一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统专利检索-质子交换膜燃料电池专利检索查询-专利查询网

一种多绿色 能源组成的零污染电力微网系统

阅读：520发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统，包括太阳能发电装置、第一储能转化装置、第二储能转化装置和控制器。太阳能发电装置为负载和第一储能转化装置、第二储能转化装置供电；控制器实时采集各装置的状态参数，当太阳能发电装置的输出电流大于负载所需的输入电流时，启动第二储能转化装置，使其储能；当太阳能发电装置和第一储能转化装置的总输出电流小于负载的输入电流时，启动第二储能转化装置，使其为负载供电。第一储能转化装置在太阳能发电装置的输出电流大于负载的输入电流时储能，同时能够自动为负载即时供电。本发明能够实现能量的循环利用，不需要外部再提供除太阳能以外的能量，即可以提供稳定、绿色、环保的电力供应。，下面是一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统，其特征在于：包括太阳能发电装置、第一储能转化装置、第二储能转化装置和控制器；
太阳能发电装置：作为所述微网系统的能量输入终端，利用太阳能发电，为负载和第一储能转化装置、第二储能转化装置供电；
第一储能转化装置：当太阳能发电装置的输出电流大于负载所需的输入电流时，第一储能转化装置自动充电；当太阳能发电装置的输出电流小于负载所需的输入电流，第一储能转化装置工作在全输出模式下、与太阳能发电装置一起为负载供电；
控制器：实时采集负载、太阳能发电装置、第一储能转化装置和第二储能转化装置的电流电压状态，结合预先设计的工作策略控制第二储能转化装置工作在转化储能模式或供能模式下，实现电力平顺稳定输出。
第二储能转化装置：在控制器的控制下工作，当控制器控制第二储能转化装置工作在转化储能模式时，第二储能转化装置将太阳能发电装置为负载和第一储能转化装置供电外的剩余电力转化为其他形式的能量进行存储；当控制器控制第二储能转化装置工作在供能模式时，第二储能转化装置将存储的能量转化为电能，与太阳能发电装置和第一储能转化装置一起为负载供电。
2.根据权利要求1所述的一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统，其特征在于：所述第一储能转化装置为超级电容。
3.根据权利要求2所述的一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统，其特征在于：所述第二储能转化装置由水电解制氢储氢部件和质子交换膜氢燃料电池发电部件组成；
第二储能转化装置工作在转化储能模式时，水电解制氢储氢部件启动，利用微网系统输出母线上的多余电力电解水制得氢气并储存，实现太阳能发电能量转化和存储；当第二储能转化装置工作在供能模式时，质子交换膜氢燃料电池发电部件启动，通过质子交换技术将储存的氢气转换为电力，并输出到微网系统输出母线。
4.根据权利要求3所述的一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统，其特征在于：所述预先设计的工作策略如下：
1)当太阳能发电装置的输出电流恰好等于负载所需的输入电流时，第一储能转化装置和第二储能转化装置均不启动，此时微网系统输出母线上只有太阳能发电装置供电和负载耗电；
2)当太阳能发电装置的输出电流大于负载所需的输入电流时，太阳能发电装置为负载供电外的剩余电力优先输出给第一储能转化装置的超级电容充电储能；当第一储能转化装置电压达到设定值后，启动第二储能转化装置中的水电解制氢储氢部件，水电解制氢储氢部件利用剩余电力电解水制氢并储存，实现太阳能的转化和存储；
3)当太阳能发电装置的输出电流小于负载所需的输入电流时，第一储能转化装置的超级电容优先为负载供电，在短时间内满足负载需求；当第一储能转化装置电压低于设定下限值后，启动第二储能转化装置中的质子交换膜氢燃料电池发电部件，质子交换膜氢燃料电池发电部件利用储存的氢气发电，为负载供电；
4)当光照强度低于设定值、太阳能发电装置不工作，而储氢瓶压力高于设定下限值时，第一储能转化装置的超级电容自动为负载供电，同时控制器启动第二储能转化装置的质子交换膜氢燃料电池发电部件，质子交换膜氢燃料电池发电部件利用储存的氢气发电，超级电容和质子交换膜氢燃料电池发电部件共同为负载供电。
5.根据权利要求3所述的一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统，其特征在于：第二储能转化装置中的水电解制氢储氢部件通过储氢瓶储存所制得的氢气，所述储氢瓶可通过管路与外部系统连通，能够向外部系统输出多余的氢气或接收外部系统输入的氢气。
6.根据权利要求1所述的一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统，其特征在于：所述控制器通过实时采集负载、太阳能发电装置、第一储能转化装置和第二储能转化装置的状态和工作参数，判断各装置是否正常，对判断不正常的装置进行报警处理。

