, что в прототипе период переключения составляющих АСЭП с одного режима на другой обеспечивается аккумуляторной батареей, что усложняет процесс выхода неработающего агрегата на рабочий режим и требует значительного времени для того, чтобы разогреть неработающий агрегат до необходимой температуры.Thus, the disadvantages of ASEP and its operation are: limited scope associated with inoperability at low temperatures, low reliability, as well as the complexity of its design and operation technology. This is due to the fact that in the prototype, the period of switching ASEP components from one mode to another is ensured by a battery, which complicates the process of an idle unit entering the operating mode and requires considerable time in order to warm up an idle unit to the required temperature.
Задачей изобретения является создание АСЭП, обеспечивающей быстрый и надежный переход с одного режима на другой при условиях эксплуатации, когда температура окружающей среды может быть ниже 0°С, и разработка надежного способа эксплуатации АСЭП, лишенного указанных недостатков.The objective of the invention is the creation of ASEPS, providing a quick and reliable transition from one mode to another under operating conditions when the ambient temperature may be below 0 ° C, and the development of a reliable method of operating ASEP, devoid of these disadvantages.
Техническим результатом является снижение энергозатрат и повышение быстродействия АСЭП на переходных режимах; повышение ресурса и надежности эксплуатации АСЭП.The technical result is to reduce energy consumption and increase the speed of ASEP in transition modes; increasing the resource and reliability of ASEP operation.
Технический результат достигается тем, что в автономную систему энергопитания, содержащую внешний источник электроэнергии, подключенный шинами питания к потребителю электроэнергии, электрохимический генератор на основе топливных элементов, электролизер, водородный и кислородный баллоны, соединенные посредством трубопроводов и клапанов с соответствующими газовыми полостями топливных элементов электрохимического генератора и электролизера и снабженные датчиками верхнего и нижнего предельно допустимых значений давлений, теплообменник, емкость теплоносителя, циркуляционный насос, при этом топливные элементы электрохимического генератора и электролизер имеют общий контур циркуляции теплоносителя, введены: регулятор расхода теплоносителя, вход которого соединен с выходом циркуляционного насоса, а один выход соединен с входом теплоносителя в электролизер, другой - с входом теплоносителя в электрохимический генератор, электронный преобразователь, обеспечивающий прием питания потребителем электроэнергии от электрохимического генератора, электронный преобразователь, обеспечивающий прием питания электролизером, контур съема тепла с дополнительным циркуляционным насосом, смеситель, один вход которого соединен с общим контуром циркуляции, а другой - с контуром съема тепла, а выход смесителя соединен с входом в емкость теплоносителя, а также введен насос подачи воды в электролизер из емкости теплоносителя, при этом на трубопроводе, соединяющем выход смесителя с входом емкости теплоносителя, установлен датчик температуры, соединенный с дополнительным циркуляционным насосом, а теплообменник установлен в контуре съема тепла, причем электрохимический генератор и электролизер подсоединены к шинам питания через соответствующие им электронные преобразователи.The technical result is achieved by the fact that in an autonomous energy supply system containing an external source of electricity connected by power buses to the consumer of electricity, an electrochemical generator based on fuel cells, an electrolyzer, hydrogen and oxygen cylinders, connected through pipelines and valves with the corresponding gas cavities of the fuel cells of the electrochemical generator and electrolyzer and equipped with sensors of upper and lower maximum permissible pressure values, heat exchange nnik, coolant capacity, circulation pump, while the fuel cells of the electrochemical generator and the electrolyzer have a common coolant circulation loop, the following are introduced: a coolant flow controller, the input of which is connected to the output of the circulation pump, and one output is connected to the coolant inlet to the electrolyzer, the other to the input coolant into an electrochemical generator, an electronic converter that provides power to a consumer of electricity from an electrochemical generator, an electronic converter Atelier providing power supply to the electrolyzer, a heat removal circuit with an additional circulation pump, a mixer, one input of which is connected to a common circulation circuit, and the other to a heat removal circuit, and the mixer output is connected to the entrance to the coolant tank, and a water supply pump is introduced a temperature sensor is connected to the additional circulation pump, and a heat exchanger is installed in the electrolyzer from the coolant tank, while on the pipeline connecting the mixer output to the coolant tank inlet lined in the heat removal circuit, and the electrochemical generator and the electrolyzer are connected to the power buses through the corresponding electronic converters.
