氫燃料電池係統在通信係統備用電源中的應用

一
、 通信備用電源係統簡介

tongxinjizhanyibanyongshidiangongdian
，weibaozhengjizhanzhengchanggongzuo
，xuyaogeijizhanpeibeibeiyongdianyuanxitongruqiansuanxudianchizuheyidongyouji
，zaiduandianshi，beiyongdianyuanxitongweijizhanzhongdefuzaigongdian，baozhengshebeidezhengchangyunxing。鉛酸蓄電池的優點是比較安全且采購成本較低，其缺點是體積大、笨重、造成一次和二次環境汙染、備電時間有限且有不確定性、對環境溫度要求苛刻。

當(dang)鉛(qian)酸(suan)蓄(xu)電(dian)池(chi)因(yin)放(fang)電(dian)時(shi)間(jian)較(jiao)長(chang)將(jiang)要(yao)退(tui)服(fu)或(huo)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)時(shi)，移(yi)動(dong)油(you)機(ji)成(cheng)為(wei)現(xian)實(shi)可(ke)用(yong)的(de)備(bei)用(yong)電(dian)源(yuan)，但(dan)移(yi)動(dong)油(you)機(ji)後(hou)勤(qin)保(bao)障(zhang)複(fu)雜(za)，需(xu)有(you)人(ren)值(zhi)守(shou)
，有(you)噪(zao)聲(sheng)汙(wu)染(ran)及(ji)廢(fei)氣(qi)汙(wu)染(ran)。jianyuqiansuanxudianchiheyidongyoujidezhongzhongquedian，jiazhinengyuanweijiherenmenhuanbaoyishidetigao，xunqiuxindebeiyongdianyuandehushengyuelaiyuegao，qingranliaodianchishizuilixiangdetidaizhezhiyi。

二

、 氫燃料電池的原理

氫燃料電池是一種高效電化學能量轉換器
，把氫氣（燃料）和氧氣（來自空氣）zhongdehuaxuenengzhijiezhuanhuachengdianneng。zhiyaoyouranliaohekongqibuduanshuru
，ranliaodianchijiunengyuanyuanbuduandichanshengdianneng
，yinci，ranliaodianchijianjudianchiheyoujidetedian。

燃料在燃料電池的陽極被氧化，生成質子和電子
；質子通過電解質遷移到陰極，電子通過外電路遷移到陰極為外界負載提供電能；遷移到陰極的質子、電子和陰極處來自空氣中的氧氣結合生成水。燃料電池的主要優點包括：高效率（不受“卡諾循環”的限製）、零或超低排放、機械結構簡單、擴展容易、安靜、安全、可靠
、能用可再生能源為燃料、隻要有燃料就可連續不斷地發電。

三、 氫燃料電池與現有備用電源的比較

1、與鉛酸電池的比較和鉛酸電池相比，燃料電池的主要優點包括：適應環境溫度範圍寬廣，基站溫度可設定在32℃或更高，這樣每年可節約大量空調電費。

隻要保證氫氣的供應就可持續供電，在發生大的自然災害時可以保持長時間的通信暢通，為此而保護的生命、財產是難以用金錢來衡量的。按設定電壓穩定輸出電能

，而不像鉛酸電池在剩餘電量達到最低值前
，放電電壓衰減很快且難以預測。重量輕，不需特殊的承重處理。占地麵積小
，安置位置靈活
，既可安置在室外也可安置在室內。壽命設計一般是累計使用時間1500小時、累計開關次數超過600次、儲存壽命10年，而鉛酸電池幾年就要更換。安全性高，燃料電池係統中有多種傳感器
，係統可自動采取應對措施，如：當氫氣泄漏時，燃料電池控製係統會自動關閉氣源，避免泄漏持續

；可遠程監控
，及時發現問題。世界上還沒有燃料電池發生氫氣燃爆事故。

2、與移動油機的比較與移動油機比較，氫燃料電池最大優點是：

• 自動控製，可實現無人值守
  ，通過遙測、遙控手段來監控係統的運行狀態及氫氣的剩餘量，實現遠程管理。

• 低噪音、無廢氣排放。燃料電池係統機械運動部件較少，所以係統比較安靜
  ，其排放物為水，對環境友好。

四
、 通信備用氫燃料電池係統的應用

1、係統的接入燃ran料liao電dian池chi係xi統tong可ke以yi布bu置zhi於yu室shi內nei和he室shi外wai，但dan作zuo為wei通tong信xin備bei用yong電dian源yuan係xi統tong，根gen據ju現xian有you通tong信xin機ji房fang的de相xiang關guan管guan理li規gui範fan，燃ran料liao電dian池chi備bei用yong電dian源yuan係xi統tong隻zhi能neng布bu置zhi於yu室shi外wai。燃料電池係統的功率輸出線隻需和整流器中的直流母線連接即可
，另外
，由於配置啟動電池（小容量），需提供一路市電給啟動電池充電。燃料電池係統支持手動啟動、自動啟動和遠程啟動三種方式。

