一种用于植物治沙的供给系统及方法与流程

本发明涉及能源利用，具体是一种用于植物治沙的供给系统及方法。

背景技术：

1、光伏治沙，是将光伏发电与沙漠治理、节水农业相结合的治沙模式，已在我国西部地区示范应用。通过在光伏组件下种植具有固沙治沙作用的植物作物，并配合节水滴灌设施，实现发电经济效益与治沙生态效益的双赢。光伏组件，可以遮蔽阳光直射，降低地表水蒸发20-30%，还可以降低风速，改善植物生长环境。光伏发电可以驱动水泵，抽取荒漠地区的地下水进行滴灌。此外，清洗光伏组件的水可以与自然降水一起收集、处理，用于植物灌溉。植物作物一般选择苜蓿、牧草、灌木等，植物生长反过来可以促进地表固沙保水，还可以减少扬尘，从而降低扬尘对于光伏发电量影响。

2、质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell, pemfc）采用可传导氢离子（质子）的聚合膜，即质子交换膜（pem）作为电解质组成膜电极，形成燃料电池单体。多个质子交换膜燃料电池单体可以通过串联、并联组成燃料电池电堆，再配合燃料系统、氧化剂系统、控制系统、水管理系统、热管理系统等辅助系统，组成燃料电池发电系统。

3、质子交换膜燃料电池的工作温度为60-80℃，属于低温燃料电池。质子交换膜燃料电池可以直接将燃料（氢气）和氧化剂（空气、氧气等）中的化学能高效、清洁地转化成电能，并产生水，同时供给60-80℃余热（一般通过冷却水的形式输出余热）。

4、质子交换膜电解槽即pem电解槽，则与质子交换膜燃料电池功能相反，可以利用富余的电能，将水电解为氢气和氧气。pem电解槽与pem燃料电池，可以组合成为氢储能系统，即用电高峰时，用氢气发电；用电低谷时，用电解水制取氢气。pem电解槽电解水之前，一般需要对水进行预热，如果有储存热水，则可以进一步提升能量效率。

5、锂电池是光伏发电的常见储能方式。锂电池的理想工作温度为25-35℃，电池产热造成温度上升时，就需要进行冷却。锂电池的冷却技术，是抑制、阻遏和减缓锂电池热失控事故的重要手段，也是日常运行中提升电池性能、延缓衰减老化的重要方法。风冷技术应用最早，在存量储能电站中占据较大比例，具有结构简单、成本较低、运维容易等特点。但随着储能系统规模扩大、功率密度提升，电池密集程度不断上升，风冷开始不能完全满足冷却需求。间接液冷，是采用冷却液体（多为乙二醇水溶液）结合冷却板（多为铝合金）来间接冷却电池。液冷方式适应大规模、高密度的储能系统，液冷换热能力强，冷却精确性好，冷却能耗更低。

6、现有光伏治沙中，虽然光伏组件和支架可以为植物起到防风、遮阴作用，光伏组件的清洗水也可以为植物提供滴灌，但植物生长与环境温度紧密相关，沙化地区夜间和冬季气温普遍较低，治沙植物冻害严重，现有方案缺少提升空气温度与滴灌温度的功能。固沙植物的根系生长对于治沙效果至关重要，但现有方案缺少强化植物根系呼吸作用的手段。光伏普遍配套锂电池储能系统，但现有方案缺少锂电池的冷却设计，使得水资源利用率不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于植物治沙的供给系统及方法，能促进治沙植物生长，提高水资源以及光照资源利用率。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、本发明一方面提供一种用于植物治沙的供给系统，包括光伏温室、储能锂电池、pem燃料电池、pem电解槽、氢氧供给装置和水供给装置，光伏温室用于给治沙植物提供温室环境以及将太阳能转换为电能，氢氧供给装置用于存储pem电解槽电解的氢气和氧气、将氧气的供给给治沙植物的根系以及将剩余的氧气匹配预设量氢气输入pem燃料电池，pem燃料电池用于将输入的氧气和氢气转换为电能，pem电解槽利用电能制氢气和氧气，储能锂电池用于存储剩余的电能的另一部分，水供给装置用于存储冷却储能锂电池后的热水、回收pem燃料电池余热的热水以及将预设温度的滴灌至治沙植物的根系。

