水电站氢能不间断交流电源系统的制作方法

本发明涉及水利水电机电技术领域，具体涉及一种水电站氢能不间断交流电源系统。

背景技术：

水电站的计算机监控主机、服务器、通信设备、火灾报警等重要设备需要提供设可靠的不间断电源(以下简称ups)。正常运行情况下，ups把交流电整流成直流电，然后再把直流电逆变成稳定无杂质的交流电；当交流电中断(事故停电)时，ups立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220v交流电，使负载维持正常工作。目前，ups电池一般均采用铅酸或者镉镍蓄电池。铅酸和镉镍具有一定的腐蚀性和毒性，一旦泄露会造成环境污染，甚至危及人身安全，因此必须专业防护，其电解液也需要专门回收，以免造成污染。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种水电站氢能不间断交流电源系统，可以实现水电站运行设备中不含有毒有害的铅、镉等元素，并可在长期运行及维护过程中实现零排放、零污染的要求。

本发明提供了一种水电站氢能不间断交流电源系统，其特征在于包括水电站制氢系统、水电站储氢系统、输氢管路、氢燃料电池电堆、ups主柜、ups配电柜、电站厂用交流电；电站厂用交流电的输出端分别与整流模块和ups主柜的输入端电连接；整流模块的输出端与水电站制氢系统的输入端电连接；水电站制氢系统的输出端通过输氢管路与水电站储氢系统的输入端相连通；水电站储氢系统的输出端通过输氢管路与氢燃料电池电堆的输入端相连通；氢燃料电池电堆的输出端与ups主柜的输入端电连接；ups主柜的输出端与ups配电柜的输入端电连接；ups配电柜的输出端与整流模块的输入端电连接。

上述技术方案中，ups主柜内还设置有整流模块和逆变模块；电站厂用交流电的输出端与整流模块的输入端电连接，整流模块的输出端与逆变模块的输入端电连接；氢燃料电池电堆的输出端与逆变模块的输入端电连接；逆变模块的输出端与ups配电柜的输入端电连接。

上述技术方案中，输氢管路采用钢材料、焊接工艺，运输压力8mpa,管径根据氢燃料电池电堆容量确定。

上述技术方案中，氢能燃料电池电堆采用质子交换膜燃料电池,氢能燃料电池的容量根据水电站的ups负荷确定，容量在100kw以内。

上述技术方案中，水电站储氢系统采用高压储氢罐，布置在水电站蓄电池室附近，储氢罐采用包括钢、铝或者碳纤维制作，存储压力10～70mpa,储氢罐的容积大小根据氢燃料电池电堆的容量确定。

本发明的目的在于使用氢能燃料电池(电化学反应)方式克服上述水电站ups采用铅酸和镉镍介质，一旦泄露后污染高、有毒性的缺陷，而提供一种完全零排放、清洁环保的水电站“h-ups”新方式。基于氢能的水电站h-ups可以源自电站本身电解氢，该方法适用所有水电站(厂)，对电站提高运行人员的安全性、降低设备节能降耗、替换高耗能高污染传统设备、实现水电站运行维护的零排放具有重要意义。本发明的氢气源可以采用水电站弃水发电来制造氢气，该方案可以避免传统电解制氢的能耗高的问题，实现多余电能能源的存储。本发明采用氢燃料电池替代传统铅酸和镉镍蓄电池。传统ups系统由于电池容量有限，不能长时间带负荷，备用时间不超过2h。采用氢燃料电池后，只需提供足够的氢气，ups电源将不受备用时间限制，可以可靠保障重要负荷用电。本发明的氢燃料电池输出直流电压后，直接接到ups主柜，在主柜经逆变模块变为交流，然后给各个负荷供电，同时多余的电能也可以用于电解制氢，实现循环利用。传统ups电池需要定期进行充电、放电，增加了能耗和运行维护工作量，而且电池具备记忆效应，导致电池的性能逐年下降，氢燃料电池不需要定期充放电，而且没有记忆效应。

本发明为一种全新方式的水电站ups电源，可以实现水电站运行设备中不含有毒有害的铅、镉等元素，并可在长期运行及维护过程中实现零排放、零污染的要求。

附图说明

图1是本发明的系统示意图；

其中，1.水电站制氢系统，2.水电站储氢系统，3.输氢管路，4.氢燃料电池电堆，5.ups主柜，6.ups配电柜，7.整流模块，8.逆变模块，9.电站厂用交流电。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，本发明提供一种水电站氢能不间断交流电源系统，包括水电站制氢系统1，水电站储氢系统2，输氢管路3，氢燃料电池电堆4，ups主柜5，ups配电柜6，整流模块7，逆变模块8。电站厂用交流电9的输出端分别与整流模块7和ups主柜5的输入端电连接；整流模块7的输出端与水电站制氢系统1的输入端电连接；水电站制氢系统1的输出端通过输氢管路3与水电站储氢系统2的输入端相连通；水电站储氢系统2的输出端通过输氢管路3与氢燃料电池电堆4的输入端相连通；氢燃料电池电堆4的输出端与ups主柜5的输入端电连接；ups主柜5的输出端与ups配电柜6的输入端电连接；ups配电柜6的输出端与整流模块7的输入端电连接

