氢燃料电池系统推广建议书(电力版).doc

北京万瑞讯通科技有限公司 VARA氢燃料电池系统推广建议书北京万瑞讯通科技有限公司2011-5-20目 录一、 公司简介31.1 万瑞讯通公司介绍3二、VARA氢燃料电池系统产品介绍42.1氢燃料电池系统的组成42.2电化反应原理52.3 产品技术规格表62.4 产品技术规格表6三、传统铅酸电池的发展历史和目前存在问题73.1 传统铅酸蓄电池发展历史73.2 传统铅酸蓄电池目前存在的问题7四、氢燃料电池系统技术与性能优势比较94.1节能环保94.2技术方面94.3安全方面104.4维护方面104.5适应性方面104.6成本方面10 4.7服务方案.11五、国家政策支持及通信运营商节能减排措施行动12六、投资收益比13七、总结14一、 公司简介1.1 北京万瑞讯通公司介绍成立于2009年5月，注册资金500万人民币。公司致力于燃料电池研发超过4年时间，目前已获得氢燃料电池相关专利6项。公司现有员工30人，主要是研发人员，博士1人，硕士5人，其余都是本科专业。研发力量雄厚，并且和北京相关院校以及海外国际燃料电池研发机构开展了密切的合作。二、 VARA氢燃料电池系统产品介绍2.1氢燃料电池系统的组成 VARA氢燃料电池系统主要由六部分组成，包括外置散热器、交流/直流供电配置、核心组件、主控面板、辅助启动电源、H2 罐及氢气控制装置。可提供3kW到12kW持续可靠的动力。（参看系统结构图）2.2电化反应原理原料氢气在核心组件中游离出氢离子通过与质子交换膜及催化剂的电化反应，产生出电能。反应生成副产品为纯净水被排出。（如图）（工作原理图）2.3 VARA 系列氢燃料电池技术参数规格表VARA 系列氢燃料电池技术参数规格表技术规格19英寸机架式 T-300019英寸机架式 T-600019英寸机架式 G-300019英寸机架式 G-6000输出输出功率3000W6000W3000W6000W额定输出电压-48V DC-48V DC220V DC220V DC额定输出电流62A125A14A28A燃料氢气纯度Hydrogen2.5*Hydrogen5.0压力供应2-5 bar满负荷下运行时间20公斤气瓶 （4m3 200bar)1小时56分钟50分钟1小时56分钟50分钟50公斤气瓶 （10m3 200bar)4小时2小时10分钟4小时2小时10分钟通信和管理控制面板显示LCD状态控制台管理接口HMI与面板显示连接通信信号（常开型）无源干接点；CanOpen（GSM和RS232/RS485可选）协议环保和安全排放物唯一排放物为水，最大功率下排放量为2公升/小时4公升/小时2公升/小时4公升/小时安装位置室内（可按照客户要求室外安装）环境温度045（20 45，根据客户要求）相对湿度0%95% 无凝结海拔高度0m 2000m噪音60 dB尺寸尺寸（长*宽*高）600*800*1360mm600*800*1360mm600*800*1360mm600*800*1360mm重量127kg147kg145kg165kg三、 传统铅酸电池的发展历史和目前存在问题3.1 传统铅酸蓄电池发展历史铅酸蓄电池至今已有140多年的历史，从开口式发展到阀控式经历了漫长的过程。20世纪70年代阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）的出现，给蓄电池行业注入了新的活力，它以优良的性能价格比、安全可靠的使用性能、简便的维护方法等优点，迅速占领了市场。 1970年美国盖茨公司首次将超细玻璃纤维及氧气复合原理应用于阀控式密封铅酸蓄电池的生产，实现了蓄电池技术上的重大突破。20世纪80年代，随着通信局站分散供电制的推广，基础电源设备与通信交换设备同处一室，对蓄电池酸雾的排放量提出了严格限制，VRLA电池以其污染少、腐蚀低的优点顺应了市场的需求。通信事业突飞猛进的发展也促进了蓄电池技术的提高，现在，上千安时的铅酸蓄电池的生产技术已相当成熟。3.2传统铅酸蓄电池目前存在的问题 现在围绕铅酸蓄电池的研究和维护领域有许多热点问题，归根结底都是为了延长蓄电池的循环使用寿命。