YDB 051-2010 通信用燃料電池供電系統(tǒng)

YDYDB051—2010通信用氫燃料電池供電系統(tǒng)PowerSupplyofHydrogenFuelCellforTelec中國通信標準化協(xié)會I Ⅱ 1 1 1 1 2 6 12 本項技術研究將推進通信用氫燃料電池供電系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化進程，促進企業(yè)技術進步、提高產(chǎn)品為適應信息通信業(yè)發(fā)展對通信標準文件的需要，在工業(yè)和信息化部統(tǒng)一安排下，對于技術尚在發(fā)展中，又需要有相應的標準性文件引導其發(fā)展的領域，由中國通信標準化協(xié)會組織制定“通信標準類技術報告”，推薦有關方面參考采用。有關對本技術報告的建議和意見，向中國通信標準化協(xié)本技術報告起草單位：工業(yè)和信息化部電信研究院、深圳市威安科技有限公司、中訊郵電咨詢設計院、武漢銀泰科技電源股份有限公司、中國電信集團公司、中國移動通信集團公司、新源動力股份有限公司、上海攀業(yè)氫能源科技有限公1GB/T2829-2002周期檢驗計數(shù)GB/T3873通信設備產(chǎn)品GB4943-2001信GB4962-1985氫氣GB/T20042.1質(zhì)子交換膜燃料電池YD/T637通信用YD/T799通信用閥控式YD/T983-1998通信電源設備電磁兼容2）；b)工作環(huán)境溫度為：室外Ⅰ型-40℃~45℃,室外Ⅱ型-10℃~45℃,室內(nèi)型0℃~40℃;c)儲存溫度為-40℃~60℃（當環(huán)境溫度低于-20℃時，應采用帶H標示的鋼瓶3d)提供適當?shù)摹⑴c殘存危險有關的安全標記，例如：機械危險、電氣危險、電磁兼容性（EMC）燃料電池、DC-DC變換單元發(fā)生故障時，應能發(fā)出聲或光告警并自動切離供電系統(tǒng)。對于多模塊并系統(tǒng)輸出電壓超過過壓保護設定值或者低于欠壓保護設定值時，4系統(tǒng)應具有下列告警信息：箱體門打開、燃料電池故障（電堆/模塊不在位、輸出中斷）——遙信：燃料電池（電堆/模塊輸出過/欠壓、過溫、輸出過流），氫氣壓力低/高，風扇正常/在環(huán)境溫度為15℃~35℃,相對濕度為90%，試驗電壓為直流500V時，系統(tǒng)直流輸出端與外殼的絕直流輸出對機殼應能承受50Hz、有效值為1000V的正弦交流電壓或等效其峰值的1414V直流電壓5應不小于10mm2；配電單元外殼、所有可觸及的金屬零部系統(tǒng)機柜應能保護產(chǎn)品抵御靜電的破壞，其保護能力應符合YD/T983-1998中7.3表96——溫度：15℃~35℃;統(tǒng)-統(tǒng)-+-+-+7負載調(diào)整率×100%……………（1）c）突變負載電流，使負載電流從額定值的25%→50%→25%和50%→75%→50%進b）啟動燃料電池供電系統(tǒng)，調(diào)節(jié)線性負載，使負載電流為110%的額定值，直流輸出電壓為出廠調(diào)節(jié)線性負載使負載電流大于110%，檢查系統(tǒng)是否自動關機并有聲或光告警，試驗結果應符合8在系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下，使輸出短路，檢查系統(tǒng)是否自動關機并有聲或光告警，試驗結果應符合轉(zhuǎn)換蓄電池的浮充、均充狀態(tài)，檢查系統(tǒng)是否正常工作，檢查蓄電池放電記錄，應能符合5.2.119采用多模塊并聯(lián)方式的燃料電池供電系統(tǒng)，系統(tǒng)正常工作時，插拔模塊，試驗結果應符合5.4.1的燃料電池系統(tǒng)輸出額定功率時，測量燃料消耗量，計算每千瓦燃料消耗速率，結果應H2×LHVH2)×100%…………(2)ηF——燃料電池效率。LHVH2——氫氣低熱值，1.2×105J/g。）；mH2——氫氣流量，單位為克每秒（g/s）?！?）℃,試驗持續(xù)時間為16h，在標準大氣條件下恢復2h后，被測試設備應能正常工作。按GB/T2423.1-2001中“試驗Ad”進行試驗。試驗溫度為（0±3）℃,被測試設備應能正常工作。±2）℃,試驗持續(xù)時間為16h，在標準大氣條件下恢復2h后，被測試設備應能正常工作。