氢燃料电池系统在通信系统备用电源中的应用

2011-09-30 15:19:55来源: 互联网
一、 通信备用电源系统简介

    通信基站一般用市电供电,为保证基站正常工作,需要给基站配备备用电源系统如铅酸蓄电池组和移动油机,在断电时,备用电源系统为基站中的负载供电,保证设备的正常运行。

    铅酸蓄电池的优点是比较安全且采购成本较低,其缺点是体积大、笨重、造成一次和二次环境污染、备电时间有限且有不确定性、对环境温度要求苛刻。

    当铅酸蓄电池因放电时间较长将要退服或出现故障时,移动油机成为现实可用的备用电源,但移动油机后勤保障复杂,需有人值守,有噪声污染及废气污染。

    鉴于铅酸蓄电池和移动油机的种种缺点,加之能源危机和人们环保意识的提高,寻求新的备用电源的呼声越来越高,氢燃料电池是最理想的替代者之一。

    二、 氢燃料电池的原理

    氢燃料电池是一种高效电化学能量转换器,把氢气(燃料)和氧气(来自空气)中的化学能直接转化成电能。只要有燃料和空气不断输入,燃料电池就能源源不断地产生电能,因此,燃料电池兼具电池和油机的特点。

    燃料在燃料电池的阳极被氧化,生成质子和电子;质子通过电解质迁移到阴极,电子通过外电路迁移到阴极为外界负载提供电能;迁移到阴极的质子、电子和阴极处来自空气中的氧气结合生成水。燃料电池的主要优点包括:高效率(不受“卡诺循环”的限制)、零或超低排放、机械结构简单、扩展容易、安静、安全、可靠、能用可再生能源为燃料、只要有燃料就可连续不断地发电。

    三、 氢燃料电池与现有备用电源的比较

    1、与铅酸电池的比较

    和铅酸电池相比,燃料电池的主要优点包括:

    适应环境温度范围宽广,基站温度可设定在32℃或更高,这样每年可节约大量空调电费。

    只要保证氢气的供应就可持续供电,在发生大的自然灾害时可以保持长时间的通信畅通,为此而保护的生命、财产是难以用金钱来衡量的。

    按设定电压稳定输出电能,而不像铅酸电池在剩余电量达到最低值前,放电电压衰减很快且难以预测。

    重量轻,不需特殊的承重处理。

    占地面积小,安置位置灵活,既可安置在室外也可安置在室内。

    寿命设计一般是累计使用时间1500小时、累计开关次数超过600次、储存寿命10年,而铅酸电池几年就要更换。

    安全性高,燃料电池系统中有多种传感器,系统可自动采取应对措施,如:当氢气泄漏时,燃料电池控制系统会自动关闭气源,避免泄漏持续;可远程监控,及时发现问题。世界上还没有燃料电池发生氢气燃爆事故。

    2、与移动油机的比较

    与移动油机比较,氢燃料电池最大优点是:

    自动控制,可实现无人值守,通过遥测、遥控手段来监控系统的运行状态及氢气的剩余量,实现远程管理。

    低噪音、无废气排放。燃料电池系统机械运动部件较少,所以系统比较安静,其排放物为水,对环境友好。

    四、 通信备用氢燃料电池系统的应用

    1、系统的接入

    燃料电池系统可以布置于室内和室外,但作为通信备用电源系统,根据现有通信机房的相关管理规范,燃料电池备用电源系统只能布置于室外。

 燃料电池系统的功率输出线只需和整流器中的直流母线连接即可,另外,由于配置启动电池(小容量),需提供一路市电给启动电池充电。燃料电池系统支持手动启动、自动启动和远程启动三种方式。

2、运行与维护

    当市电正常时,燃料电池系统待机。市电通过专用充电器给燃料电池启动电池充电,氢气电磁阀关闭。

    当市电中断后,燃料电池系统立即启动。燃料电池系统会自动检测到市电中断,立即完成开启氢气电磁阀等一系列动作,开始发电;启动电池同时给直流负载提供短时间的不间断供电;燃料电池连续运行,给直流负载供电。

    当市电恢复后,燃料电池系统自动停机。燃料电池系统检测到市电恢复,关闭氢气电磁阀等,系统进入待机状态。

    燃料电池系统可以自动检测剩余氢气量,根据设定自动提醒工作人员更换氢气瓶。

    3、经济性比较

    燃料电池的应用成本主要是两项:系统采购成本及氢气使用成本。目前燃料电池的一次采购成本比铅酸电池高,但在燃料电池10年的寿命周期内,铅酸电池的采购成本也不菲。目前燃料电池的生产量较少,当大批量生产时,其成本可比目前低很多;美国能源部的报告指出,如果每年生产50万辆、使用80kW燃料电池的汽车,燃料电池每千瓦的成本在2010年就可以降到70美元。每一个40升、125个大气压的常规钢瓶,可以产电7kWh左右。对于一个2kW的基站,可以供电3.5个小时,氢气费用(包括运费)约40-90元人民币。延长备电时间只需增加钢瓶数量即可,而且钢瓶可在线更换。假设一年停电150个小时,需43瓶气体,氢气使用总成本为1720-3870元人民币。

    使用燃料电池备用电源的基站的温度可设定在32oC(现在是25oC)或更高,可以节约大量的空调耗电。其次,可节约对原需配置的铅酸电池的充电及浮充耗电;由于燃料电池可靠性高,使用周期长,平均维护费用较低。

    所以,在10年的寿命周期内,燃料电池寿命周期成本(含初次购买成本、氢气使用成本、维护成本)会比采用铅酸电池的寿命周期成本更有优势。

    4、应用案例

    氢燃料电池在全球已得到大量的实际应用,累计已有数千套,IdaTech和印度的ACME集团在2008年签订了多达3万台5kW燃料电池系统协议,用于印度电信市场。燃料电池还被应用于严寒及酷热地区,充分展示了极强的环境适应能力。

    五、 氢燃料电池的安全性及氢气来源

    氢气是最轻的气体,如果氢气泄露,它会快速向上扩散,其速度接近20米/分钟,很难在空气中积聚,从而减少燃烧或爆炸的可能性。

    下表对氢气和常见的两种气体的燃爆特性进行了比较,可见,氢气并不比常见的气体危险,相反,它甚至更安全。

 

    氢气是来源最广泛的燃料,可以用各种可再生或不可再生的能源制备,目前氢气主要来源于工业副产气和电解水制氢。在炼焦、冶炼、氯碱、合成氨工业中有大量的富氢副产气。以炼焦工业为例,副产气叫焦炉煤气,气体中含氢气约56%,按我国的焦炭产量算,每年可产焦炉煤气300多亿立方米,相当于“西气东输”工程设计年输气量120亿立方米的2倍多,但这些焦炉气大部分被点燃排空,未被回收利用。目前我国从副产气中回收氢气的工艺非常成熟,只是因为用氢市场需求较小,尚未形成便捷的制氢、供氢网络,所以对燃料电池的大范围应用形成一定的制约。

关键字:氢燃料  电池  电源

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0930/article_12068.html
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