说明书全文

一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统，属于能源供应领域。

背景技术

[0002] 当前的能源供应体系中，化石能源一家独大，化石能源使用过程中有大量二氧化碳排放，造成温室效应并伴有有毒有害气体产生，化石能源本身属于有限资源，不可再生，人们正逐步减小化石能源的供应比例，加大绿色能源的供应。

[0003] 太阳能是自然界中存在的最广泛的能源，太阳能发电是最有前途的绿色零污染能源之一，但受光照强度和时长频繁变化的限制，太阳能发电自身的供电能力极为不稳定，实际可利用率很低。因此，太阳能发电不宜单独使用，将太阳能发电与其他形式能源进行组合、形成不受光照条件限制、可保持长期稳定输出的电力系统，是非常有必要和势在必行的。

发明内容

[0004] 本发明的技术解决问题是：克服太阳能发电单独使用时受光照强度和时长频繁变化限制、供电输出能力极不稳定、实际利用效率低的缺陷，提出一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统，该微网系统不受光照条件限制、能够保持长期稳定输出。

[0005] 本发明的技术解决方案是：

[0006] 一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统，包括太阳能发电装置、第一储能转化装置、第二储能转化装置和控制器；

[0007] 太阳能发电装置：作为所述微网系统的能量输入终端，利用太阳能发电，为负载和第一储能转化装置、第二储能转化装置供电；

[0008] 第一储能转化装置：当太阳能发电装置的输出电流大于负载所需的输入电流时，第一储能转化装置自动充电；当太阳能发电装置的输出电流小于负载所需的输入电流，第一储能转化装置工作在全输出模式下、与太阳能发电装置一起为负载供电；

[0009] 控制器：实时采集负载、太阳能发电装置、第一储能转化装置和第二储能转化装置的电流电压状态，结合预先设计的工作策略控制第二储能转化装置工作在转化储能模式或供能模式下，实现电力平顺稳定输出。

[0010] 第二储能转化装置：在控制器的控制下工作，当控制器控制第二储能转化装置工作在转化储能模式时，第二储能转化装置将太阳能发电装置为负载和第一储能转化装置供电外的剩余电力转化为其他形式的能量进行存储；当控制器控制第二储能转化装置工作在供能模式时，第二储能转化装置将存储的能量转化为电能，与太阳能发电装置和第一储能转化装置一起为负载供电。

[0011] 所述第一储能转化装置为超级电容。

[0012] 所述第二储能转化装置由水电解制氢储氢部件和质子交换膜氢燃料电池发电部件组成；

[0013] 第二储能转化装置工作在转化储能模式时，水电解制氢储氢部件启动，利用微网系统输出母线上的多余电力电解水制得氢气并储存，实现太阳能发电能量转化和存储；当第二储能转化装置工作在供能模式时，质子交换膜氢燃料电池发电部件启动，通过质子交换技术将储存的氢气转换为电力，并输出到微网系统输出母线。

[0014] 所述预先设计的工作策略如下：

[0015] 1)当太阳能发电装置的输出电流恰好等于负载所需的输入电流时，第一储能转化装置和第二储能转化装置均不启动，此时微网系统输出母线上只有太阳能发电装置供电和负载耗电；

[0016] 2)当太阳能发电装置的输出电流大于负载所需的输入电流时，太阳能发电装置为负载供电外的剩余电力优先输出给第一储能转化装置的超级电容充电储能；当第一储能转化装置电压达到设定值后，启动第二储能转化装置中的水电解制氢储氢部件，水电解制氢储氢部件利用剩余电力电解水制氢并储存，实现太阳能的转化和存储；

[0017] 3)当太阳能发电装置的输出电流小于负载所需的输入电流时，第一储能转化装置的超级电容优先为负载供电，在短时间内满足负载需求；当第一储能转化装置电压低于设定下限值后，启动第二储能转化装置中的质子交换膜氢燃料电池发电部件，质子交换膜氢燃料电池发电部件利用储存的氢气发电，为负载供电；

[0018] 4)当光照强度低于设定值、太阳能发电装置不工作，而储氢瓶压力高于设定下限值时，第一储能转化装置的超级电容自动为负载供电，同时控制器启动第二储能转化装置的质子交换膜氢燃料电池发电部件，质子交换膜氢燃料电池发电部件利用储存的氢气发电，超级电容和质子交换膜氢燃料电池发电部件共同为负载供电。

[0019] 第二储能转化装置中的水电解制氢储氢部件通过储氢瓶储存所制得的氢气，所述储氢瓶可通过管路与外部系统连通，能够向外部系统输出多余的氢气或接收外部系统输入的氢气。

