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。