Указанный технический результат достигается также и тем, что в способе эксплуатации автономной системы энергопитания, включающем периодическое потребление электроэнергии от внешнего источника, для разложения воды на кислород и водород в электролизере и выделение электроэнергии в результате химической реакции кислорода и водорода в электрохимическом генераторе, при этом в период потребления электроэнергии, получаемой от внешнего источника, для разложения воды на кислород и водород в электролизере используют также и часть электроэнергии от мощности электрохимического генератора, а при выделении электроэнергии в результате химической реакции кислорода и водорода в электрохимическом генераторе часть этой выделяемой электроэнергии используют для разложения воды на кислород и водород в электролизере.The specified technical result is also achieved by the fact that in the method of operating an autonomous energy supply system, including periodic consumption of electricity from an external source, for the decomposition of water into oxygen and hydrogen in the electrolyzer and the release of electricity as a result of the chemical reaction of oxygen and hydrogen in an electrochemical generator, while the period of consumption of electricity received from an external source for the decomposition of water into oxygen and hydrogen in the electrolyzer also use part of the electric power argy from the power of the electrochemical generator, and during the release of electricity as a result of the chemical reaction of oxygen and hydrogen in the electrochemical generator, part of this generated electricity is used to decompose water into oxygen and hydrogen in the electrolyzer.
Кроме того, в период потребления электроэнергии, получаемой от внешнего источника, для разложения воды на кислород и водород в электролизере используют также и от 2 до 10% мощности электрохимического генератора, а при выделении электроэнергии в результате химической реакции кислорода и водорода в электрохимическом генераторе часть этой выделяемой энергии от 2 до 10% мощности электролизера используют для разложения воды на кислород и водород.In addition, during the period of consumption of electricity received from an external source, from 2 to 10% of the power of the electrochemical generator is also used for the decomposition of water into oxygen and hydrogen in the electrolytic cell, and part of this energy when the energy is released as a result of the chemical reaction of oxygen and hydrogen in the electrochemical generator released energy from 2 to 10% of the electrolytic capacity is used to decompose water into oxygen and hydrogen.
В предлагаемой АСЭП и способе ее эксплуатации, как ЭХГ, так и электролизер работают непрерывно во всех периодах эксплуатации. Это означает, что в период накопления электроэнергии, в период работы электролизера, разложение воды происходит не только за счет электроэнергии, получаемой от внешнего источника, но и за счет электроэнергии, получаемой в результате химической реакции кислорода и водорода, то есть в результате работы ЭХГ. Это позволяет, за счет тепла, выделяемого при работе ЭХГ, обеспечить температуру ЭХГ в заданном диапазоне в период накопления электроэнергии. В период, когда потребитель получает электроэнергию только от ЭХГ, ЭХГ снабжает электроэнергией не только потребитель, но и ЭЯ. Это позволяет, за счет тепла, выделяемого при работе электролизных ячеек, обеспечить температуру электролизера в заданном диапазоне в период выделения электроэнергии ЭХГ потребителю.In the proposed ASEP and the method of its operation, both the ECG and the electrolyzer operate continuously in all periods of operation. This means that during the period of accumulation of electricity, during the period of operation of the electrolyzer, the decomposition of water occurs not only due to the electricity received from an external source, but also due to the electricity received as a result of the chemical reaction of oxygen and hydrogen, that is, as a result of the operation of ECG. This allows, due to the heat generated during the operation of the ECG, to ensure the temperature of the ECG in a given range during the period of energy storage. In the period when the consumer receives electricity only from the ECH, the ECH supplies electricity not only to the consumer, but also to EE. This allows, due to the heat generated during the operation of the electrolysis cells, to ensure the temperature of the cell in a predetermined range during the period of the generation of ECG electricity to the consumer.