[發明專利]一種近零能耗零碳建筑多能互補供能系統及方法

在審

• 申請號: 202011576936.0
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112701771A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 艾鄧鑫;王坤;王桂林;賀春;尚學軍;項添春;王旭東;徐科;趙越;邊疆;王森;周連升;甘智勇;李雪
• 申請（專利權）人: 國網天津市電力公司電力科學研究院;國網天津市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35;H01M8/0656;F24F5/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

本發明涉及一種近零能耗零碳建筑多能互補供能系統，包括建筑體屋頂光伏系統、電化學儲能系統、氫能系統、供熱系統、噴射式制冷系統，供熱系統分別連接氫能系統及噴射式制冷系統。本發明為充分消納建筑體自身可再生能源，采用了電化學儲能+氫儲能的兩種形式，可協調配合解決能量儲存問題,提高儲能系統的能量密度，可減少電化學儲能充放電次數和充放電深度，提高儲能系統的使用壽命。

技術領域

本發明屬于能源綜合利用領域，涉及清潔能源，尤其是一種近零能耗零碳建筑多能互補供能系統及方法。

背景技術

碳排放達峰目標和碳中和愿景對于能源電力低碳化轉型提出了要求，目前我國建筑能耗占到了全國總能耗的1/3左右，這還僅僅是建造和使用過程中建筑體消耗的能源比例，如果再加上建材生產過程中消耗的能源(占全社會總能耗的16.7％)，建筑相關的能耗將占到社會總能耗的46.7％，且建筑體所排放的二氧化碳氣體占全球總排放量的40％。如此大量的能源消耗和二氧化碳排放，建筑體用能和碳排放的大幅降低勢在必行。

目前很多近零能耗建筑的設計理念多從發電量滿足用電量的角度出發，利用可再生能源滿足自身建筑的用電需求，配以電化學儲能系統進行源-荷的波動調節。建筑體能用能需求包括電、熱、冷，如果僅考慮電能的自給自足，實現難度增大且會造成能量的浪費；且電化學儲能壽命有限，跟充放電次數相關，且在有限的建筑體面積和考慮投資經濟性中，無法配備大容量儲能系統儲存建筑體可再生能源發電負荷與用電負荷的差值，造成部分能源的浪費。

氫能作為一種“柔性的綠色”能源載體取代當前碳氫化合物能源是一個重要的發展趨勢，利用可再生能源電解水制氫可以實現真正意義上的零污染、零碳排放，且能量密度高，儲存過程中不存在能量的耗散，在電解水和氫燃料電池發電過程中有余熱產生，綜合利用效率較高，可為建筑物提供電、熱需求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種近零能耗零碳建筑多能互補供能系統，將建筑體屋頂光伏、電化學儲能、氫能系統、供熱系統、噴射式制冷系統進行耦合集成，滿足建筑體電、熱、冷、熱水多種用能需求，實現建筑體全年動態零能耗運行。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：

一種近零能耗零碳建筑多能互補供能系統，包括建筑體屋頂光伏系統、電化學儲能系統、氫能系統、供熱系統、噴射式制冷系統，供熱系統分別連接氫能系統及噴射式制冷系統。

而且，所述的建筑體屋頂光伏系統包括太陽能電池組件，太陽能電池組件連接電化學儲能系統和逆變器，通過逆變器轉換為本供能系統的用電設備供電。

而且，所述的氫能系統包括依次連接的電解槽、儲氫裝置、氫燃料電池，利用光伏產生的電能電解水制氫，氫能通過壓縮機儲存在儲氫裝置中。

而且，所述的供熱系統包括熱媒共用箱、兩套板式換熱器、供熱盤管和蓄熱水箱，熱媒共用箱分別連接電解槽及氫燃料電池，回收電解水制氫和氫燃料電池運行中的余熱并儲存于箱內，熱媒共用箱連接兩套板式換熱器，分兩路供熱，一路在供暖季通過板式換熱器換熱，為供熱盤管提供熱量；另一路通過板式換熱器換熱，為生活用水提供熱量。

而且，所述的噴射制冷系統包括噴射器、冷凝器、節流閥、蒸發器、工質泵，噴射器的進水口連接熱媒共用箱，噴射器的進氣口連接蒸發器，噴射器的出口連接冷凝器的進口，冷凝器的出口分成兩路，一路通過節流閥連接蒸發器，另一路通過工質泵連接熱媒公用箱。

一種近零能耗零碳建筑多能互補供能方法：

當光伏發電負荷大于建筑用能負荷時，多余的電能儲存于電化學儲能系統中和用于電解水制氫，產出的氫經壓縮機壓縮儲存于儲氫罐中，電解水制氫過程中的余熱被換熱收集于熱媒共用箱中；

當光伏發電負荷小于建筑用能負荷時，根據建筑體電、熱負荷需求，協同調配啟動電化學儲能和氫能系統進行供能，其中氫燃料電池供電的同時，大量余熱被收集于熱媒共用箱；