4、进一步地，光伏温室包括光伏发电组件、支架和温室薄膜，光伏发电组件连接在支架上，温室薄膜围绕支架形成能适用于治沙植物的温室，光伏发电组件用于将太阳能转换为能被储能锂电池存储的电能。

5、进一步地，氢氧供给装置包括氢气储罐、氧气储罐、氢气输送管路和氧气输送管路，氢气储罐通过氢气输送管路接收pem电解槽电解的氢气以及将氢气输送给pem燃料电池发电，氧气储罐通过氧气输送管路接收pem电解槽电解的氧气以及将氧气供给给治沙植物的根系。

6、进一步地，水供给装置包括热水储罐和水输送管路，热水储罐通过水输送管路存储冷却储能锂电池后、回收pem燃料电池余热的热水以及将预设温度的滴灌至治沙植物的根系。

7、进一步地，水输送管路包括滴灌管路，滴灌管路用于对治沙植物的根系进行滴灌。

8、进一步地，热水储罐存储的热水温度为30-35℃。

9、本发明另一方面提供一种用于植物治沙的供给方法，使用上述任一方案中的一种用于植物治沙的供给系统，包括以下步骤：

10、通过光伏温室给治沙植物提供温室环境以及将太阳能转换为电能；

11、通过氢氧供给装置存储pem电解槽电解的氢气和氧气、将氧气供给给治沙植物的根系以及将氢气输入pem燃料电池；

12、通过pem燃料电池将输入氢气与空气反应转换为电能；

13、通过pem电解槽利用电能制取氢气和氧气；

14、通过储能锂电池存储剩余的电能；

15、通过水供给装置存储冷却储能锂电池后的热水、回收pem燃料电池余热的热水以及将预设温度的滴灌至治沙植物的根系。

16、进一步地，通过光伏温室给治沙植物提供温室环境以及将太阳能转换为电能的步骤包括：

17、通过光伏发电组件将太阳能转换为能被储能锂电池存储的电能；

18、通过支架支撑光伏发电组件；

19、通过温室薄膜围绕支架成能适用于治沙植物的温室。

20、进一步地，通过氢氧供给装置存储pem电解槽电解的氢气和氧气、将氧气供给给治沙植物的根系以及将氢气输入pem燃料电池的步骤包括：

21、通过氢气输送管路和氧气输送管路分别将pem电解槽电解的氢气和氧气输送至氢气储罐和氧气储罐存储；

22、通过氧气输送管道将氧气储罐内的预设量氧气输送至治沙植物的根系处；

23、通过氢气管道氢气储罐内的氢气输送至pem燃料电池，与空气反应发电。

24、进一步地，通过水供给装置存储冷却储能锂电池后的热水、回收pem燃料电池余热的热水以及将预设温度的滴灌至治沙植物的根系的步骤包括：

25、通水管回收光伏清洗水和自然降水，净化后用于pem燃料电池的余热换热和冷却储能锂电池；

26、通过水管浆换热后以及冷却后的热水回收，自然冷却或加入常温水勾兑，形成预设温度的水；

27、通过滴灌管路将预设温度的滴灌至治沙植物的根系。

28、本发明的有益效果：本发明通过光伏温室利用光照资源，并为治沙植物提供适宜生长的温室环境，通过水供给装置利用储能锂电池冷却和pem燃料电池的余热，开展温水滴灌，提升治沙植物生长环境温度，促进其生长；可通过给pem电解槽提供回收的热水以提升电解效率，并利用pem电解槽产生氧气，为固沙植物的根系生长和呼吸作用，提供氧气供给；通过pem燃料电池、pem电解槽、氢氧供给装置实现氢能合理流转利用，通过pem燃料电池、pem电解槽和水供给装置实现水资源合理流转利用，通过光伏温室、储能锂电池和pem电解槽实现光照资源合理流转利用。

29、本发明结合光伏治沙、锂电池储能和氢储能技术，有效利用电池冷却、pem燃料电池、热水储罐、pem电解槽等形成热量回收利用，储存光伏电力并实现夜间供电，并开展氢气、氧气、热水的综合利用，提高了资源利用率。