阀控式密封铅酸蓄电池广泛用于通信行业，然而，实际使用中电池早期失效现象常有发生，电池寿命往往达不到预期，严重影响了系统的安全运行。研究电池的早期失效机理并对症下药，成为当前的研究热点与重点。3.2.1极板的腐蚀 对浮充电使用的电池，板栅腐蚀是限定电池寿命的重要因素，在电池过充状态下，负极产生水，正极产生H+，加速了正极板的腐蚀，电池内存在酸分层导致极群上端腐蚀、生长。VRLA电池的浮充电流对温度极为敏感，温度每变化10，电流成倍变化。要延长蓄电池的使用寿命，必须对其进行过充电及限流保护。3.2.2水损失 由于再化合反应不完全及板栅腐蚀引起水损失，当每次充电时，产生气体的速率大于气体再化合速率，导致一部分气体逸出，造成水损失。3.2.3枝状结晶生成 当电池处于放电状态，或长期以放电状态放置，负极pH值增加，极板上生成可溶性颗粒，促进枝状结晶生成穿透隔膜造成极间短路，使电池失效。3.2.4负极板硫酸盐化 由于自化合反应的发生，无论电池处于充电或放电状态，负极总有硫酸盐存在，使负极长期处于非完全充电状态，形成不可逆硫酸盐，使电池容量减少，导致电池失效。3.2.5温度补偿 充电过程中，电池内的再化合反应产生大量的热，由于蓄电池的密封结构使热量不易散出，导致电池温升过高，电解液干涸，造成电池的热失控。另一方面，若没有温度补偿，充电控制器有可能过早关断，导致电池充不满电，长期如此就会引起容量下降。解决的方法就是对VRLA电池的过充电域值进行温度补偿，防止过充和充电不足，电池管理系统可控制每个单体电池，补偿参数一般为-24mV/。3.2.6充电方法 传统铅酸蓄电池的充电过程中极化现象始终存在并逐渐加剧，严重影响充电质量和速度，损伤蓄电池。传统的恒流充电、恒压充电、快速充电方法的充电效果不尽完美，其根本原因就是不符合电池的充电接受特性，最大的缺点就是都没有去极化措施。定电压快速充电法模拟一种放电方法，在完成再充电后进行大电流脉冲放电以消除小电流放电的缺陷，它首先具有恒压充电的特性，随着充电过程的进行，充电电流自动减小，遏止了极化现象的加剧趋势，另外采取瞬间放电措施，进一步减少极化现象。提高充电机的稳压、限流精度，将改善电池的充电性能。四、 VARA系列氢燃料系统技术与性能优势比较4.1节能环保VARA 系列氢燃料电池系统是一种清洁、持久的供电系统，采用独有技术，电化反应唯一产生的副产品即纯净水，节能环保，完全避免了铅、硫酸以及其他酸性污染物排放。与传统铅酸蓄电池解决方案相比，VARA 系列氢燃料电池系统每生产供电时间达10小时的6 kW 电量，将减少1吨CO2 的排放。替换60kWh的电池电量，只产生约2吨CO2。每年节能减排1.5吨CO2。连续10年使用VARA 系列氢燃料电池系统将累计减少95% 的CO2排放量(依据ISO 14040标准)。VARA 系列氢燃料电池系统产品的工作环境温度范围从 -20C 到+ 45C，其工作温度远高于传统铅酸电池，可大幅节约机房基站空调所需的电能，节约客户成本。它可完全节省传统铅酸电池的充电和维持浮充的电能损耗，并节省柴油发电机供电所需的燃料成本。其综合供电成本约为铅酸电池供电成本的1/10，大幅降低单位产值的能耗。由于氢燃料电池不同于传统铅酸电池的工作方式，不需要放电和充电过程，因此也为用户减少了充电损耗及运行成本。其次，氢燃料电池效率大于 50% ，而柴油发电机效率小于 20%，因此，氢燃料电池与柴油发电机相比，能实现更高效的节能。综上所述，根据中国气候条件的变化特点，使用VARA 系列氢燃料电池系统是所有电信运营商用户的理想选择。4.2技术方面 与现有技术相比，VARA 系列氢燃料电池系统体积小，重量轻，规定限电时段，经济效能更高且故障率低。突破性的技术为业务的连续性提供了良好的解决方案，充分体现了可靠、灵活、即插即用、多输出模式、模块化、持久耐用等特点。可以为客户提供312kW，24400V AC/DC多重输出， 并且其性能不会随着使用时间的延长而下降， 完全解决了铅酸电池供电失效的不可预测性问题。VARA 系列氢燃料电池系统可提供不受限的供电时间， 而延长供电时间，只需要增加氢罐储备即可。4.3安全方面 氢能被视为21世纪最具发展潜力的能源， 经过全球范围多年的发展， 氢能已经成为最安全、清洁、高效的能源。