[0020] 所述控制器通过实时采集负载、太阳能发电装置、第一储能转化装置和第二储能转化装置的状态和工作参数，判断各装置是否正常，对判断不正常的装置进行报警处理。

[0021] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0022] (1)本发明涉及的电力微网系统均由绿色环保能源组成，通过绿色能源的循环转化和利用，在能量输出的同时实现了零排放污染。一般需求下，微网系统无须外部输入除太阳能以外的能量，即可提供绿色稳定的电力输出供应；当负载需求小于系统输出时，还可提供高纯度氢气供应。

[0023] (2)本发明电力微网系统中的第一储能转化装置采用超级电容，可对微网系统中的电力起到削峰填谷的调节作用，实现系统的稳定输出。

[0024] (3)本发明第二储能转化装置中的水电解制氢储氢部件可将太阳能发电装置产生的多余电能转化为氢储存起来；当光照强度不足、太阳能发电装置和第一储能转化装置的电力输出无法满足负载所需时，第二储能转化装置中的质子交换膜氢燃料电池发电部件启动工作，利用储存的氢发电，为负载补充电力；从而完成太阳能发电—水电解制氢储氢—氢燃料电池发电的能量轮回转换，实现了绿色能量的循环利用。附图说明

[0025] 图1为本发明零污染电力微网系统组成图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图，对本发明作进一步描述。

[0027] 太阳能是一种清洁、分布广泛，取之不尽、用之不竭、应用前景广泛的能源，在环境保护日益受到重视的当今社会，太阳能已成为能源开发的主体之一，太阳能发电在未来电力供应中所占的比重也将越来越大。

[0028] 现阶段太阳能发电装置单独使用时受光照强度和时长频繁变化所限，供电输出能力极不稳定、实际利用效率很低，这些固有缺陷极大的限制了对太阳能发电的开发利用。本发明针对现有技术缺陷，创造性地采用了超级电容、水电解制氢储氢部件和质子交换膜氢燃料电池发电部件与太阳能发电装置一起构成了微网系统，利用超级电容响应快、削峰填谷效应明显，和电解产氢及氢燃料电池发电高效无污染、储能密度高的特点，弥补了太阳能发电自身的不足之处，实行了太阳能发电不受光照条件限制、保持长期稳定的输出。

[0029] 具体地，本发明提出了一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统，如图1所示，包括太阳能发电装置、第一储能转化装置(超级电容)、第二储能转化装置(包括水电解制氢储氢部件和质子交换膜氢燃料电池发电部件)和控制器。

[0030] 太阳能发电装置：由光伏板和汇流箱组成；作为所述微网系统的主要能量输入终端，利用太阳能发电，为负载和超级电容供电；当水电解制氢储氢部件工作时，为其供电。

[0031] 控制器：实时监控和采集负载、太阳能发电装置、第一储能转化装置和第二储能转化装置的电流电压状态，判断各装置是否正常，对判断不正常的装置进行报警处理。同时根据预先设计的工作策略和各装置的电流电压状态控制第二储能转化装置的工作模式(转化储能模式或供能模式)，实现微网系统电力平顺稳定的输出。

[0032] 超级电容：当太阳能发电装置的输出电流等于负载所需的输入电流时，超级电容不工作；当太阳能发电装置的输出电流大于负载所需的输入电流且超级电容电压低于设定下限值时，超级电容工作在储能输出模式下、自动开始充电；当太阳能发电装置的输出电流小于负载所需的输入电流且超级电容电压高于设定下限值时，超级电容工作在全输出模式下、与太阳能发电装置一起输出到微网系统输出母线，为负载供电；当太阳能发电装置的输出电流小于负载所需的输入电流且超级电容电压低于设定下限值时，第二储能转化装置的质子交换膜氢燃料电池发电部件在控制器的控制下启动，超级电容工作在储能输出模式下、自身充电，同时与太阳能发电装置和氢燃料电池发电部件一起为负载供电；超级电容弥补了微网系统中其他部分动态响应特性慢，无法满足负载快速变化的不足。

[0033] 水电解制氢储氢部件：包括PEM水电解器和储氢瓶；在控制器的控制下启动，启动后，利用多余的太阳能发电制取氢气并储存在储氢瓶中，以备质子交换膜氢燃料电池发电部件发电时使用；储氢瓶可通过管路与外部连通，能够向外部系统输出多余氢气或接收外部系统输入的氢气。

[0034] 质子交换膜氢燃料电池发电部件：包括质子交换膜燃料电池堆及其附属设备，在控制器的控制下启动，启动后，接收来自储氢瓶的氢气，通过质子交换技术将氢能转换为电能，输出到微网系统母线中，为负载供电。

