[發明專利]一種基于能源互聯網的沼氣燃料電池系統及其運行策略

有效

• 申請號: 201710382059.5
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107146900B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 李晗天;李汶穎
• 申請（專利權）人: 清華四川能源互聯網研究院
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;H01M8/04313;H01M8/04089;H02J3/38;H02J3/46
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 詹永斌;袁春曉

本發明涉及燃料電池發電技術領域，公開了一種基于能源互聯網的沼氣燃料電池系統。具有以下結構：空氣供應子系統連接空氣換熱器，沼氣供應子系統連接沼氣換熱器，水供應子系統分別連接水蒸發器和水加熱器，空氣換熱器依次連接沼氣換熱器、水蒸發器和水加熱器，水加熱器還分別連接沼氣供應子系統和熱網，沼氣換熱器和水蒸發器分別連接重整器，所述空氣換熱器和重整器分別連接固體氧化物燃料電池子系統，所述固體氧化物燃料電池子系統連接燃燒器再連接空氣換熱器，所述固體氧化物燃料電池子系統連接電能輸出子系統的一端，所述電能輸出子系統的另一端連接電網。實現高效的熱電聯供。本發明還公開了一種基于能源互聯網的沼氣燃料電池系統的運行策略。

技術領域

本發明涉及燃料電池發電技術領域，特別是一種基于能源互聯網的沼氣燃料電池系統及其運行策略。

背景技術

沼氣是一種優質的可再生資源，主要成分是甲烷和二氧化碳，通常由工業、農業或者城鎮生活中的大量有機廢棄物經過厭氧發酵產生。合理利用沼氣資源可以實現良好的廢物利用、減少環境污染、節約能源。由于沼氣池一般會緊挨生活區建立，因此將沼氣直接燃燒用作居民生活所需是目前沼氣的一種重要用途。然而將沼氣直接燃燒利用能量利用率較低、能量利用范圍較窄，因此將沼氣作為分布式能源進行發電越來越被大眾所重視。利用沼氣進行分布式發電可以提高沼氣的能量利用率、減少沼氣直接燃燒產生的污染物，是沼氣未來的一種重要利用途徑。

沼氣的發電技術主要包括沼氣內燃機、燃氣鍋爐、沼氣燃料電池等。其中，固體氧化物燃料電池（SOFC）由于其燃料適應性廣、高效、清潔、安靜的特點，非常適合沼氣的分布式發電利用。固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種能夠在中高溫下（600℃~1000℃）將碳氫燃料中的化學能通過電化學反應直接轉化為電能的裝置。因其在能量轉化的過程中不經過燃燒、機械轉動等過程，相比于其他的沼氣發電技術，SOFC具有更高的發電效率，能夠穩定、持續輸出電流，并同時進行供熱。但由于分布式發電并網會給電網帶來一定的不確定性，容易使得根據原有配電網設計的保護裝置產生錯誤動作，影響電力保護設備間的協調運行，造成原有電網中相關設備的損壞，因此沼氣燃料電池發電技術作為一種重要的分布式發電技術，其發電并網在現階段有一定的困難。

近年來，能源互聯網越來越受到人們的重視，是未來能源系統的重要方向。能源互聯網是以互聯網為基礎，以電力系統為中心，具有多網耦合、多源互補、雙向互動等特點的能源服務網絡。能源互聯網中“源-網協調”的運營模式也提高了電網對分布式電源的接納能力，突出了不同分布式電源之間的互補協調性，降低接納新能源電力給電網安全穩定運行帶來的不利影響。這樣的特點為沼氣燃料電池技術等分布式發電技術并網難的問題提出了很好的解決途徑。同時，沼氣燃料電池技術調節速度快、調節范圍大、電流輸出穩定的特點也非常符合能源互聯網“源-源互補”、“源-網協調”的運營模式。

2016年12月，能源局印發的《能源發展“十三五”規劃中》提到，未來我國能源發展的主要任務中，在能源系統優化方面，要“因地制宜推廣天然氣熱電冷三聯供、分布式可再生能源發電”，同時在能源供給端的改革要“推動沼氣發電、生物質氣化發電”等等，能源互聯網的推進及沼氣的高效利用達到了一個重要的高度。但目前我國的分布式發電市場化程度較低，發展依然緩慢，在這樣的政策下，加快分布式發電市場化的推進已經勢在必行。采用沼氣生物質發電等作為調節性電源可以增加分布式發電的類型和規模，推進其市場化建設。將沼氣燃料電池技術作為一種分布式發電技術納入能源互聯網中，不僅拓寬了沼氣的利用途徑，節能環保，又可以豐富能源互聯網互聯協調、互補協同的形式，是解決沼氣分布式發電并網難的問題的一種可行方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供了一種基于能源互聯網的沼氣燃料電池系統。