水电站制氢系统1,利用电站内厂用电，采用电解制氢原理制造氢气，通过输氢管路3送至储氢系统2。

水电站储氢系统2采用高压储氢罐储存，布置在水电站蓄电池室附近，储氢罐采用包括钢、铝或者碳纤维等材料制作，存储压力10～70mpa,储氢罐的容积大小根据燃料电池的容量确定；同时设置有压力传感器或者压力变送器实时监测储气罐内容量状态。

储氢系统2通过输氢管路3向氢燃料电池电堆4提供氢气。

输氢管路3采用钢材料、焊接工艺，运输压力8mpa,管径根据燃料电池容量确定。

氢能燃料电池电堆4将输入的氢气能源转换为电能，输出直流电压，经电缆连接到ups主柜6的逆变模块9。氢能燃料电池采用质子交换膜燃料电池,氢能燃料电池的容量根据水电站的ups负荷确定，容量在100kw以内；

ups主柜5,内部设置整流和逆变装置，厂用交流通过整流模块7变为直流，和氢能直流并联后，接到逆变模块8逆变为交流，通过电缆连接到水电站ups配电柜6。

ups配电柜6,用于向水电站各个ups负荷供电，当ups电能富余时，也可以将ups电能用于电解制氢。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：

1.一种水电站氢能不间断交流电源系统，其特征在于包括水电站制氢系统、水电站储氢系统、输氢管路、氢燃料电池电堆、ups主柜、ups配电柜、电站厂用交流电；电站厂用交流电的输出端分别与整流模块和ups主柜的输入端电连接；整流模块的输出端与水电站制氢系统的输入端电连接；水电站制氢系统的输出端通过输氢管路与水电站储氢系统的输入端相连通；水电站储氢系统的输出端通过输氢管路与氢燃料电池电堆的输入端相连通；氢燃料电池电堆的输出端与ups主柜的输入端电连接；ups主柜的输出端与ups配电柜的输入端电连接；ups配电柜的输出端与整流模块的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的水电站氢能不间断交流电源系统，其特征在于ups主柜内还设置有整流模块和逆变模块；电站厂用交流电的输出端与整流模块的输入端电连接，整流模块的输出端与逆变模块的输入端电连接；氢燃料电池电堆的输出端与逆变模块的输入端电连接；逆变模块的输出端与ups配电柜的输入端电连接。

3.根据权利要求1所述的水电站氢能不间断交流电源系统，其特征在于输氢管路采用钢材料、焊接工艺，运输压力8mpa,管径根据氢燃料电池电堆容量确定。

4.根据权利要求3所述的水电站氢能不间断交流电源系统，其特征在于氢能燃料电池电堆采用质子交换膜燃料电池,氢能燃料电池的容量根据水电站的ups负荷确定，容量在100kw以内。

5.根据权利要求4所述的水电站氢能不间断交流电源系统，其特征在于水电站储氢系统采用高压储氢罐，布置在水电站蓄电池室附近，储氢罐采用包括钢、铝或者碳纤维制作，存储压力10～70mpa,储氢罐的容积大小根据氢燃料电池电堆的容量确定。

技术总结
本实用新型提供了一种水电站氢能不间断交流电源系统，包括水电站制氢系统、水电站储氢系统、输氢管路、氢燃料电池电堆、UPS主柜、UPS配电柜、电站厂用交流电；电站厂用交流电的输出端分别与整流模块和UPS主柜的输入端电连接；整流模块的输出端与水电站制氢系统的输入端电连接；水电站制氢系统的输出端通过输氢管路与水电站储氢系统的输入端相连通；水电站储氢系统的输出端通过输氢管路与氢燃料电池电堆的输入端相连通；氢燃料电池电堆的输出端与UPS主柜的输入端电连接；UPS主柜的输出端与UPS配电柜的输入端电连接；UPS配电柜的输出端与整流模块的输入端电连接。本实用新型可在长期运行及维护过程中实现零排放、零污染的要求。

技术研发人员：桂远乾;梁波;贺徽;刘亚青;崔磊;董政华;李璇;谌睿
受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司
技术研发日：2019.09.30
技术公布日：2020.05.19