[发明专利]一种基于质子交换膜应用的发电与制氢一体化动力系统

说明书

本发明公开了一种以氢气为基础能源，充分利用质子交换膜特有的高效发电和电解水的电化学特性，在同一个系统中实现发电与制氢的一体化新能源动力系统。该动力系统发电与制氢分别采用了质子交换膜燃料电池技术和电解水技术。该动力系统既可将氢气与空气中的氧气化合发电驱动电动机，又可在外接电源（电网及太阳能等）的辅助下电解水制氢，解决了目前加氢站建设严重滞后的问题，集成度高，技术路线清晰，可广泛应用于乘用车、船只、航空、航天器等移动动力系统以及海岛供电站、山区电信基站、办公楼、厂房、住宅等固定能源和动力系统，动力系统运行时只产生水和氧，水可循环利用，可实现零排放和零污染，具有非常重要的环保意义。

技术领域

本发明涉及一种以氢气新能源为基础能源，以外接电源(国家电网、太阳能风能)为辅助，基于质子交换膜应用的发电与制氢一体化动力系统。

背景技术

社会的进步，经济的发展，伴随着交通运输工具、工程机械、能源工程的建设和发展，继而导致对化石能源需求的增加，对大气污染的加剧，长此下去，化石能源资源将趋于枯竭，人类生存环境也将趋于恶化。

为了减轻对化石能源的依赖，世界各国或实施政策引导，或出台优惠政策，或鼓励和引导科研机构以及相关企业投入了大量的人力、物力和财力用于新能源研究，目的是减少直至最终摆脱对化石能源的依赖。如在新能源汽车研究方面，可再生能源汽车已进入高速发展的快车道，太阳能、电池驱动汽车的研发已取得一定成效，特别是以氢气为基础能源，采用质子交换膜燃料电池发电驱动技术已趣成熟，已成为新能源研究与开发的重要汽车研究与开发最具潜力的方案，燃料电池的开发与研究为水能、光能、风能等再生能源的储能蓄能提供了更加广阔的发展空间，并已被德国、英国、日本等国确定为清洁能源最终的发展方向。

氢气资源丰富，氢气在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%；氢能是氢气的化学能，是通过氢气和氧气反应所产生的能量，是二次能源；工业上生产氢气的方式很多，常见的有煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等方法，利用水力发电及太阳能等再生电力资源电解水制氢技术已经非常成熟，从淡水、海水中分解氢气取之不尽、用之不竭；氢气与空气中的氧气在一定条件下化合产生电、生成水，不会造成任何环境污染；氢气能源具有很多优点，氢气单位质量能量热值高，是石油的三倍，在转换过程中效率高达80%，转换过程中，只产生纯水和电能，不产生任何废气和废弃物，是理想的能量和能量转换载体。

例证1：德国奥迪汽车在2014年11月洛杉矶车展上，推出了A7h-tron quattro氢气动力燃料电池概念车；宝马汽车在 2015 年发布了基于i8和5系GT车型的燃料电池原型车，并宣布将于 2020 年发布量产版；目前在加氢站修建相对完善的区域发售市面上能买到的燃料电池汽车有3款，分别是丰田 Mirai、本田 Clarity、现代 ix35 FC。现代ix35FC是一款SUV 产品，能容纳更大氢燃料箱，其续航里程达 590公里。

例证2：日本计划乘 2020 年东京奥运会的东风，建成加氢站网络，覆盖东京、大阪城市带，构建以氢能为主要能源的清洁城市；与此同时，日本政府正加大消费者购买燃料电池汽车的补贴力度，计划到 2025 年，将燃料电池汽车的市场价格降至 2 万美元。欧洲以英国、丹麦为代表，正加快推进加氢站的建设，丹麦已基本实现加氢站全覆盖；英国、德国也在提高加氢站的资金投入和地域覆盖，英国，在政策上大力支持燃料电池汽车产业，计划至2030 年，生产、销售燃料电池汽车160万辆。

例证3：加州州立圣马科斯大学（CSUSM）计划安装新的燃料电池系统，建成环境友好型校园。新系统可满足该大学校园的大部分电力需求，并减少对周边环境的污染，使用Purecell ® Model 400燃料电池，燃料电池可高效输出440kW的电力，寿命可达10年。燃料电池系统将独立于电网运作，与传统化石能源相比，新系统将可以减少约110万英镑的二氧化碳排放，相当于409亩森林的二氧化碳净化量。