[实用新型]基于氢能燃料电池的水电站保安电源

说明书

本实用新型提供了一种基于氢能燃料电池的水电站保安电源；氢源通过管道输送至储氢装置进行存储；储氢装置内的氢气通过管道输送至氢燃料电池用作原料；氢燃料电池的输出端与逆变装置的输入端电连接；逆变装置的输出端与水电站厂用电系统的交流电压母线电连接；水电站厂用电系统的交流电压母线与保安负荷的输入端电连接；氢燃料电池输出的直流电经逆变装置转换为交流电后输出至水电站厂用电系统的交流电压，为保安负荷供电；储氢装置和氢燃料电池之间的管道上设置有输氢控制单元；还包括氢电联控装置，分别与输氢控制单元、氢燃料电池、逆变装置和交流电压母线电连接。本实用新型提供一种完全零排放、清洁环保的水电站保安电源新方式。

技术领域

本发明涉及水利水电机电技术领域，具体涉及一种基于氢能燃料电池的水电站保安电源。

背景技术

为了取得水能落差，中大型水电站一般都有大坝等蓄水防洪设施，这些设施闸门的正常启闭直接关系整个电站的安全。因此水电站对这些重要的用电负荷设置保安电源，以确保这些设施的正常运行。除此之外，水电站内的消防设备、渗漏排水设备、电梯等也属于保安负荷。目前，水电站的保安电源均采用柴油发电机冷备用的方式。

水电站柴油发电机保安电源是在大坝、电站厂房等水电站涉及安全的重要部位设置柴油发电系统，包括柴油机、发电机、储油箱、排烟系统、配电设备等，柴油发电机通过电缆和上述重要用电负荷连接。在水电站失去正常工作电源以及所有外来电源时，通过快速启动柴油发电机向大坝泄洪闸门、消防、渗漏排水等保安设备供电。

当以柴油为燃料作为水电站保安电源动力源时，户内布置时需要设置专用的柴油机房、专用储油罐室，排烟通道；户外布置时需要外部连接的运输通道。不论户内、户外布置的柴油发电机均会在运行时产生大量的废气和噪音，即使是短时运行也极不环保。且大型水电站大坝内设置柴油发电机房和油罐邮箱等储油装置，消防安全需特殊设计和考虑。

氢能作为一种环保燃料，已大规模应用于工业场所，其衍生产品氢燃料电池具有温室气体零排放、无污染、无噪音、易维护等优点。目前氢燃料电池主要应用于新能源汽车行业，但由于价格高昂、布置尺寸限制等尚未大规模普及，在水电站中尚未涉及研究与应用。然而水电站水量充足，有时又因电能无法消纳导致“弃水”而造成能源浪费，这些都为水电站通过“弃水”制氢创造了有利条件，从而实现能源的再利用。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于氢能燃料电池的水电站保安电源，取代了常规柴油发电机组，实现了零排放、清洁环保的保安方式。

本发明提供了一种基于氢能燃料电池的水电站保安电源，其特征在于包括氢源、储氢装置、氢燃料电池、逆变装置；氢源通过管道输送至储氢装置进行存储；储氢装置内的氢气通过管道输送至氢燃料电池用作原料；氢燃料电池的输出端与逆变装置的输入端电连接；逆变装置的输出端与水电站厂用电系统的交流电压母线电连接；水电站厂用电系统的交流电压母线与保安负荷的输入端电连接；氢燃料电池输出的直流电经逆变装置转换为交流电后输出至水电站厂用电系统的交流电压，为保安负荷供电；储氢装置和氢燃料电池之间的管道上设置有输氢控制单元；输氢控制单元包括泵、阀门、压力调节器和流量调节器，用于控制储氢装置对氢燃料电池的氢气供给量；还包括氢电联控装置，分别与输氢控制单元、氢燃料电池、逆变装置和交流电压母线电连接；氢电联控装置通过逻辑判断水电站厂用电系统状态，当交流电压母线、正常交流工作电源失电，启动氢燃料电池为保安负荷供电；氢电联控装置根据保安负荷容量以及负荷特性，通过输氢控制单元控制储氢装置输送的氢气压力、流量和氢燃料电池输出的电压、电流、频率。

上述技术方案中，储氢装置和氢燃料电池之间的管道内设置有流量监测元件，实时反馈向氢电联控装置反馈管道内氢气流量；氢电联控装置根据保安负荷特性、电池能量密度与电功率输出的变化及关系，确定合理的补气值并以此控制输氢控制单元调节管道内氢气流量。