50]80]BC1○√√√2○√√√3○√4○√5○√6○√7○√√8○√√9○√√○√○√○√○√√○√√√○√√○√○√○√○√○√○√○√○√○√○√○√√√○√○√○√√○√√○√√○√隨著科技、工業(yè)與民生的發(fā)展，人類對能源的需求越來越多。當前人類消耗的能源主要為有限的、不可再生的礦物能源，如煤炭、石油、天然氣、核燃料等，根據(jù)目前社會對能源的需求及已探明的地球礦物能源的儲藏量，石油、天然氣的可用年限不超過一百年，煤炭、核聚變?nèi)剂系目捎媚晗薏怀^三百年，很快會消耗殆盡。各國都在努力尋求可替代能源和可再生能源，并加快產(chǎn)業(yè)化進氫是宇宙中最豐富的物質(zhì)，氫在自然界多以化合物形態(tài)出現(xiàn)。在地殼十公里范圍內(nèi)（包括海洋氫燃料電池作為新型節(jié)能環(huán)保能源之一，它的研制受到歐美及日、韓等國的高度重視并快速發(fā)一五重點發(fā)展支持項目；氫燃料電池將助力通信運營商的節(jié)能減排工作，提高競爭力，還將帶動原氫燃料電池將儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能，氫燃料電池的電極本身不含有化劑，帶有氣體流動通道的石墨或表面改性的金屬板為雙極板，目前多以全氟或部分氟化磺酸型固中的氧同電解液中的氫離子吸收電子并結合形成水。依照原電池的定義，燃料電池內(nèi)部的陰極對于氫氧燃料電池的單電池工作電壓在0.6V～0.9V之間高輸出電壓，輸出電壓等于單電池的工作電壓乘以電池的串聯(lián)數(shù)，其輸出電流就等于電流密度與工作面積的乘積。電池堆的組裝程序相當嚴格，密封是組裝燃料電池的關鍵技術之一，其目的是確保氫燃料電池與傳統(tǒng)電池同屬電化學裝置，但也有不同之處——燃料和氧化劑等活性物質(zhì)都從外部供給。原則上，當源源不斷地從外部向燃料電池供給燃料和氧化劑、反應產(chǎn)物不斷排除時，其可以連續(xù)發(fā)電，相當于一種節(jié)能環(huán)保的直流發(fā)電機。燃料電池使用的燃料和氧化劑均為流體，即氣體系統(tǒng)只有單電池或電池堆無法正常工作，必須輸送反應物。另外，必須不斷排出或回收利用反應過程中生成的水和熱，才能保證系統(tǒng)工作溫度的穩(wěn)定及連續(xù)可靠地運行，因此，需要一套完善的輔助裝置，即水熱綜合管理單元等。氫燃料電池的內(nèi)阻較高時具有較好的抗短路能力，但降低了動態(tài)響應能力，需要加裝直流－直流變換單元才能得到穩(wěn)定的電壓，通過直流配電單元向負載供電。監(jiān)控單元肩負著綜合的控制和管理功能，不僅對各組成部分進行監(jiān)控，還具有各種保護和告警功能，儲氫系統(tǒng)管理單元也承擔著重要的氫氣泄露保護功能。由于系統(tǒng)啟動到穩(wěn)定運行有一段時間，因此儲能單元在這期間既給負載供電，又為系統(tǒng)的開傳統(tǒng)的熱機發(fā)電先將煤、石油、天然氣等燃料進行燃燒，使化學能轉(zhuǎn)換成熱能，再利用熱能制造高溫高壓的水蒸氣來推動渦輪機，使熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，帶動轉(zhuǎn)子切割磁力線發(fā)電，再將機械能一是受卡諾循環(huán)及材料的限制，轉(zhuǎn)換效率只有33不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換效率高，可達60%當燃料電池以富氫氣體為燃料時，由于燃料電池具有高的能量轉(zhuǎn)換效率，其二氧化碳的排放量前必須脫除硫及其化合物，發(fā)電過程中沒有燃燒，所以它幾乎不排放氮的氧輕了對大氣的污染。當燃料電池以純氫為燃料時，它的化學反應產(chǎn)物僅為水，從根本上消除了氮的氣和大氣中的氧氣，氣體中的雜質(zhì)仍能產(chǎn)生少量的污染物排放，但如圖所一般情況下，傳統(tǒng)的電力電子變換器接近滿載時的效率高于輕載時的效率，為了降低能耗，往往采用休眠技術使電源模塊的負載率提高，從而增加了電源系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)，降低了可靠性；而氫燃料電池供電系統(tǒng)在燃料供應充足時，無論輕載還是滿載都可以保持高效率，且具有很強的過載能氫燃料電池供電系統(tǒng)的高低溫適應性強，比傳統(tǒng)電池壽命長、可靠性高,易維護，運行維護費系統(tǒng)可由電池堆任意串并組合以形成各種容量，自由度很大，容量可小到只為手機供電、大到和目前的火力發(fā)電廠相比，非常靈活；可采用模塊化的方式，方便擴容；可根據(jù)客戶需求，靈活地電解水、生物質(zhì)氣化等制氫方法，現(xiàn)已形成規(guī)模。