CN110571491A - 一种基于燃料电池的综合能源供能系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于燃料电池的综合能源供能系统与方法，系统包括燃料电池、燃气轮机、蓄电池、制氢装置、氢气储罐、逆变装置、太阳能聚光装置、接收器、斯特林发电机和余热利用装置；利用燃料电池的输出电能制氢，氢气作为燃料电池发电系统和太阳能光热发电系统的输入燃料，输出的电能根据优先级不同分别自发自用、余电制氢、储电，既达到了满足用户端的用电需求，也同时满足了燃料的自给自足。

Description

一种基于燃料电池的综合能源供能系统与方法
技术领域
本发明涉及一种基于燃料电池的综合能源供能系统。
背景技术
发展高效、清洁、安全的供能系统，成为解决能源危机和环境问题的当务之急，如公开号为CN105140970A，公开日为2015年12月9日的中国专利申请。包括燃料电池、太阳能、氢能等在内的清洁能源，具有资源丰富、使用清洁的特点。
燃料电池通过电化学反应把燃料的化学能转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高，燃料电池没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是非常有发展前途的发电技术手段。
太阳能热发电系统通过将聚集的太阳辐射能通过接收器传递给斯特林发动机，产生电能，该系统技术无化石燃料的消耗，对环境无污染。
综上所述，实现资源与环境的可持续发展，要大力发展低碳经济，发展燃料电池、太阳能光热等可再生能源的综合能源供能系统的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于燃料电池的综合能源供能系统，利用燃料电池的输出电能制氢，氢气作为燃料电池发电系统和太阳能光热发电系统的输入燃料，输出的电能根据优先级不同分别自发自用、余电制氢、储电，既达到了满足用户端的用电需求，也同时满足了燃料的自给自足。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于燃料电池的综合能源供能系统，其特征是，包括燃料电池、燃气轮机、蓄电池、制氢装置、氢气储罐、逆变装置、太阳能聚光装置、接收器、斯特林发电机和余热利用装置；所述燃料电池的输出端与逆变装置的输入端连接，所述逆变装置的输出端与蓄电池、用户端以及制氢装置连接；所述制氢装置与氢气储罐连接，所述氢气储罐的出气口与燃料电池的进气口以及斯特林发电机的进气口连接；所述太阳能聚光装置与接收器连接，所述接收器与斯特林发电机连接，所述斯特林发电机的输出端与蓄电池、用户端以及制氢装置连接；所述燃气轮机的电能输出端与蓄电池、用户端以及制氢装置连接，所述燃气轮机的热能输出端与余热利用装置连接，所述余热利用装置与用户端连接。
优选的，所述蓄电池为锂电池或铅酸电池。
优选的，所述制氢装置为电解水装置。
供能方法，综合供能系统分为以下三个子系统：燃料电池发电系统、太阳能光热发电系统、分布式能源系统；以天然气为主要燃料的分布式能源系统中，天然气和空气混合进入燃气轮机做功，产生电能、热能和冷能；以氢气、空气、天然气为燃料的燃料电池发电系统中，透过燃料电池将化学能转化为电能；太阳能光热发电系统中，太阳能聚光装置聚光到接收器驱动斯特林发电机发电；上述三个子系统的输出电能一部分利用到制氢装置中制取氢气，产生的氢气作为燃料电池发电系统和太阳能光热发电系统的燃料气；一部分电能储存在蓄电池中,作为备用电能使用。
空气和天然气进入燃料电池进行发电，输出的电能一部分满足用户端的电能需求、一部分储存在蓄电池中、一部分通过制氢装置制取氢气储存在氢气储罐中，制取的氢气作为燃料电池的输入燃料被送往燃料电池的输入端；太阳能聚光装置将太阳辐射能聚集到接收器中，能量通过斯特林发电机做功放出电能，制氢装置制取的氢气作为斯特林发电机的缸内介质材料；空气和天然气进入到燃气轮机中，通过燃气轮机做功产生电能，放出的电满满足上述电能需求，燃气轮机产生的余热经利用产生热能和冷能；当停电或者是电负荷需求不能满足时，蓄电池中的电能将被释放出来，满足电能需求。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、 以天然气、空气、氢气、太阳能多种清洁能源为燃料的综合能源供能系统，供能安全、清洁、高效，排放污染少，对环境的影响小；
2、 制氢装置产生的氢气利用的是多余的电能，制取的氢气作为燃料电池发电系统和太阳能光热发电系统的输入燃料，提高了能源的利用效率；
3、 整个系统中产生的电能可以储存在蓄电池中，当用户端的电需求小于系统发出的电量或者是发生停电等意外情况的时候，蓄电池中的电能可以释放出来，满足用户需求；
4、 本发明可以提供多种能源需求，满足了不同用户的需求，达到了能源的梯级利用的目的。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图。
