[发明专利]一种野外应急可再生能源管理系统及其实施方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种野外应急可再生能源管理系统及其实施方法，属于先进能源技术领域。

背景技术

常规煤电给人类带来了巨大的环境污染，直接威胁人类的生存和发展空间。采用太阳能等可再生能源，有望减少大气污染排放，但是，由于太阳能供电受到昼夜、地区差异的影响，不能保证持续供电，因此需要一种高效清洁的能源载体，在太阳能与负载用户之间提供储能和放的过渡，氢能提供了很好的媒介。在各种制氢技术中，太阳能水解制氢被认为是可再生、环保型、也是最有潜力的技术之一。野外应急能源智能管理系统，为野外应急供电提供了较好的技术手段，在野外应急通信基站、移动手术台、野外单兵、无人机等方面有巨大的应用潜力。

与采用内燃发动机或涡轮发动机相比，野外能源可再生能源系统有诸多优点：1、电推进的声辐射和热辐射都较低，因而在野外不易被红外探测；2、与携带大量电池相比，采用燃料电池可以大大降低负重，氢燃料电池的重量要比等功率的常规电池轻50％以上；3、燃料(如氢)的化学能转化为电能的过程中只产生热和水，而不会释放出有毒气体，不会对环境产生不良影响，是种安全的发电手段；4、与传统的发电设备相比，燃料电池安全，燃烧效率高；5、跟常规电池不同，燃料电池只要有燃料盒就可以持续使用，无需充电，不存在可充电能力衰减。氢燃料电池技术的主要应用对象将是采用电推进的小型供电系统。

目前已有部分国家开始研发燃料电池系统，如德国的智能燃料电池(SFC)公司设计出了一种“士兵燃料电池动力系统”(FCPS)，目前正在进行实际应用实验。采用“直接甲醇燃料电池”(DMFC)技术，用重0.47千克，体积18×8厘米的M500充电燃料盒进行热交换。该系统最高电量达40瓦，额定电压144伏，重量为1千克(仅为单兵原来携带电池重量的20％)。该系统采用DMFC技术，当甲醇耗尽时，系统将停止工作，系统不可再生，如图1。传统应急能源系统也包括储氢瓶+燃料电池供电系统，该系统尽管无需使用太阳能电池板，减小了重量，供电时间有限，当氢气压力小于设定压力时，将停止供电，再次恢复需要人员亲临现场更换氢气瓶，如图2。

采用太阳能和氢能相结合，再结合能源管理单元，实现对能量的可再生高效转化。由于可再生燃料电池，既可以作为制氢单元，又可以作为放电单元，大大减轻了常规能源系统的重量。该系统只包含单个蓄电池以满足燃料电池启动耗电之用，无需繁重的蓄电池组，从而大大减轻了传统能源系统(蓄电池组)的重量。

本发明正是基于这样的想法而产生的。本发明集成了太阳能电池、可再生燃料电池、蓄电池及储氢瓶和无线收发模块，实现能源有效转换控制，为系统中能量的有效储存、传递和利用提供手段。

国内外专利检索方面，查阅到Regenerative energy storage and conversionsystem(US 6748737)，Regenerative energy system(US7514808)。主要是针对船上可再生大型发电系统，采用储氢罐+燃料电池的发电模式，需要不断更换氢气瓶。

在国家知识产权网上，搜索“应急电源”关键词，发现有26项发明专利，其中大部分为铅酸电池用作应急电源的方法和系统，2项是关于燃料电池集成的，未见太阳能制氢的可再生应急电源系统的专利。如“质子交换膜燃料电池作为变电站应急电源系统及方法”(200710074501.4)，“使用燃料电池的应急电源系统和配电盘”(200780013672.4)，便携式太阳能发电装置(200820114458.X)。搜索“可再生应急电源”，未见相关专利。

能源系统方面的专利，主要侧重燃料电池的结构和发电方法。如，“燃料电池系统和利用一种燃料电池系统发电的方法”(99806402.5)，2003年松下电器产业株式会社申请的“氢生成设备和燃料电池系统”(02158983.6)，主要侧重系统，包括重整器；一氧化碳除去装置；以及原料加湿装置。2000年美国H·格泽尔-阿亚格；A·J利奥申请的“高效燃料电池系统”(00816543.2)一种混合燃料电池系统。查询到最新类似专利“太阳-氢能系统”(申请号：200810228596.5)虽然采用了太阳能和燃料电池，但主要是采用太阳辅助电解水制氢，解决电解水耗电大的瓶颈问题，降低制氢成本，需要与220V电网供电，不能应用于具备野外无人值守使用环境。未查询到关于太阳能、制氢、储氢、燃料电池一体化的野外应急能源系统专利。

发明内容