[0035] 本发明中，太阳能发电装置功率设计为20kW，水电解制氢储氢部件额定功率设计为10kW，最高功率设计为15kW，常用负载设计为5kW。

[0036] 本发明是一个除太阳能外无需其他外部能源输入的独立微网系统其内部可实现自我调节和自我平衡，提供稳定平顺的电力输出，满足外部负载需求。微网系统也可通过储氢瓶成为一个既能向外界提供氢气，又可从外界输入氢气的开放系统。

[0037] 太阳能是微网系统中所有能源的主要来源，太阳能发电除提供给外部负载外，剩余电量可供超级电容充电和水电解制氢储氢部件制氢。因此，多余的太阳能通过水电解产氢和超级电容储能两种形式转化为其他能源存储起来。太阳能发电装置随着光照强度的变化而变化，超级电容在微网系统中对电力起到调节作用，能够平缓、稳定电压。水电解制氢储氢部件将光伏发电多余的能量转化为氢能储存起来，待水电解制氢储氢部件停止工作，太阳能发电装置供应负载仍然不足时，启动质子交换膜氢燃料电池发电部件，质子交换膜氢燃料电池发电部件利用水电解制氢储氢部件产出的氢气发电，完成太阳能发电—水电解制氢—氢燃料电池发电能量的转换轮回。超级电容在太阳能发电期间优化供电品质，在燃料电池发电装置启动期间充当主电源，为微网系统供电。质子交换膜氢燃料电池发电部件、水电解制氢储氢部件辅助系统用电全部来自于微网系统。整个微网系统由控制器统一控制，统一进行能源调配。

[0038] 本发明中，微网系统预先设计的工作策略具体如下：

[0039] 1)当太阳能发电装置的输出电流恰好等于负载所需的输入电流时，第一储能转化装置和第二储能转化装置均不启动，此时微网系统输出母线上只有太阳能发电装置供电和负载耗电；

[0040] 2)当太阳能发电装置的输出电流大于负载所需的输入电流时，太阳能发电装置为负载供电外的剩余电力优先输出给第一储能转化装置的超级电容充电储能；当第一储能转化装置电压达到设定值后，控制器控制第二储能转化装置开启转化储能模式，即启动水电解制氢储氢部件，水电解制氢储氢部件利用剩余电力电解水制氢并储存，实现太阳能的转化和存储；此过程微网系统中太阳能发电装置和负载一直工作、第一储能转化装置的超级电容和第二储能转化装置的水电解制氢储氢部件依次启动并工作；

[0041] 3)当太阳能发电装置的输出电流小于负载所需的输入电流时，第一储能转化装置的超级电容优先接入微网系统母线，为负载供电，在短时间内满足负载需求；当第一储能转化装置电压低于设定下限值后，控制器控制第二储能转化装置启动供能模式，即启动质子交换膜氢燃料电池发电部件，质子交换膜氢燃料电池发电部件利用储存的氢气发电，为负载供电；此过程微网系统中太阳能发电装置、第一储能转化装置的超级电容和负载一直工作，第二储能转化装置的质子交换膜氢燃料电池发电部件按需启动并工作；

[0042] 4)当光照强度低于设定值、太阳能发电装置不工作，而储氢瓶压力高于设定下限值时，第一储能转化装置的超级电容为负载供电，同时，控制器控制第二储能转化装置启动供能模式，即启动质子交换膜氢燃料电池发电部件，质子交换膜氢燃料电池发电部件利用储存的氢气发电，为负载供电。

[0043] 本发明利用多种绿色能源组成零污染电力微网系统，形成稳定、无害、纯绿色能源系统，能够有效增加太阳能利用率、拓宽其应用场景，减少能量转换过程损耗、提高能量储存密度，并彻底杜绝了工作过程中的污染物排放，实现了高效零污染的电力输出。

[0044] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

[0045] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种选择性甲醛膜电极组合体的制备方法	2020-05-08	180
一种多功能吸氢机	2020-05-11	425
具有自适应遗传策略RNA-GA的燃料电池优化建模方法	2020-05-11	802
一种磷化聚苯醚质子交换膜及其制备方法	2020-05-08	722
一种拱型自供氧余热利用式直接甲醇燃料电池	2020-05-11	525
一种聚烯烃-g-聚苯并咪唑接枝共聚物及其制备方法与应用	2020-05-11	852
一种流道沟槽和脊表面为异种涂层的金属双极板及其制备方法	2020-05-08	276
一种含萘环聚苯并咪唑型质子交换膜及其制备方法和应用	2020-05-12	329
燃料电池极板及燃料电池	2020-05-11	494
一种生产高浓度的富氢装置	2020-05-08	898

一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统

一种多绿色能源组成的零污染电力微网系统

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：