可再生能源发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种可再生能源发电系统(10)，该系统具有：可再生能源发电装置(12)，该再生能源发电装置被安置成生成电力；以及氢发电模块(20)，该氢发电模块具有适于将水分解成氢气和氧气的分解单元以及适于从所述分解单元或从氢贮藏接收空气或氧气和氢气的燃料电池单元(28)；该燃料电池单元被安置成在存在氢气和氧气时产生电力；其中该氢发电模块适于至少在由燃料电池单元产生电力之前从至少一个可再生能源发电装置接收电力。
【专利说明】可再生能源发电系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可再生能源发电系统，并尤其但不限于涉及适配于使用至少一种可再 生能源和氢燃料源来为陆地、海洋和太空上的静止和移动应用两者提供用于推进递送的功 率的系统。
【背景技术】
[0002] 世界人口对⑶P增长的渴望和期望导致了石油峰值和人类加速的全球变暖。这些 事件已经由一个世纪的矿物燃料温室气体排放造成，而这种矿物燃料温室气体排放主要是 由对煤/石油/煤气的消耗导致的。可持续能源处于两难的境地。这一僵局是从最丰富的 免费资源（阳光、风、月光、水、地球等离子体）生成可持续、可再生能源燃料的催化剂。面 对非可持续的矿物燃料能源，期望以相对较低的每MW成本来控制对这种丰富/天然/免费 能源的获得、贮藏和递送。
[0003] 在历史上，通过开采地球矿物储备，燃烧煤、石油和煤气的电站已经提供了商用& 家用基本负载能量。原油/原煤气产物已通过ICE设备（内部燃烧引擎）为运输产业提供 燃料，该ICE设备是高度成熟/复杂的设备，但其效率较低，处于20%的量级上。矿物燃料 的世界分配基础设施是广泛分布的。
[0004] 发明目的
[0005] 本发明的目的是提供氢发电系统以将现有技术缺点中的一个或多个减轻或至少 降低到某一水平。
[0006] 发明概述
[0007] 因此，在一个方面，本发明涉及一种可再生能源发电系统，包括：至少一个可再生 能源发电装置，此至少一个可再生能源发电装置适于生成电力；以及氢发电模块，该氢发电 模块具有适于将水分解成氢气和氧气的分解单元以及适于从所述分解单元或从氢贮藏中 接收空气或氧气以及氢气的燃料电池单元；所述燃料电池单元被安置成在存在氢气和氧气 的情况下产生电力；其中所述氢发电模块适于至少在所述燃料电池单元产生电力之前从所 述至少一个可再生能源发电装置接收电力。
[0008] 该至少一个可再生能源发电装置可适于使用两种或更多种可再生能源中的一种 或其组合来生成电力。可再生能源可包括风、太阳能、水、波浪、地热和类似能源。
[0009] 该系统可具有适于存蓄来自该至少一个可再生能源发电装置和氢发电模块的电 力的一个或多个蓄电设备。该蓄电设备可包括电池和/或电容器。
[0010] 该系统可具有适于将电力转换成适用于家用和/或工业用电器和/或装备的形式 的转换装置。
[0011] 优选地，该系统具有适于从水源提供相对纯净的水的水净化模块。水源可以是海 水、微咸水、或任何陆地上包含水的部分（诸如，河流、湖泊或水坝）。
[0012] 该系统可适于传送来自水净化模块的水的一部分，以供在商业上或工业上使用。
[0013] 优选地，所述燃料电池单元也适用以提升的温度产生水。优选地，来自燃料电池单 元的水可被传送至空气调节系统，以供与该空气调节系统的工作液体交换热量。
[0014] 优选地，该系统具有：水箱，该水箱适于保持来自水净化模块的水和来自燃料电池 单元的水的至少一部分，以及矿化装置，该矿化装置适于向来自水箱的水添加合适的矿物 以变得可饮用。根据本发明的该系统适用于控制对来自阳光、PVC&热量、风、氢气、地热蒸 汽生成的可持续能源的获得和递送，并另外地从水电解、废料和厌氧源中捕捉氢能，以便供 应固定的商用/家用基本负载MW和移动电动机/推进器。
[0015] 所产生的氢气可被低温金属氢化物和化学氢化物装置贮藏在安全的氢贮藏中，并 呈递诸如处于85%量级的氢燃料电池效率，该效率具有相对较小幅度的停机检修时间（诸 如六年有一分钟），从而压低了可再生能源MW的成本。
[0016] 该系统还可具有控制器，该控制器适于控制所述至少一个可再生能源发电装置、 和/或氢发电模块、和/或一个或多个蓄电设备、和/或转换装置的操作。
[0017] 附图简述
[0018] 为了使本发明可被容易地理解，并被投入实用，该描述此后将参考解说本发明的 非限制实施例的各附图，并且其中：
[0019] 图1是根据本发明的可再生能源氢发电系统的一实施例的主要组件的框图；
[0020] 图2是示出用于控制图1所示的系统的各组件15的可编程逻辑控制器；以及