万瑞讯通公司一直致力于提高产品的安全性，VARA 系列氢燃料电池系统产品在安全、压力、爆破、电击等方面经过了大量的具体测试， 完全符合国家的安全标准。产品具有防漏检测、压力检测、气体浓度检测等多种安全设备， 能充分保障设备使用的安全性。VARA 系列氢燃料电池系统的核心电堆在德国和意大利电信运营商通过了长达2年的运行测试，超过5000小时的运转，其可靠性得到了充分验证。VARA 系列氢燃料电池系统采用模块化设计，产品内部水、电、气完全分离，最大限度的降低了故障产生，在整个生命周期内，整体性能下降不超过5%，经过大量可靠性试验，已被验证是100%可靠的后备电源系统。4.4维护方面 除了更换氢气瓶，维护仅是在大约数年后更换空气过滤器和离子过滤器(约在其供电800-1000小时)， 而平均维护时间仅有数分钟。VARA 系列氢燃料电池系统装配有实时诊断系统， 可远程监控系统状态， 进行24/7（全天候）可视化实时诊断。远程监控软件大大减少了现场检查需要，让客户可以随时了解设备工作状态和自控情况。4.5适应性方面 VARA 系列氢燃料电池系统具有极佳的环境适应能力，其产品重量仅为铅酸电池的1/7，体积是铅酸电池的1/2。能够在比较极端的温度和恶劣气候条件下正常运行，并可根据用户的实际环境情况，安装在室内或者室外。而低噪音、无污染等特性更适合在包括市区敏感地区在内的多种环境下安装和使用。4.6成本方面 与传统备用供电设备相比，在整个产品生命周期中不会产生变动成本，从而显著降低总体运营成本TCO。具体见后面表格对照。（表一）500kV变电站 每年营运成本 其TCO成本比较： (货币单位：RMB/元) 传统铅酸电池氢燃料电池产品寿命8年需更换新电池增加客户整体运营成本（TCO）20年寿命长降低客户TCO成本采购成本32万元（两组500Ah电池，进口）39.8万元（3KW）平均寿命8年20年整流器充电单元节约3000元充电能耗 及浮充损耗有费用：20004000元/每年平均每个变电站费用无费用：0.00元无充电及浮充损耗，无任何发电费用，大幅降低整体运营支出空调能耗3KW空调 每年耗电如：表三50% 占变电站总耗电量约10000元空调设置温度为2528度节能用电50% 空调耗电约5000元可调高空调温度5-10度，现场维护费用约1500元/年无远程管理，无需人员现场巡视平均每年营运成本/TCO成本 约6.5万元每年TCO成本 约2.1万元每年TCO成本 （表二）每变电站节能减排计算表(就空调耗电每年计算)：（按：每1000度电释放CO2 1.0吨，用煤0.37吨）传统铅酸电池氢燃料电池空调耗电3kW约10000kWh(3kW，4800小时/年)节约5000kWh (温度调高5-10C 运行)空调导致CO2排放20.0吨减排10.0吨 铅酸电池CO2排放23吨(按20003000kWh/年 耗电量计算)约0吨 （无排放）铅酸垃圾0.20.5吨约0吨 （无排放）占地空间0.6 m30.3 m3（节省空间 50%以上）电池重量300500公斤120160公斤（节省80%重量）（表三）空调节能计算表：(按：空调功率为3 kW，每年使用空调约200天，4800小时)传统铅酸电池氢燃料电池变电站环境工作温度25C无论是夏天还是冬天均需要启动空调来调节机房内的温度，消耗大量的电能-20C 45C，工作的环境温度范围较大，大幅节约使用空调所消耗的电能节约用电无(温度25C，铅酸电池寿命缩短)节能50% (调高1C，节电能10%，空调启动设置调高510C节能50% )每度电价1.0元/kWh1.0元/kWh空调使用时间4800小时/年2400小时/年每年电量3kW10000kWh5000kWh（节能50%）每年电费3kW1.0万元0.5万元（节省费用0.5万元）4.7 服务方案电力直流系统是应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户，为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源蓄电池继续提供直流电源的重要设备。