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема АСЭП, где обозначено:The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of ASEP, where it is indicated:
1 - внешний источник электроэнергии;1 - an external source of electricity;
2 - потребитель электроэнергии;2 - electricity consumer;
3 - электрохимический генератор (ЭХГ);3 - electrochemical generator (ECG);
4 - электролизер;4 - electrolyzer;
5 - водородный баллон;5 - hydrogen cylinder;
6 - кислородный баллон;6 - oxygen cylinder;
7 - трубопроводы;7 - pipelines;
8 - клапан водорода;8 - hydrogen valve;
9 - клапан кислорода;9 - oxygen valve;
10 - общий контур циркуляции теплоносителя;10 - general circuit of the coolant circulation;
11 - емкость теплоносителя;11 - heat carrier capacity;
12 - циркуляционный насос;12 - circulation pump;
13 - теплообменник;13 - heat exchanger;
14 - смеситель;14 - mixer;
15 - датчик температуры;15 - temperature sensor;
16 - циркуляционный насос;16 - circulation pump;
17 - датчик верхнего и нижнего предельно допустимого давления водорода;17 - sensor of the upper and lower maximum permissible hydrogen pressure;
18 - датчик верхнего и нижнего предельно допустимого давления кислорода;18 - sensor upper and lower maximum allowable oxygen pressure;
19 - регулятор расхода теплоносителя;19 - flow rate controller;
20 - электронный преобразователь, обеспечивающий прием питания электролизером;20 - an electronic converter that provides power reception electrolyzer;
21 - электронный преобразователь, обеспечивающий прием питания потребителем электроэнергии от ЭХГ;21 - an electronic Converter that provides power to the consumer of electricity from the ECG;
22 - насос подачи воды;22 - water supply pump;
23 - контур съема тепла;23 - loop heat removal;
24 - шины питания.24 - power bus.
АСЭП включает в себя внешний источник электроэнергии 1, например, солнечную батарею или ветряную энергоустановку, которая питает электрической энергией потребитель 2, а также подает питание через электронный преобразователь 20, обеспечивающий питанием ЭЯ электролизера 4. При отсутствии электропитания от первичного источника питание энергией осуществляется от клемм ЭХГ 3 через электронный преобразователь 21, обеспечивающий прием питания потребителем электроэнергии от ЭХГ. Электропитание потребителя обеспечивается шинами питания 24.ASEP includes an external source of electricity 1, for example, a solar battery or a wind turbine that supplies electrical energy to
Водородный 5 и кислородный 6 баллоны с датчиками верхнего и нижнего предельно допустимых значений давлений водорода 17 и кислорода 18 соответственно и клапанами 8 и 9 подсоединены трубопроводами 7 к соответствующим газовым полостям ТЭ ЭХГ и ЭЯ электролизера. Общий контур циркуляции теплоносителя 10 с емкостью 11, циркуляционным насосом 12, регулятором расхода теплоносителя 19 для изменения расхода жидкости при смене режимов работы АСЭП подсоединен как к ЭХГ 3, так и к электролизеру 4.
Теплообменник 13, для сброса избыточного тепла в окружающую среду, который входит в контур съема тепла 23, соединен с одним из входов смесителя 14, другой вход смесителя соединен с общим контуром циркуляции теплоносителя 10. Выход смесителя 14 соединен трубопроводом, на котором установлен датчик температуры 15, с емкостью теплоносителя 11. Сигнал от датчика температуры 15 поступает на управление работой циркуляционного насоса 16. Насос подачи воды 22 соединяет емкость 11 с электролизером 4.A
АСЭП работает следующим образом.ASEP works as follows.