2、運行與維護

當市電正常時
，燃料電池係統待機。市電通過專用充電器給燃料電池啟動電池充電，氫氣電磁閥關閉。

當市電中斷後
，燃料電池係統立即啟動。燃料電池係統會自動檢測到市電中斷
，立即完成開啟氫氣電磁閥等一係列動作，開始發電
；啟動電池同時給直流負載提供短時間的不間斷供電；燃料電池連續運行，給直流負載供電。

當市電恢複後，燃料電池係統自動停機。燃料電池係統檢測到市電恢複，關閉氫氣電磁閥等
，係統進入待機狀態。

燃料電池係統可以自動檢測剩餘氫氣量，根據設定自動提醒工作人員更換氫氣瓶。

3
、經濟性比較

燃料電池的應用成本主要是兩項：係統采購成本及氫氣使用成本。目前燃料電池的一次采購成本比鉛酸電池高，但在燃料電池10年的壽命周期內，鉛酸電池的采購成本也不菲。目前燃料電池的生產量較少，當大批量生產時，其成本可比目前低很多；美國能源部的報告指出，如果每年生產50萬輛
、使用80kW燃料電池的汽車
，燃料電池每千瓦的成本在2010年就可以降到70美元。每一個40升
、125個大氣壓的常規鋼瓶，可以產電7kWh左右。對於一個2kW的基站，可以供電3.5個小時，氫氣費用（包括運費）約40-90元人民幣。延長備電時間隻需增加鋼瓶數量即可，而且鋼瓶可在線更換。假設一年停電150個小時
，需43瓶氣體，氫氣使用總成本為1720-3870元人民幣。

使用燃料電池備用電源的基站的溫度可設定在32oC（現在是25oC）或更高，可以節約大量的空調耗電。其次，可節約對原需配置的鉛酸電池的充電及浮充耗電
；由於燃料電池可靠性高，使用周期長

，平均維護費用較低。

所以，在10年的壽命周期內，燃料電池壽命周期成本（含初次購買成本、氫氣使用成本
、維護成本）會比采用鉛酸電池的壽命周期成本更有優勢。

4、應用案例

氫燃料電池在全球已得到大量的實際應用
，累計已有數千套，IdaTech和印度的ACME集團在2008年簽訂了多達3萬台5kW燃料電池係統協議，用於印度電信市場。燃料電池還被應用於嚴寒及酷熱地區，充分展示了極強的環境適應能力。

五、 氫燃料電池的安全性及氫氣來源

氫氣是最輕的氣體，如果氫氣泄露，它會快速向上擴散，其速度接近20米/分鍾，很難在空氣中積聚
，從而減少燃燒或爆炸的可能性。

下表對氫氣和常見的兩種氣體的燃爆特性進行了比較，可見
，氫氣並不比常見的氣體危險，相反，它甚至更安全。

氫氣是來源最廣泛的燃料，可以用各種可再生或不可再生的能源製備，目前氫氣主要來源於工業副產氣和電解水製氫。在煉焦、冶煉、氯堿、合成氨工業中有大量的富氫副產氣。以煉焦工業為例，副產氣叫焦爐煤氣

，氣體中含氫氣約56%，按我國的焦炭產量算
，每年可產焦爐煤氣300多億立方米，相當於“西氣東輸”工程設計年輸氣量120億立方米的2倍(bei)多(duo)，但(dan)這(zhe)些(xie)焦(jiao)爐(lu)氣(qi)大(da)部(bu)分(fen)被(bei)點(dian)燃(ran)排(pai)空(kong)

，未(wei)被(bei)回(hui)收(shou)利(li)用(yong)。目(mu)前(qian)我(wo)國(guo)從(cong)副(fu)產(chan)氣(qi)中(zhong)回(hui)收(shou)氫(qing)氣(qi)的(de)工(gong)藝(yi)非(fei)常(chang)成(cheng)熟(shu)
，隻(zhi)是(shi)因(yin)為(wei)用(yong)氫(qing)市(shi)場(chang)需(xu)求(qiu)較(jiao)小(xiao)，尚(shang)未(wei)形(xing)成(cheng)便(bian)捷(jie)的(de)製(zhi)氫(qing)

、供氫網絡，所以對燃料電池的大範圍應用形成一定的製約。