[0021] 图3是示出燃料电池组的操作的细节的示意性流程图。
[0022] 附图的详细描述
[0023] 参考各附图，并最初参考图1，示出有根据本发明的可再生能源氢发电系统10的 实施例。系统10具有可再生能源模块12,该可再生能源模块12适于从风轮机14、太阳能收 集器（其在本实施例中，为光伏电池16和水轮机18)生成电力。风轮机生成约48V DC的 电力。光伏电池产生约12V DC的电力，并且水轮机产生约6到9V DC的电力。模块12使 用DC/DC转换器来调整其输出为约48V DC。
[0024] 系统10还具有氢发电模块20,该氢发电模块具有用于将水（H20)分解成氢气和氧 气分量的电解单元22、用于压缩氢气并将其馈送到金属氢化物贮藏26中的压缩器24、以及 适于从该贮藏26接收氢气的氢燃料电池组28。燃料电池组28由一堆燃料电池形成，其促 进氧气和氢气之间的电化学反应，以便以大约80°的经提升温度来产生电力和水。氧气是 从被引入燃料电池的空气中提取出来的。
[0025] 来自可再生能源模块12和氢能源模块20的DC电力被可控地供应给AC功率实用 模块30,该模块使用逆变器32将DC功率转换成用于操作耗电设备34 (诸如，照明装备、绞 车、泵、和旅馆通常可用的设备）的AC功率。多余功率被馈送到用于为电池42和/或超电 容器44充电的DC蓄电模块40。
[0026] 来自燃料电池组28的温水被馈送到加热通风和空气调节模块（HVAC) 50中，该模 块中具有用于调节建筑物中的空气温度的空气调节系统52。温水的一部分被转移到用于提 供可饮用的水的可饮用水模块60中。该模块60具有温水被递送到的蒸馏水箱62,以及用 于将期望矿物添加到来自箱62的水中的矿化箱64。
[0027] 系统10还具有用于从海水产生已除去盐分的水的水净化模块70。在这个实施例 中，模块70使用反渗透单元72来从海水中分解出盐。经净化的水被馈送到蒸馏水箱62中， 并且含盐的废料被作为副产品丢弃。低压泵74用于从海中汲取水，并且高压泵76用于以 相对较高的压力向反渗透单元72供水。
[0028] 氢发电模块20中的低压泵23从箱62汲取蒸馏水，并将其馈送到分解单元22以 供产生氢气。可以提供用于在蒸馏水进入分解单元22之前去除蒸馏水中的离子的去离子 单元。
[0029] 如图2所示，系统10具有适于控制该系统的各可控组件的操作的可编程逻辑控制 器80。
[0030] 图3示出了从氢贮藏箱26接收氢气的燃料电池组28中的电池堆60。减压器27 在氢气到达组28之前减少来自箱26的氢气的压力。通过组28的氢气可以用回收泵27A 来返回，或通过阀27B来净化。
[0031] 鼓风机29A将空气通过过滤器29B汲取入组28。如上所述，使在组28中的氢气和 氧气之间的电化学反应期间形成的水通过HVAC52的冷凝器52A，并且将水的一部分馈送到 加湿器90中。水被馈送到喷射塔91，在喷射塔91处，水使来自组28的返回空气变潮湿。 泵92迫使经加湿的空气在返回到组28之前在热交换器93处放弃某些热量。可流动的热 转移介质在交换器93处接收热量，并经由散热器94释放该热量。
[0032] 对于安全操作环境，燃料电池组28必须在安全操作参数内操作。控制器80或专 用控制器（未示出）适于配置和控制组28的操作。通常，操作该组的规程涉及：
[0033] 开始
[0034] 1.启动冷却回路；
[0035] 2.在冷却回路中启动加热器；
[0036] 3.开始用空气冲洗阴极；
[0037] 4.开始用氮气冲洗阳极；
[0038] 控制
[0039] -冷却剂流动速率〈200公斤/小时-增加流动速率；
[0040]-冷却剂加热速率>20k/分钟-使加热速率变慢；
[0041] 阳极中的N2流动速率〈32NI/分钟-增加流动速率；
[0042] -阴极中的空气流动速率〈65MI/分钟-降低流动速率；
[0043] -堆温>65°C -关闭冷却剂加热器；
[0044] -堆温<60°C -打开冷却剂加热器；
[0045] 当
[0046] -堆温 >60°C并且）
[0047] N2冲洗时间>20分钟并且）启动操作模式
[0048] 空气冲洗时间>10分钟）
[0049] 操作模式
[0050] 1.切换到0CV (即对H2的空闲操作）；
[0051] 2.设置负载点；
[0052] 3.开始H2和空气流动；
[0053] 4.将负载设成堆；
[0054] 控制
[0055] 冷却剂内温度〈62. 5°C -使冷却慢下来；
[0056]-冷却剂外温度>67. 5°C -增加冷却速率；
[0057] 压差超过测量值>300毫巴（m Bar)-启动关闭；
[0058] -H2和空气的化学计量比失去平衡-调整；