由氢燃料电池后备电源系统替代原蓄电池组，只保留很小的蓄电池组作为氢燃料电池电源系统的启动电源和规避电力设备合闸操作负载峰值电流。在市电正常时，由直流整流器给负载供电，给启动电池组充电，氢燃料电池后备电源系统处于待机状态。在交流停电时或整流器故障时，由氢燃料后备电源系统为直流母线供电。整流器启动蓄电池组燃料后备电源直流母线负载负载负载五、 国家政策支持及电力行业节能减排措施行动为建立资源节约型和环境友好型社会，促进经济社会可持续发展，我国大力加强节能减排工作，明确了“十一五”能源消耗和主要污染物排放总量控制目标。电力行业作为节能降耗和污染物减排的重点领域，2007年积极推动实施上大压小、差别电价、节能调度、发电权交易等多种措施，节能减排工作取得明显成效。2007年电力行业仅通过提高能效（包括降低线损率和供电煤耗）、发展可再生能源发电和加强需求侧管理三项措施，即相当于节约一次能源6492万吨标煤，减少二氧化硫排放约 103万吨（约占2006年电力二氧化硫排放的7.65%，全国二氧化硫排放的3.99%），减少二氧化碳排放约1.8亿吨。2008年，在外部经济环境严重恶化的不利条件下，电力行业的节能减排工作取得了阶段性进展。全国发电生产耗用原煤量13.40亿吨，同比增长 4.05%；全国平均供电煤耗为349克/千瓦时，比2007年降低7克/千瓦时。期间全国关停燃煤、燃油小火电机组3269台，共计1669万千瓦，超额完成2008年度关停1300万千瓦的目标。“十一五”前三年，全国累计关停小火电机组3421万千瓦，已完成“十一五”期间关停小火电机组5000万千瓦目标的68.4。当前电力节能减排正处于从行政手段向市场化方式过渡阶段，前期工作主要由中央政府主导和以行政手段为主，通过层层分解节能减排指标推动地方政府和企业实施，对于快速取得成效、实现短期目标起到了决定性的作用。但电力行业节能减排工作是一项系统工程，需要结构调整、技术创新、政府调控、市场调节、行业自律和加强监管等多方统筹协调、共同推动。在电力行业节能减排面临的宏观环境、中国电力工业的经济运行情况及电力行业节能减排的总体实施进程中，2008年底出台的国家4万亿元投资计划中，有2100亿的投资用于节能减排。今后3-5年，扩大内需政策将使节能环保行业迎来发展的好时机。受此政策利好刺激，节能环保、新能源发电领域增长趋势明显。09年起，国务院国资委高度重视节能减排工作，按照“十一五”规划纲要提出的“十一五”期间，单位国内生产总值能耗要降低20%左右，主要污染物排放总量要减少10%左右的要求。工业和信息化部通信和电力发展司主要负责统筹规划和管理协调业界的建设和发展。在网络建设发展的过程中，将严格贯彻实施环保节能的要求。哥本哈根气候会议后，低碳经济进入公众的视野。各国切实履行在会上的承诺，快速走向低碳经济的高速路，国家有关部门要制定中国氢能产业发展中长期规划，列入新能源中长期规划范畴；有关方面要制定鼓励政策，积极扶持绿色制氢如小水电制、氢风电制氢、太阳能制氢建设，鼓励投资商业化示范项目；支持开发氢储运和加氢站的关键装备，列入国家863计划；政府有关部门未雨绸缪，及时制定氢能的相关法律、法规、标准和监管办法等，建立氢能市场准入制度，确保氢能产业的安全有序健康发展六、 投资收益比目前，全国整个配电网中的变电站，大多使用阀控式密封铅酸蓄电池作为后备电源系统。 电池容量也相对较大，一般都在300Ah以上。由于铅酸电池寿命较短，产品生产和废弃对人类生活有严重负面影响，一般68年就须更换一次，造成了运营成本高居不下。以每个500kV变电站用两组500Ah铅酸蓄电池为例，每2组500Ah铅酸蓄电池的市场价格为3035万元计算（108只/组，进口产品），同时需配备大容量整流器充电单元，并且需进行月度/季度/年度等多项维护，则单个变电站铅酸蓄电池每年的TCO成本约为6万元以上。而使用 VARA氢燃料电池系统相比铅酸蓄电池具有显著加长的服务寿命，一般为2040年寿命，每年的TCO成本约为1.52.25万元。能有效降低客户的资本投资和营运TCO成本。另外，氢燃料电池系统的工作环境温度范围从 -20C 到+ 45C ，其工作温度远高于传统铅酸电池