[實用新型]一種基于燃料電池的多能互補熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720285918.4
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN206686115U
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王洪建;許世森;程健;張瑞云;任永強;李啟明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: H02S10/12
• 分類號: H02S10/12;H02S10/20;H01M8/04082;F24J2/34
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61215
• 代理人: 段俊濤

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于燃料電池的多能互補熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著國民經(jīng)濟的迅速增長，對能源的需求日益旺盛，能源短缺以及化石能源所產(chǎn)生的環(huán)境污染問題日益尖銳。太陽能和風(fēng)能資源潛力大，可持續(xù)利用，在滿足能源需求、改善能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染、促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用，已引起了國際社會的廣泛關(guān)注。但是太陽能和風(fēng)能是典型的隨機性、間歇性，其并網(wǎng)消納面臨巨大挑戰(zhàn)。通過多種類型電源之間互補運行是促進(jìn)風(fēng)能太陽能發(fā)展消納的重要途徑。

燃料電池發(fā)電技術(shù)是一種直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，能夠?qū)⑻烊粴狻₂等碳?xì)淙剂系幕瘜W(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能，因無熱力學(xué)循環(huán)從而超越了熱機的卡諾循環(huán)效率限制，發(fā)電效率可以達(dá)到50％～60％，熱電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)85％～90％。而且燃料電池負(fù)荷響應(yīng)快，運行質(zhì)量高，燃料電池在數(shù)秒內(nèi)就可以從最低功率換到額定功率，能夠作為太陽能和風(fēng)能的重要補充。

目前，國際上正在開發(fā)與應(yīng)用的主流的燃料電池主要有以下三類：質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)以及固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)。其中PEMFC代表性的生產(chǎn)廠家為加拿大的巴拉德動力系統(tǒng)公司(Ballard Power Systems,Inc.)及豐田汽車公司，MCFC代表性的廠家有美國Fuel CellEnergy公司、德國MTU CFC Solution公司、意大利Ansaldo Fuel Cell公司、日本IHI公司以及韓國POSCO公司，SOFC代表性的廠家有美國Bloom Energy、日本京瓷公司、日本三菱重工。質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池均可構(gòu)建熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，并且具有負(fù)荷響應(yīng)快的特點，能夠工作在以熱定電和以電定熱兩種工作模式下。

將燃料電池與太陽能和風(fēng)能進(jìn)行耦合組成多能互補系統(tǒng)，能夠發(fā)揮燃料電池負(fù)荷響應(yīng)快、清潔高效的優(yōu)點，同時能夠提高太陽能和風(fēng)能的利用率，促進(jìn)清潔能源的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種基于燃料電池的多能互補熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，以熱定電和以電定熱兩種模式下運行，滿足用戶對電能和熱能的需求。

為了達(dá)到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種基于燃料電池的多能互補熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)裝置1，燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)裝置1的入口連通天然氣和空氣管道，熱能出口連接熱能輸配控制管理系統(tǒng)2，電能出口連接電能輸配控制管理系統(tǒng)3；熱能輸配控制管理系統(tǒng)2的熱能入口連接太陽能光熱裝置4，熱能出口連接熱能負(fù)載，熱油儲熱裝置5與熱能輸配控制管理系統(tǒng)2進(jìn)行連接，能夠進(jìn)行熱能的相互交換；電能輸配控制管理系統(tǒng)3的電能入口連接太陽能光伏發(fā)電裝置6和風(fēng)力發(fā)電裝置7，電能出口連接質(zhì)子交換膜電解水制氫裝置9和熱能負(fù)載，電池儲能裝置8與電能輸配控制管理系統(tǒng)3進(jìn)行連接，能夠進(jìn)行電能的相互交換；質(zhì)子交換膜電解水制氫裝置9的氫氣出口連接儲氫罐10入口，儲氫罐10的氫氣出口連接燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)裝置1的氫氣入口，燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)裝置1利用氫氣和空氣產(chǎn)生電能和熱能。

所述燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)裝置1采用質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC、熔融碳酸鹽燃料電池MCFC發(fā)電技術(shù)或固體氧化物燃料電池MCFC發(fā)電技術(shù)，由陰極腔室、陰極、陽極腔室、陽極、電解質(zhì)組成；以天然氣或氫氣作為燃料，以空氣作為氧化劑進(jìn)行電化學(xué)發(fā)電，發(fā)電效率達(dá)50％～60％，熱電聯(lián)產(chǎn)效率達(dá)80％～90％，實現(xiàn)輸出負(fù)荷0～100％調(diào)節(jié)，能夠在以熱定電和以電定熱兩種模式下工作。

所述熱能輸配控制管理系統(tǒng)2，能夠根據(jù)太陽能光熱裝置4的運行特性和熱能負(fù)載的運行特性，控制燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)裝置1、太陽能光熱裝置4、熱油儲熱裝置5以及熱能負(fù)載的運行特性，以滿足熱能負(fù)載的需求。

所述電能輸配控制管理系統(tǒng)3，能夠根據(jù)太陽能光伏發(fā)電裝置6、風(fēng)力發(fā)電裝置7以及電能負(fù)載的運行特性，控制燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)裝置1、太陽能光伏發(fā)電裝置6、風(fēng)力發(fā)電裝置7、電池儲能裝置8、質(zhì)子交換膜電解水制氫裝置9以及儲氫罐10，以滿足電能負(fù)載的需求。

所述太陽能光熱裝置4采用太陽能集熱管或集熱器，能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為熱能。