CN114069000A - 一种氢能分布式电源发电系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氢能分布式电源发电系统及运行方法，系统包括：依次连接的外储液箱模块、氢能分布式电源主机和电力输出控制模块，氢能分布式电源主机包括：内储液箱模块，与外储液箱模块管路相连；甲醇重整制氢模块，与内储液箱模块管路相连；氢燃料电池发电模块，与甲醇重整制氢模块管路相连，由甲醇重整制氢模块输入氢气，氢燃料电池发电模块与电力输出控制模块线路相连；系统控制模块，连接在氢燃料电池发电模块与电力输出控制模块之间，且与甲醇重整制氢模块、内储液箱模块、外储液箱模块通信连接。通过本发明的技术方案，不易受到环境条件的限制，可以稳定持续地进行电力输出，稳定性和兼容性较强，只排放出二氧化碳和少量水，对环境友好。

Description

一种氢能分布式电源发电系统及运行方法

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，具体而言，涉及一种氢能分布式电源发电系统及运行方法。

背景技术

随着常规能源的衰竭、环境污染的加剧和全球气候的变暖，各国能源专家开始不断地积极寻求合适的新能源来替代现有的对环境构成污染的能源。电力是一种清洁的二次能源，为了保障社会可持续发展，越来越多的新能源和新型的储能装置将应用到电力系统中。风能、太阳能、生物质能等新能源的应用，有很大部分是分散式的，且容量较小。这些分散布置在电力负荷附近的、容量在数千瓦至数十兆瓦之间的、为环境兼容的、节能的发电装置，统称分布式电源系统。

相关技术中，分布式电源系统，从能源角度，基本分为两类，一是采用传统能源，如燃气轮机、内燃机等，采用天然气或者柴油等传统能源。二是采用可再生能源做能力来源，如小型光伏发电站、风力发电机等。分布式电源系统采用不可再生的传统能源做能量来源的发电机，存在环境污染，常规能源消耗、噪音巨大等不符合环保要求的问题。一些小型光伏电站、风力发电系统等采用可再生能源的分布式电源系统，然而受制于环境条件的限制，需要特定的地理条件，较大的占地面积，其稳定性和兼容性较差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提供一种氢能分布式电源发电系统及运行方法，采用甲醇为原料，应用甲醇重整制氢技术制取氢气，用氢燃料电池进行发电，占地面积较小，不易受到环境条件的限制，可以稳定持续地进行电力输出，稳定性和兼容性较强，而且只排放出二氧化碳和少量的水，对环境友好，有利于环境保护。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的技术方案提供了一种氢能分布式电源发电系统，包括：依次连接的外储液箱模块、氢能分布式电源主机和电力输出控制模块，所述氢能分布式电源主机包括：内储液箱模块，与所述外储液箱模块管路相连；甲醇重整制氢模块，与所述内储液箱模块管路相连；氢燃料电池发电模块，与所述甲醇重整制氢模块管路相连，由所述甲醇重整制氢模块输入氢气，所述氢燃料电池发电模块与所述电力输出控制模块线路相连；系统控制模块，连接在所述氢燃料电池发电模块与所述电力输出控制模块之间，且与所述甲醇重整制氢模块、内储液箱模块、外储液箱模块通信连接。

在该技术方案中，通过甲醇重整制氢模块为氢燃料电池发电模块提供氢气来源，氢气可以随时制取，既节约了存储空间，而且使用方便，安全性较高。甲醇重整制氢模块由内储液箱模块供液，经过一系列的化学物理反应，通过精准控制，产生高纯氢气，氢燃料电池发电模块则是利用氢气和空气中的氧气在催化剂的作用下进行氧化还原反应产生电能，系统控制模块则连接各个模块，进行各个模块工作状态的检测和采集等，控制电力的输出，占地面积较小，不易受到环境条件的限制，可以稳定持续地进行电力输出，稳定性和兼容性较强。通过外储液箱模块和内储液箱模块的设计，一方面，有利于实现氢能分布式电源主机的集成化设计，将体积较小的内储液箱模块集成于一体，便于供液和移动，另一方面，外储液箱模块单独设置在外，保障了供液的连续性和可靠性。

原料液为纯甲醇和去离子水按照一定配比制成的甲醇水，系统控制模块包括操作触摸屏及与操作触摸屏连接的主电路板和检测预警系统，主电路板包括设置在主电路板上的管理电路，检测预警系统与管理电路连接，系统控制模块监控电力输出控制模块的仪器参数。

