[發明專利]一種可擴展的固體氧化物燃料電池分布式電站

有效

• 申請號: 201811455002.4
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN111262267B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 王萌;程謨杰;崔大安
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J7/34;H01M8/04007;H01M8/04029;H01M8/0432;H01M8/0438;H01M8/0444;H01M8/04537;H01M8/2455
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李巨智

1.一種可擴展的固體氧化物燃料電池分布式電站，其特征在于，包括：

燃料電池發電陣列，包括多個可獨立運行的固體氧化物燃料電池發電模塊，每個固體氧化物燃料電池發電模塊的電能輸出端連接電力變換擴展模塊，向電力變換擴展模塊輸出電能；

電力變換擴展模塊，包括若干組直流變換通道和交流變換通道，所述直流變換通道輸入端通過電纜與固體氧化物燃料電池發電模塊電能輸出端連接，直流變換通道輸出端通過電纜與交流變換通道輸入端連接，交流變換通道輸出端通過電纜連接用電負荷，向其輸出電能；

氣體供給擴展模塊，通過分支管路將氣源分別與燃料電池發電陣列中各個固體氧化物燃料電池發電模塊相連，將反應所需氣體通入各固體氧化物燃料電池發電模塊；

電站控制模塊，其采集輸入接口與氣體供給擴展模塊中傳感器信號連接，其通信接口分別與燃料電池發電陣列各固體氧化物燃料電池發電模塊控制器通信接口、電力變換擴展模塊中各變換器通信接口及尾氣回收擴展模塊中控制器的通信接口連接；監測分布式電站燃料氣源壓力，監測各固體氧化物燃料電池發電模塊運行狀態并對其發電量進行控制，監測電力變換擴展模塊各變換器運行狀態并對其充放電進行控制，監測尾氣回收擴展模塊運行狀態并設定熱負荷需求量；

上位機，與電站控制模塊中控制器的通信接口連接，用于對電站控制模塊進行遠程監控；

每組所述直流變換通道包含升壓DCDC變換器、雙向DCDC變換器及超級電容，超級電容輸出端與雙向DCDC變換器輸入端連接，雙向DCDC變換器輸出端與升壓DCDC變換器輸出端連接；所述交流變換通道為DCAC逆變器，所述升壓DCDC變換器、雙向DCDC變換器、DCAC逆變器及多路可控開關控制端分別與電站控制模塊控制輸出信號端連接；

還包括尾氣回收擴展模塊，所述尾氣回收擴展模塊包括尾氣收集單元、循環風機、換熱器、循環水泵、液位傳感器、給水泵、蓄水池、水罐及尾氣控制器；

所述尾氣控制器通過通信接口連接電站控制模塊，接收電站控制模塊的熱負荷需求設定值，根據電站控制模塊設定熱負荷需求值，通過控制循環風機及循環水泵轉速，控制回收熱量；所述尾氣收集單元通過管路連接固體氧化物燃料電池發電模塊，收集固體氧化物燃料電池發電模塊的尾氣，其輸出端經管路與循環風機入口連接，循環風機出口經管路與換熱器入口連接，水罐中的水通過循環水泵經管路泵送到換熱器輸入端，換熱器出口與用戶管路連接，為用戶提供熱水，給水泵用于將蓄水池中水泵送到水罐中；所述液位傳感器設置于水罐底部，采集水罐液位信息發送給尾氣控制器；溫度傳感器設置于尾氣收集單元，采集回收的尾氣溫度發送給尾氣控制器；所述尾氣控制器采集溫度傳感器信息及電站控制模塊設定值，控制循環風機及循環水泵轉速，通過通信接口將尾氣回收擴展模塊運行狀態上傳到電站控制模塊；

尾氣回收控制方法如下：

根據各發電模塊當前放電功率及氣體供給，計算其尾氣組分及含量，求和得出電站尾氣各組分含量nCO2、nH2O、nN2及nO2；

測量換熱器熱端入口溫度T_1i，換熱器熱端出口溫度T_1o，換熱器冷端入口溫度T_2i，當前環境溫度T₀；

通過循環風機對尾氣進行加壓，使其與循環水進行換熱；

計算尾氣含有熱量

P_exhaust＝nCO2*C_CO2*(T_1i-T₀)+nH2O*C_H2O*(T_1i-T₀)+nN2*C_N2*(T_1i-T₀)+nO2*C_O2*(T_1i-T₀)

計算換熱器熱端出口具有能量

P_hxout＝nCO2*C_CO2*(T_1o-T₀)+nH2O*C_H2O*(T_1o-T₀)+nN2*C_N2*(T_1o-T₀)+nO2*C_O2*(T_1o-T₀)

并根據出水溫度設定值T_set，有如下熱量平衡；

P_exhaust-P_hxout＝n_waterset*C_water*T_set

根據上式調節循環水流量設定值n_waterset。