В период работы внешнего источника электроэнергии 1, например, солнечной батареи, по шинам питания 24 электричество поступает к потребителю электроэнергии 2, а также через электронный преобразователь 20 на клеммы электролизера 4, обеспечивая питанием ЭЯ. Незначительная часть электричества (2-10%) в этот период поступает также с клемм ЭХГ 3. Сигнал о том, что электролизер 4 может начать работу, то есть разлагать воду на водород, который должен заполнять водородный баллон 5, и кислород, который должен заполнять кислородный баллон 6, поступает либо с датчика 17, либо с датчика 18. Это связано с тем, что давление как в баллоне 5, так и в баллоне 6, всегда равны между собой, так как внутренние полости этих баллонов связаны с ЭЯ, перепад давления на которых не допускается. Регулирование перепада на ЭЯ обеспечивается арматурой электролизера. Этот же сигнал либо с датчика 17, либо с датчика 18 поступает на регулятор расхода теплоносителя 19. В результате этого, как только электролизер 4 начнет разлагать воду на кислород и водород, а работа электролизера 4 всегда происходит с выделением тепла, через поверхности электролизера 4, контактирующие с теплоносителем, который прокачивается циркуляционным насосом 12, будет проходить максимальный расход теплоносителя, снимая выделяющееся тепло, а через поверхности ЭХГ 3, контактирующие с теплоносителем, будет проходить минимальный расход теплоносителя, обеспечивая температуру ЭХГ 3 таким образом, чтобы она не упала ниже заданного уровня.During the period of operation of an external source of electric power 1, for example, a solar battery, electricity is supplied to
От количества тепла, выделившегося при работе электролизера 4, будет зависеть температура горячего теплоносителя в контуре 10. Горячий теплоноситель смешивается в смесителе 14 с охлажденным теплоносителем, который, прокачиваясь циркуляционным насосом 16, через теплообменник 13, охлаждается до температуры окружающей среды в контуре съема тепла 23. В результате такого смешивания, температура теплоносителя, поступающая из смесителя 14 в емкость 11, всегда будет выше температуры окружающей среды. Температура теплоносителя, поступающая из смесителя 14 в емкость 11, поддерживается в заданном диапазоне температур, например, ~60°С за счет регулирования расхода охлажденного теплоносителя, который прокачивается циркуляционным насосом 16 через теплообменник 13. Регулирование расхода охлажденного теплоносителя обеспечивается изменением расхода циркуляционного насоса 16 по сигналам датчика температуры 15. Насос подачи воды 22 постоянно подает воду из емкости 11 в электролизер 4 с давлением, которое фиксируется в емкостях 5 и 6.The temperature of the hot heat carrier in the
В период, когда напряжение внешнего источника электроэнергии 1, например, солнечной батареи, падает ниже допустимого уровня, электричество в шины питания 24 поступает с клемм ЭХГ 3 через электронный преобразователь 21, обеспечивающий прием питания потребителем электроэнергии. При этом основная часть электричества поступает потребителю электроэнергии 2, а незначительная часть электричества (2-10%) в этот период поступает через электронный преобразователь 20, на клеммы электролизера 4. При размыкании кабельной сети поступает сигнал на регулятор расхода жидкости 19. В результате этого через поверхности ЭХГ 3, контактирующие с теплоносителем, который прокачивается циркуляционным насосом 12, будет проходить максимальный расход теплоносителя, снимая выделяющееся тепло, а через поверхности электролизера 4, контактирующие с теплоносителем, будет проходить минимальный расход теплоносителя, обеспечивая температуру электролизера 3 таким образом, чтобы она не упала ниже заданного уровня.In the period when the voltage of the external electric power source 1, for example, the solar battery, drops below the permissible level, the electricity to the
От количества тепла, выделившегося при работе ЭХГ 3, будет зависеть температура горячего теплоносителя в контуре 10. Горячий теплоноситель смешивается в смесителе 14 с охлажденным теплоносителем, который, прокачиваясь циркуляционным насосом 16, через теплообменник 13, охлаждается до температуры окружающей среды. В результате такого смешивания, температура теплоносителя, поступающая из смесителя 14 в емкость 11, всегда будет выше температуры окружающей среды. Температура теплоносителя, поступающая из смесителя 14 в емкость 11, поддерживается в заданном диапазоне температур, например, ~60°С за счет регулирования расхода охлажденного теплоносителя, который прокачивается циркуляционным насосом 16, через теплообменник 13. Регулирование расхода охлажденного теплоносителя обеспечивается изменением расхода циркуляционного насоса 16 по сигналам датчика температуры 15.The temperature of the hot coolant in
Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.