在上述技术方案中，优选地，所述甲醇重整制氢模块包括：燃料泵，与所述内储液箱模块通过管道相连，所述燃料泵与所述内储液箱模块的连接管道上设置控制阀组；热交换器，与所述燃料泵管路连接；重整反应器，与所述热交换器管路连接，原料液经所述热交换器换热升温后进入所述重整反应器，所述重整反应器保持380℃-420℃的重整反应温度；提纯器，与所述重整反应器管路连接，由所述重整反应器产生的富氢气体进入所述提纯器中进行提纯；甲烷化装置，与所述提纯器管路连接，经所述提纯器提纯出来的气体进入所述甲烷化装置，经所述甲烷化装置形成高纯氢气，高纯氢气经所述热交换器换热降温后进入所述氢燃料电池发电模块。

在该技术方案中，甲醇重整制氢模块包括燃料泵、热交换器、重整反应器、提纯器、甲烷化装置等，原料液经换热交换器与高纯氢气进行换热，原料液温度升高，便于进行重整反应，高纯氢气温度降低便于传输以及进入氢燃料电池发电模块进行发电，如此设计，高纯氢气中的热量得到了充分利用，也减少了加热原料液所需的能耗，同时也提高了效率，升温后的原料液在重整反应器内，在催化剂的作用下进行反应制得富氢气体，富氢气体经提纯器、甲烷化装置形成高纯氢气，为氢燃料电池进行发电提供氢气，氢气制取较为便利，而且原料液以及制备过程中形成的能源被高效利用，降低了能耗，节约了成本。

在上述任一项技术方案中，优选地，所述甲醇重整制氢模块还包括：燃烧室，与所述提纯器管路连接，所述提纯器提纯后的废气经限流阀进入所述燃烧室；鼓风机，与所述燃烧室相连，向所述燃烧室鼓入空气，燃烧加热所述重整反应器；所述重整反应器还设有筒式加热器进行通电加热。

在该技术方案中，提纯器提纯后的废气(一氧化碳、甲烷、未反应完全的甲醇蒸汽等可燃气体)经限流阀进入燃烧室，与鼓风机鼓入的空气一起燃烧加热重整反应器，维持380℃-420℃的工作温度，一方面，对废气进行处理，比较环保，对环境影响较小，另一方面，对废气进行了充分利用，与空气燃烧加热重整反应器，节约了能耗。通过对重整反应器设置筒式加热器进行通电加热，可以在启动初期或者其他燃烧热能不足以维持380℃-420℃的工作温度时，进行补充加热，保障了重整反应器在使用状态下一直维持在380℃-420℃的工作温度，如此提高了原料液的利用率，保障了氢气的产率。

在上述任一项技术方案中，优选地，所述氢能分布式电源主机还包括：氢气稳压模块，设在所述甲醇重整制氢模块与所述氢燃料电池发电模块之间，所述甲醇重整制氢模块制备的氢气经过所述氢气稳压模块稳压后送入所述氢燃料电池发电模块进行发电；所述氢气稳压模块包括：缓冲罐，所述缓冲罐与所述甲醇重整制氢模块管路相连，且在所述缓冲罐的前后管路上安装球阀；安装在所述缓冲罐之后的第一氢气调节阀、安装在所述氢燃料电池发电模块之前的第二氢气调节阀以及一端连接在所述第一氢气调节阀和所述第二氢气调节阀之间的连接管路上另一端连接到氢气储存罐的第三氢气调节阀；在所述第三氢气调节阀接入点的前后各安装一个氢气压力传感器，所述第一氢气调节阀、所述第二氢气调节阀、所述第三氢气调节阀和所述氢气压力传感器分别与系统控制模块相连。

在该技术方案中，在甲醇重整制氢模块与氢燃料电池发电模块之间设氢气稳压模块，由甲醇重整制氢模块产生的氢气通过氢气稳压模块的控制和调节，变成可控的稳定的氢气供氢燃料电池发电模块进行发电，进一步保障了稳定持续地电力输出。氢气稳压模块包括缓冲罐、第一氢气调节阀、第二氢气调节阀、第三氢气调节阀以及氢气压力传感器等，分别与系统控制模块相连，会根据发电量需求的不同来调整供应给氢燃料电池发电模块的氢气，从而提高氢气的利用率，而系统控制模块在获取到氢气需求量时，也可以控制甲醇重整制氢模块的产氢量，对原料液的进液量进行控制，保证原料液的高效利用率。

