[發明專利]一種近零碳排放的分布式能源供給系統及方法

在審

• 申請號: 202011277989.2
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112448413A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 廖勇;張琳東;陳石義;劉武;董立臣;許攸;胡強;李汶穎;羅子萱;賀奇;薛賀來
• 申請（專利權）人: 成都精智藝科技有限責任公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/28;H02J3/32;H02J1/10;H02J1/14;H02J7/34;H02J7/35;F17D1/02;F17D1/06;F17D1/07;F17D1/14;F17D3/01;F25B9/00;F25B43/00;F2
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本發明公開了一種近零碳排放的分布式能源供給系統及方法，能源供給系統包括儲供能單元和分別與儲供能單元連接的光伏發電單元、風力發電單元、外部電網接入單元和燃料電池發電單元，所述燃料電池發電單元與碳捕集單元連接。與現有技術相比，本發明的積極效果是：本發明提供了一套近零碳排放的分布式供給電力、熱力、氫氣的方案，首次提出了一種整合光伏、風電、氫能、燃料電池、碳捕集等多種新能源技術，最終實現進行多能互補、供應耦合，二氧化碳捕集回收下供應電能、氫能、熱能的分布式能源系統，為實現碳中和目標提出了一種可實施的技術方案。

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，尤其是涉及一種整合光伏、風電、氫能、燃料電池、碳捕集等新能源技術，最終實現進行多能互補、供應耦合，近零碳排放下供應電能、氫能、熱能的分布式能源供給系統及方法。

背景技術

2015年12月聯合國巴黎氣候變化大會通過了《巴黎協定》要求，根據協定各國以“自主貢獻”的方式參與全球應對氣候變化行動，發達國家繼續帶頭減緩碳排放，并對發展中國家減緩碳排放和適應氣候變化提供資金、技術和能力建設的支持。根據協定要求，2019年12月歐盟明確提出了2050年實現碳中和。因此研發出具有可操作性、可實施性和經濟性的近零碳排放能源供應系統成為世界各國的達到碳中和目標的重要手段之一。

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。主要由太陽能電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成，主要部件由電子元器件構成。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽能電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。

風力發電是把風的動能轉變成機械動能，再把機械能轉化為電力動能。風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。依據目前的風車技術，大約是每秒三米的風速(微風的程度)，便可以開始發電。

全球風能、水能、太陽能等清潔能源資源非常豐富，理論年可開采量相當于全球化石能源剩余探明可采儲量的38倍。但他們致命缺點是不能長期穩定的提供能源輸出，需要依靠現有能源系統補能調峰或單獨配置儲能調峰系統。

電解水制氫過程實際上是一種能量轉換過程，即將一次能源轉換為能源載體氫能的過程。目前兩大類水電解制氫技術可以在低溫條件下進行實際應用，分別是堿性液體水電解與固體聚合物(PEM)水電解兩類。堿性液體水電解技術是以KOH、NaOH水溶液為電解質，如采用石棉布等作為隔膜，在直流電的作用下，將水電解，生成氫氣和氧氣。產出的氣體需要進行脫堿霧處理。典型的PEM水電解技術主要部件包括陰陽極氣體擴散層、陰陽極催化層和質子交換膜等。在PEM技術中，水中的氫離子穿過質子交換膜與電子結合成為氫原子，氫原子相互結合形成氫分子。PEM質子交換膜作為固體電解質，一般使用全氟磺酸膜，起到隔絕陰陽極生成氣，阻止電子的傳遞，同時傳遞質子的作用。質子交換膜替代了石棉膜隔絕電極兩側的氣體，避免了堿性液體電解質電解槽使用強堿性液體電解質所帶來的缺點。此外，PEM水電解池采用零間隙結構，電解池體積更為緊湊精簡降低了電解池的歐姆電阻，大幅提高了電解池的整體性能。

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡稱SOFC)屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環境友好地轉化成電能的全固態化學發電裝置。固體氧化物燃料電池具有燃料適應性廣、能量轉換效率高、全固態、模塊化組裝、零污染等優點，可以直接使用氫氣、一氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣、甲醇及生物質氣等多種碳氫燃料。SOFC的應用范圍相當廣泛，幾乎涵蓋了所有的傳統的電力市場，包括宅用、商業用、工業用以及公共事業用發電廠等，甚至便攜式電源、移動電源、偏遠地區用電及高品質電源等，還可作為船舶動力電源、交通車輛動力電源等移動電源。