[0059] -电池电压>9. 8V -降低H2和空气强（stoic)混合；
[0060] -电池电压〈0. 55V -增加 H2和空气@强混合；
[0061] 电池电压〈0· 3V超过5秒钟-警报；
[0062] -电池电压〈指定的最小值-启动关闭；
[0063] 关闭
[0064] 1.切换到 0CV ;
[0065] 2.关闭4供应阀；
[0066] 3.关闭空气流动；
[0067] 4.用H2净化阳极达10分钟；
[0068] 5.关闭冷却回路。
[0069] 尽管通过本发明的说明性示例的方式给出了以上内容，但其许多变体和修改对本 领域的技术人员而言将是显而易见的，而不会背离在本文中的权利要求中阐述的本发明的 宽泛界限和范围。
【权利要求】
1. 一种可再生能源发电系统，该系统包括：至少一个可再生能源发电装置，所述至少 一个可再生能源发电装置适于生成电力；以及氢发电模块，所述氢发电模块具有适于将水 分解成氢气和氧气的分解单元，以及适于从所述分解单元或从氢贮藏接收空气或氧气和氢 气的燃料电池单元；所述燃料电池单元被安置成在存在氢气和氧气时产生电力；其中所述 氢发电模块适于至少在由所述燃料电池单元产生电力之前从所述至少一个可再生能源发 电装置接收电力。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个可再生发电装置适于使用 两种或多种可再生能源中的一种能源或其组合来生成电力。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述可再生能源包括风、太阳能、水、波 浪、地热和类似能源。
4. 根据权利要求1到3中的任一项所述的系统，还具有适于存蓄来自所述至少一个可 再生能源发电装置和所述氢发电模块的电力的一个或多个蓄电设备。
5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述蓄电设备包括电池和/或电容器。
6. 跟据权利要求1到5中的任一项所述的系统，其特征在于，还具有适于将所述电力转 换成适用于为家用和/或工业用电器和/或装备供电的形式的转换装置。
7. 根据权利要求1到6中的任一项所述的系统，其特征在于，还具有适于从水源提供相 对纯净的水的水净化模块。
8. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述水源是从海水、微咸水、或任何诸如 河流或湖泊或水坝之类的陆地上包含水的部分中得到的。
9. 根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述系统适于传送来自所述水净化模 块的水的一部分，以供在商业上或工业上使用。
10. 根据权利要求7到9中的任一项所述的系统，其特征在于，所述燃料电池单元适于 以提升的温度产生水。
11. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，来自所述燃料电池单元的水被安置成 被传送至空气调节系统，以供与所述空气调节系统的工作液体交换热量。
12. 根据权利要求7到11中的任一项所述的系统，其特征在于，进一步具有：水箱，所 述水箱适于保持来自所述水净化模块的水和来自所述燃料电池单元的水的至少一部分，以 及矿化装置，该矿化装置适于向来自所述水箱的水添加合适的矿物以变得可饮用。
13. 根据权利要求1到12中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统适于控制对来 自阳光、PVC (光伏电池）和热量、风、氢气、地热蒸汽生成的可持续能源的获得和递送，并另 外地从水电解、废料和厌氧源中捕捉氢能，以便供应固定的商用/家用基本负载MW和移动 电动机/推进器。
14. 根据权利要求1到13中的任一项所述的系统，其特征在于，所产生的氢气被安置成 被低温金属氢化物和化学氢化物装置贮藏在安全的氢贮藏中，由此呈递改善的氢燃料电池 效率。
15. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还具有：控制器，所述控制器适于控制所 述至少一个可再生能源发电装置、和/或所述氢发电模块、和/或一个或多个蓄电设备、和 /或所述转换装置的操作。
【文档编号】H02S10/10GK104145420SQ201280061883
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2012年12月14日 优先权日:2011年12月14日
【发明者】C·萨尔蒙德, G·萨尔蒙德 申请人:艾莱克特里根有限公司