图中：燃料电池1、燃气轮机2、蓄电池3、用户端4、制氢装置5、氢气储罐6、逆变装置7、太阳能聚光装置8、接收器9、斯特林发电机10、余热利用装置11。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本实施例中的基于燃料电池的综合能源供能系统，包括燃料电池1、燃气轮机2、蓄电池3、制氢装置5、氢气储罐6、逆变装置7、太阳能聚光装置8、接收器9、斯特林发电机10和余热利用装置11；燃料电池1的输出端与逆变装置7的输入端连接，逆变装置7的输出端与蓄电池3、用户端4以及制氢装置5连接；制氢装置5与氢气储罐6连接，氢气储罐6的出气口与燃料电池1的进气口以及斯特林发电机10的进气口连接；太阳能聚光装置8与接收器9连接，接收器9与斯特林发电机10连接，斯特林发电机10的输出端与蓄电池3、用户端4以及制氢装置5连接；燃气轮机2的电能输出端与蓄电池3、用户端4以及制氢装置5连接，燃气轮机2的热能输出端与余热利用装置11连接，余热利用装置11与用户端4连接。
其中，蓄电池3为锂电池或铅酸电池。制氢装置5为电解水装置。
供能方法，综合供能系统分为以下三个子系统：燃料电池发电系统、太阳能光热发电系统、分布式能源系统；以天然气为主要燃料的分布式能源系统中，天然气和空气混合进入燃气轮机2做功，产生电能、热能和冷能；以氢气、空气、天然气为燃料的燃料电池发电系统中，透过燃料电池1将化学能转化为电能；太阳能光热发电系统中，太阳能聚光装置8聚光到接收器9驱动斯特林发电机10发电；上述三个子系统的输出电能一部分利用到制氢装置5中制取氢气，产生的氢气作为燃料电池发电系统和太阳能光热发电系统的燃料气；一部分电能储存在蓄电池3中,作为备用电能使用。
空气和天然气进入燃料电池1进行发电，输出的电能一部分满足用户端4的电能需求、一部分储存在蓄电池3中、一部分通过制氢装置5制取氢气储存在氢气储罐6中，制取的氢气作为燃料电池1的输入燃料被送往燃料电池1的输入端；太阳能聚光装置8将太阳辐射能聚集到接收器9中，能量通过斯特林发电机10做功放出电能，制氢装置5制取的氢气作为斯特林发电机10的缸内介质材料；空气和天然气进入到燃气轮机2中，通过燃气轮机2做功产生电能，放出的电满满足上述电能需求，燃气轮机2产生的余热经利用产生热能和冷能；当停电或者是电负荷需求不能满足时，蓄电池3中的电能将被释放出来，满足电能需求。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于燃料电池的综合能源供能系统，其特征是，包括燃料电池（1）、燃气轮机（2）、蓄电池（3）、制氢装置（5）、氢气储罐（6）、逆变装置（7）、太阳能聚光装置（8）、接收器（9）、斯特林发电机（10）和余热利用装置（11）；所述燃料电池（1）的输出端与逆变装置（7）的输入端连接，所述逆变装置（7）的输出端与蓄电池（3）、用户端（4）以及制氢装置（5）连接；所述制氢装置（5）与氢气储罐（6）连接，所述氢气储罐（6）的出气口与燃料电池（1）的进气口以及斯特林发电机（10）的进气口连接；所述太阳能聚光装置（8）与接收器（9）连接，所述接收器（9）与斯特林发电机（10）连接，所述斯特林发电机（10）的输出端与蓄电池（3）、用户端（4）以及制氢装置（5）连接；所述燃气轮机（2）的电能输出端与蓄电池（3）、用户端（4）以及制氢装置（5）连接，所述燃气轮机（2）的热能输出端与余热利用装置（11）连接，所述余热利用装置（11）与用户端（4）连接。
2.根据权利要求1所述的基于燃料电池的综合能源供能系统，其特征是，所述蓄电池（3）为锂电池或铅酸电池。
3.根据权利要求1所述的基于燃料电池的综合能源供能系统，其特征是，所述制氢装置（5）为电解水装置。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的基于燃料电池的综合能源供能系统的供能方法，其特征是，综合供能系统分为以下三个子系统：燃料电池发电系统、太阳能光热发电系统、分布式能源系统；以天然气为主要燃料的分布式能源系统中，天然气和空气混合进入燃气轮机（2）做功，产生电能、热能和冷能；以氢气、空气、天然气为燃料的燃料电池发电系统中，透过燃料电池（1）将化学能转化为电能；太阳能光热发电系统中，太阳能聚光装置（8）聚光到接收器（9）驱动斯特林发电机（10）发电；上述三个子系统的输出电能一部分利用到制氢装置（5）中制取氢气，产生的氢气作为燃料电池发电系统和太阳能光热发电系统的燃料气；一部分电能储存在蓄电池（3）中,作为备用电能使用。
5.根据权利要求4所述的基于燃料电池的综合能源供能系统的供能方法，其特征是，空气和天然气进入燃料电池（1）进行发电，输出的电能一部分满足用户端（4）的电能需求、一部分储存在蓄电池（3）中、一部分通过制氢装置（5）制取氢气储存在氢气储罐（6）中，制取的氢气作为燃料电池（1）的输入燃料被送往燃料电池（1）的输入端；太阳能聚光装置（8）将太阳辐射能聚集到接收器（9）中，能量通过斯特林发电机（10）做功放出电能，制氢装置（5）制取的氢气作为斯特林发电机（10）的缸内介质材料；空气和天然气进入到燃气轮机（2）中，通过燃气轮机（2）做功产生电能，放出的电满满足上述电能需求，燃气轮机（2）产生的余热经利用产生热能和冷能；当停电或者是电负荷需求不能满足时，蓄电池（3）中的电能将被释放出来，满足电能需求。
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