В периоды, когда внешние источники энергии (солнечные батареи или ветряные энергоустановки) выдают электроэнергию как потребителю, так и в электролизер, который получает электроэнергию не только от внешних источников, но и обязательно в пределах от 2 до 10% от мощности ЭХГ. Это позволяет ЭХГ постоянно поддерживать в рабочем состоянии. В результате этого температура ЭХГ будет находиться в заданных допустимых рабочих пределах. В случаях неожиданного выхода из строя внешнего источника электроэнергии ЭХГ мгновенно будет подключен на выдачу необходимой электроэнергии потребителю. Нет необходимости разогревать ЭХГ, выходить на заданный режим и т.д. (В прототипе для этой цели введена аккумуляторная батарея.)In periods when external energy sources (solar panels or wind power plants) provide electricity to both the consumer and the electrolyzer, which receives electricity not only from external sources, but also necessarily in the range from 2 to 10% of the ECG power. This allows the ECG to be constantly maintained in working condition. As a result, the temperature of the ECG will be within the specified permissible operating limits. In the event of an unexpected failure of an external source of electricity, the ECG will be instantly connected to the delivery of the necessary electricity to the consumer. There is no need to warm up the ECG, go to the set mode, etc. (The prototype introduced a battery for this purpose.)
В периоды, когда внешние источники энергии не выдают электроэнергию потребителю, а потребитель получает электроэнергию только от ЭХГ за счет химической реакции кислорода и водорода, часть этой электроэнергии, а именно в диапазоне от 2 до 10% от общей потребляемой мощности электролизера используют для разложения воды на кислород и водород в электролизере. Это позволяет поддерживать в заданном рабочем режиме и исключить необходимость разогревания электролизера и постепенного выхода его на заданный рабочий режим.In periods when external energy sources do not give electricity to the consumer, and the consumer receives electricity only from ECG due to the chemical reaction of oxygen and hydrogen, part of this electricity, namely in the range from 2 to 10% of the total power consumption of the electrolyzer, is used to decompose water into oxygen and hydrogen in the electrolyzer. This allows you to maintain in a given operating mode and eliminate the need for heating the cell and its gradual exit to a given operating mode.