其中低價電電解水制氫方法最為主要，工業(yè)），為電解質(zhì)。有時也按燃料電池工作溫度進行分類：低溫（工作溫度低于100℃)燃料電池,它包括堿物燃料電池。燃料電池具有常規(guī)電池（如鋅錳干電池）的積木特性，即可由多臺電池按串、并聯(lián)的組合方式向外供電。因此，燃料電池既適宜用于集中發(fā)電，也可用作各種規(guī)格的分散電源和可移動電源。目前應用于通信基站的氫燃料電池屬于質(zhì)燃料電池作為一種重要的新型發(fā)電方式可以大大降低空氣污染及解決電力供應、電網(wǎng)調(diào)峰問題，2MW、4.5MW、11MW成套燃料電池發(fā)電設備已進入目前燃料電池的應用熱點，是在汽車上使用氫燃料電池，不少世界知名汽車公司紛紛推出氫燃料動力汽車，期望通過燃料電池在交通領域的大量使用，極大地降低大氣污染并降低對石油的依賴近年來，筆記本電腦、手機、數(shù)碼相機等便攜式電子產(chǎn)品風靡全球，其外形日趨短小、功能日漸復雜、能耗日益增加，要求電池能量密度高、使用時間長。目前市場上的主流產(chǎn)品鋰離子電池，站所需功率等級落在氫燃料電池供電系統(tǒng)最佳性能價格比的區(qū)間內(nèi)，且較易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。氫燃料電從上面的原理可以看出，氫燃料電池供電系統(tǒng)是只保留少量的鉛酸蓄電池作為系統(tǒng)啟動過程中的支撐。這樣，就可以大量減少鉛酸蓄電池的使用，——市電正常待機狀態(tài)：整流器正常工作時，氫氣閥門關閉，燃料電池停止反應，整流器給通信設備供電，給啟動用的蓄電池充電，同時還給燃料電池的控制電路供電，隨時保持燃料電池待機工作——市電停電啟動狀態(tài)：燃料電池系統(tǒng)的控制電路檢測到停電信號，自動開啟氫氣閥門，燃料電池開始發(fā)電，因為氫氣閥門開啟到能正常提供足夠電力需要一定的啟動時間，因此需要一個容量相對較小的蓄電池，以保證燃料電池發(fā)電與市電供電轉(zhuǎn)換過程中維持通信設備的不間斷供電，并為燃料——市電無電發(fā)電狀態(tài)：燃料電池系統(tǒng)啟動后，在保證氣源的情況下能不間斷提供電力，經(jīng)DC/DC變換器穩(wěn)壓后給通信設備供電，同時對蓄電池充電。該蓄電池不需要按照系統(tǒng)后備電源的維持時間來計算容量，只需按照轉(zhuǎn)換時間內(nèi)維持直流輸出電壓來考慮，因此可以大大減少蓄電池的使用、購理委會、CUSTOMS-海關等重要政府部門。另外，加拿大、新加坡、日本、印度、臺灣、英國等均有應用，氫燃料電池供電系統(tǒng)還被應用在嚴寒地區(qū)如蘇格蘭、高熱地區(qū)如科威特等極端環(huán)境下，充分一旦氫氣泄漏到大氣中，會很快上升飛逸，不容易與大氣混合達到危險濃度。但是，人們對氫氣安全的擔憂是可以理解的，一方面，通常采用鋼瓶盛裝氫氣，可達幾百公斤的壓力，因此，必須慎重選用抗壓能力、防撞能力和防火能力均達到強制性標準要求的產(chǎn)品，或者采用固態(tài)氫化合物儲氫，可使壓力降至幾十公斤；另一方面，氫氣也是一種易燃易爆氣體，氫氣與氧氣混合濃度爆炸極限為等于99.95%?？紤]到氫氣一旦泄露應能及時擴散，一般情系統(tǒng)的維護重點是關注氫氣瓶閥門、接頭和管道的泄漏。通常，在燃料電池發(fā)電和儲氫裝置內(nèi)均安裝氫氣探測器和氫氣濃度傳感器，一旦發(fā)生氫氣泄漏，控制電路就會關閉閥門，阻止氫氣泄漏檢查燃料電池機柜和儲氫機柜周圍是否有障礙物和雜物需要清理；檢查燃料電池機柜和儲氫機檢查燃料電池機柜和儲氫機柜是否與地基固定良好；檢查燃料電池機柜和儲氫機柜是否接地良好；檢查燃料電池機柜和儲氫機柜之間的連接是否良好；檢查燃料電池與基站之間的電纜連接是否檢查部件、管道有無銹蝕；檢查部件、管道連接有無松動；檢查有無雜物（包括小蟲、小動物的尸體）需要清理；檢查氫氣濃度傳感器是否工作正常；檢查是否有氫氣泄漏；每年校正一次氫氣檢查部件、管道有無銹蝕；檢查部件、管道連接有