[發明專利]水電解制氫與微型燃氣輪機-開關磁阻電機聯合發電裝置

無效

• 申請號: 200910068249.5
• 申請日: 2009-03-26
• 公開（公告）號: CN101510704A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 方紅偉;張宇;許衛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02K7/18
• 分類號: H02K7/18;H02J3/38;C25B1/04;C25B9/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 江鎮華

技術領域

本發明屬于水電解制氫與微型燃氣輪機發電領域，具體涉及一種水電解制氫與微型燃氣輪機-開關磁阻電機聯合發電裝置。

背景技術

水電解制氫將電網電能轉化為氫能，具有氫氣純度高、過程和設備簡單、生產流程無污染、能量轉換效率高、制氫規模大小靈活等特點，相關工藝技術較為成熟。微型燃氣輪機的發電技術也較為成熟，開關磁阻發電機在風力發電等低速應用場合也有了應用。微型燃氣輪機發電系統中利用系統本身發電后的廢氣進行再循環或實現冷熱電聯供已經為微型燃氣輪機的應用提供了很好的應用前景和市場競爭力。但是現有微型燃氣輪機一般采用與永磁同步電機直接耦合或間接耦合的發電方式中存在永磁同步電機高速易失磁、減速齒輪箱價格昂貴以及轉子機械特性較差等特點，而且采用永磁同步電機進行發電時一般需要AC-DC-AC或者AC-AC功率變換器。同時，微型燃氣輪機發電燃料的儲備與運輸也限制了其在更多場合的應用。

發明內容

針對現有技術的上述問題，本發明提供一種利用微型燃氣輪機與高速開關磁阻發電機直接連接、同時采用水電解制氫裝置提高微型燃氣輪機系統效率的發電方式來實現能源更加合理的循環利用。

為此，本發明采用如下的技術方案：

一種水電解制氫與微型燃氣輪機-開關磁阻電機聯合發電裝置，包括微型燃氣輪機、高速開關磁阻電機和水電解制氫設備，其中，微型燃氣輪機與高速開關磁阻電機直接軸連接，開關磁阻電機發出的直流電通過逆變器連接到電網，在逆變器的輸入端還連接有DC-DC變換器，所述的DC-DC變換器為水電解制氫設備提供電能，水電解制氫設備制得的氫氣作為微型燃氣輪機的燃料，在電網電能過多時，則停止或減少微型燃氣輪機發電，電網通過逆變器、DC-DC變換器和水電解制氫設備進行水電解制氫；當微型燃氣輪機發出來的電太多而又不能停止微型燃氣輪機運行時，通過DC-DC變換器和水電解制氫設備進行水電解制氫。

作為優選實施方式，上述的聯合發電裝置，在開關磁阻電機和逆變器輸入端之間并聯有電容和通過開關連通的直流電源，用于為發電機提供起勵電流；所述的高速開關磁阻電機為6/4極高速開關磁阻發電機。

本發明采用沒有減速機構的高速開關磁阻發電機與微型燃氣輪機直接聯接。開關磁阻發電機旋轉速度快，轉子無繞組和永磁體，容易實現軸直接高速連接。其中，開關磁阻電機采用基于神經網絡的無位置傳感器控制方式進行控制，既可降低系統成本，還抑制了電機的轉矩波動。開關磁阻發電機輸出的直流電經過濾波逆變后可以輸送給本地電網和用戶，逆變器并網采用軟并網技術。同時，系統中不管是電網側還是微型燃氣輪機源側的多余電能都可以通過DC-DC變換器轉變成匹配的直流電后進行制氫，實現制氫儲能，就地為微型燃氣輪機提供燃料。微型燃氣輪機與開關磁阻電機的直接聯接可以省去微型燃氣輪機與傳統電機聯接時需要的減速齒輪箱，增強微型燃氣輪機發電系統所用電機的轉子機械特性，并減少系統噪聲、降低微型燃氣輪機發電系統的成本和提高系統的可靠性，同時對開關磁阻發電機采取無位置控制方式可以減少系統線束并提高系統集成度。本發明采用的制氫裝置在微型燃氣輪機發電系統中具有“削峰填谷”的作用，能進一步提高微型燃氣輪機發電系統的效率，逆變器采用“虛擬阻抗”軟并網技術實現抑制諧波，能為用戶提供更好的電能質量。

附圖說明

圖1是水電解制氫與微型燃氣輪機-開關磁阻電機聯合發電裝置示意圖。

圖中1是微型燃氣輪機、2是高速開關磁阻發電機、3是濾波電容、4是開關、5是直流電源，6是逆變器，7是電網，8是DC/DC變換器、9是水電解制氫裝置，10是用電負荷。

具體實施方式

參照圖1，圖1為本發明提出的微型燃氣輪機與水電解制氫設備聯合發電裝置框圖。如圖所示，該裝置主要包括：微型燃氣輪機1，用于為6/4極開關磁阻發電機2提供原動力；濾波電容3負責對直流電進行濾波，也參與開關磁阻發電機的起勵工作；開關4和直流電源5主要用于開關磁阻發電機啟動階段的起勵；逆變器6負責將直流母線與電網7和用電負荷10之間的連接；DC-DC功率變換器8主要負責將直流電轉化為水電解制氫設備9所需要的電壓等級進行制氫儲能。

微型燃氣輪機的控制及其廢氣循環再利用和水電解制氫設備本體等技術的改進本專利不涉及，完全可以采用現有技術實現，因此這里不再贅述。

本發明首先采用直接與微型燃氣輪機1聯接的6/4極高速開關磁阻發電機2發出直流電，6/4極開關磁阻電機的設計綜合考慮了電機無位置控制器的成本和系統的轉矩脈動。然后通過電容3對直流電進行濾波，啟動階段需要直流電源5提供開關磁阻電機2需要的起勵電流，啟動到電容3可以單獨為發電機提供起勵電流后，切除直流電源5或對直流電源5進行充電。正常發電時，開關磁阻電機2通過逆變器6向用電負荷10輸送電能。電網供電不足時，微型燃氣輪機1可以向電網7輸送電能，起到“填谷”的作用，并網時采用“虛擬阻抗”法實現系統的軟并網。當電網電能過多(用電低谷)時，則停止或減少微型燃氣輪機1發電，電網7通過逆變裝置6、DC-DC變換器8和水電解設備9進行水電解制氫，儲存H₂。當冷熱電聯供的微型燃氣輪機發出來的電太多而又不能停止微型燃氣輪機運行時，通過DC-DC變換器8和水電解設備9進行水電解制氫，儲存H₂。儲備的H₂可作為今后微型燃氣輪機的燃料，減輕或消除了H₂的遠程運輸負擔問題。