Таким образом, предлагаемая автономная система энергопитания и способ ее эксплуатации позволяют:Thus, the proposed autonomous power supply system and the method of its operation allow:
- значительно снизить энергозатраты и повысить быстродействие АСЭП на переходных режимах;- significantly reduce energy consumption and increase the performance of ASEP in transition modes;
- значительно увеличить надежность и ресурс АСЭП.- significantly increase the reliability and resource ASEP.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008103439/09A RU2371813C1 (en) | 2008-01-29 | 2008-01-29 | Autonomous power supply system and method of its operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008103439/09A RU2371813C1 (en) | 2008-01-29 | 2008-01-29 | Autonomous power supply system and method of its operation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008103439A RU2008103439A (en) | 2009-08-10 |
RU2371813C1 true RU2371813C1 (en) | 2009-10-27 |
Family
ID=41049017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008103439/09A RU2371813C1 (en) | 2008-01-29 | 2008-01-29 | Autonomous power supply system and method of its operation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2371813C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2589889C2 (en) * | 2011-03-17 | 2016-07-10 | Повидиан | Stand-alone hybrid power supply system for electric equipment and system control unit and method |
RU2654514C2 (en) * | 2014-02-20 | 2018-05-21 | ЗетТиИ Корпорейшн | Powered method and powered device automatically adjusting power demand level |
RU2752451C1 (en) * | 2020-12-22 | 2021-07-28 | Юрий Иванович Духанин | Cryogenic oxygen storage and delivery system for anaerobic power plant with electrochemical generators |
FR3111742A1 (en) * | 2020-06-22 | 2021-12-24 | Areva Stockage D'energie | ENERGY STORAGE AND RECOVERY SYSTEM |
RU2811560C1 (en) * | 2023-02-22 | 2024-01-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" | Combined autonomous power supply system |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107089716B (en) * | 2016-02-17 | 2021-02-19 | 百氧生医科技有限公司 | High oxygen-containing water production device and high oxygen-containing water production method |
-
2008
- 2008-01-29 RU RU2008103439/09A patent/RU2371813C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2589889C2 (en) * | 2011-03-17 | 2016-07-10 | Повидиан | Stand-alone hybrid power supply system for electric equipment and system control unit and method |
RU2654514C2 (en) * | 2014-02-20 | 2018-05-21 | ЗетТиИ Корпорейшн | Powered method and powered device automatically adjusting power demand level |
FR3111742A1 (en) * | 2020-06-22 | 2021-12-24 | Areva Stockage D'energie | ENERGY STORAGE AND RECOVERY SYSTEM |
RU2752451C1 (en) * | 2020-12-22 | 2021-07-28 | Юрий Иванович Духанин | Cryogenic oxygen storage and delivery system for anaerobic power plant with electrochemical generators |
RU2811560C1 (en) * | 2023-02-22 | 2024-01-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" | Combined autonomous power supply system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008103439A (en) | 2009-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5908457B2 (en) | Equipment for electrical energy storage and restoration | |
KR101138763B1 (en) | Apparatus for load following fuel cell power generation system in a ship and method thereof | |
US11643741B2 (en) | Method of producing hydrogen | |
RU2371813C1 (en) | Autonomous power supply system and method of its operation | |
KR102046045B1 (en) | Renewable energy storage system and operating method thereof | |
CN113506893B (en) | Fuel cell system and low-temperature starting method thereof | |
CN111564884B (en) | Distributed power generation system and control method thereof | |
KR102608784B1 (en) | Real-time risk detection electrolyser system | |
CN113488686B (en) | Flow-controllable hydrogen storage system and method | |
JP2016515190A (en) | Heating equipment and method of operating heating equipment | |
CN105811443A (en) | Peak shaving and load shifting power supply system and method based on methanol water reforming hydrogen generation power generation system | |
WO2009063104A1 (en) | System for producing hydrogen and electricity from photovoltaic energy | |
JP2001338672A (en) | Home-use electric power supply system | |
CN215799943U (en) | Electrolytic hydrogen production system | |
CN113193217B (en) | Hydrogen-oxygen fuel cell system | |
CN110350220B (en) | Fuel cell oxygen supply system suitable for underwater power system | |
CN114976120A (en) | Vehicle-mounted power system of hydrogen and methanol dual-fuel emergency power supply | |
RU2811560C1 (en) | Combined autonomous power supply system | |
CN113846340A (en) | Hydrogen energy management system | |
CN115772684A (en) | Electrolytic hydrogen production system and electrolytic hydrogen production method | |
RU2277273C1 (en) | Off-line power supply system | |
KR101149509B1 (en) | Apparatus for load following fuel cell power generation system in a ship and method thereof | |
US20240084467A1 (en) | Systems and methods for maximizing hydrogen production from renewable energy sources | |
CN220224351U (en) | Systematic equipment of AEM electrolysis water technique | |
US20240047715A1 (en) | An energy storage device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210130 |