在上述任一项技术方案中，优选地，所述氢能分布式电源主机还包括：催化转化器，设置在所述燃烧室的上方，燃烧后的气体经过所述催化转化器进行催化转化后排放。

在该技术方案中，通过在燃烧室的上方设置催化转化器，燃烧后的气体经过催化转化器进行催化转化后排放，排放的只有二氧化碳和部分水蒸汽，对环境友好，有利于环境保护，而且在燃烧室内已经对提纯器提纯后的废气进行了一定的处理，催化转化器进行处理时相对较容易，而且效率也较高。

在上述任一项技术方案中，优选地，所述氢能分布式电源主机集成一柜体结构中，所述柜体结构设有前后可开启的柜门，所述柜体结构内设纵向板和多个横向板划分内部空间，所述内储液箱模块设置于所述柜体结构内底部，所述甲醇重整制氢模块设置于所述柜体结构内顶部一侧，所述氢燃料电池发电模块设置于所述柜体结构的中部，所述系统控制模块设置于所述柜体结构内顶部另一侧。

在该技术方案中，氢能分布式电源主机集成一柜体结构中，柜体结构设有前后可开启的柜门，便于安装、检修和操控，柜体结构内设纵向板和多个横向板划分内部空间，内储液箱模块、甲醇重整制氢模块、氢燃料电池发电模块、系统控制模块等都是模块化设计，在柜体结构内科学合理的布局，分别安装在同一个柜体结构中，使得氢能分布式电源主机便于移动、运输和维护，而且占地面积较小，不易受到环境条件的限制，可以稳定持续地进行电力输出，稳定性和兼容性较强。

在上述任一项技术方案中，优选地，所述外储液模块包括外储液箱和设置于所述外储液箱内的液位传感器，所述内储液模块包括内储液箱和设置于所述内储液箱内的液位传感器，所述内储液箱模块与所述外储液箱模块的连接管路上连接设置加液泵和加液电磁阀，所述液位传感器、所述加液泵和所述加液电磁阀分别与系统控制模块相连；所述外储液箱与所述内储液箱之间、所述内储液箱与所述甲醇重整制氢模块之间、所述甲醇重整制氢模块与所述氢气稳压模块之间均设有过滤器。

在该技术方案中，外储液箱和内储液箱都设液位传感器，便于检测原料液位进行控制，内储液箱模块与外储液箱模块的连接管路上连接设置加液泵和加液电磁阀，液位传感器、加液泵和加液电磁阀分别与系统控制模块相连，在内储液箱模块内的原料液位低于设定值时，比如内储液箱高度的1/10，加液泵和加液电磁阀启动，由外储液箱向内储液箱加液直到液位达到设定值，比如内储液箱高度的9/10，进而保障了原料液的供应，从而保障了氢气的供应量，保障了发电的稳靠性。外储液箱与内储液箱之间、内储液箱与甲醇重整制氢模块之间、甲醇重整制氢模块与氢气稳压模块之间均设有过滤器，能够有效减少管路堵塞现象的发生，提高了发电运行的效率。

在上述任一项技术方案中，优选地，所述电力输出控制模块包括：逆变器，与所述氢能分布式电源主机相连，所述逆变器通过线路连接负载；储能电池，并联连接在所述氢能分布式电源主机与所述逆变器之间，所述氢能分布式电源主机与所述电力输出控制模块的连接线路上设置电压传感器、电流传感器，所述电压传感器、所述电流传感器分别与所述系统控制模块相连。

在该技术方案中，通过逆变器把氢能分布式电源主机产生的电源逆变为稳定的可持续的负载所需电性，向负载稳定输出电能。通过并联连接在氢能分布式电源主机与逆变器之间的储能电池，一方面为氢能分布式电源主机提供启动电源，另一方面，在氢能分布式电源主机启动期间，为负载做临时电源，待氢能分布式电源主机完全启动发电后转化切入，储能电池可以接收氢能分布式电源主机发电输出的电能进行储备，进一步保障了向负载稳定持续地输出电力，氢能分布式电源主机与电力输出控制模块的连接线路上设置电压传感器、电流传感器，电压传感器、电流传感器分别与系统控制模块相连，便于对电力供应进行调节控制。

本发明第二方面的技术方案还提供了一种氢能分布式电源发电系统运行方法，包括以下步骤：开启燃料泵与内储液箱模块之间的控制阀组，在燃料泵的作用下，原料液由内储液箱模块经热交换器换热升温后泵入重整反应器；所述重整反应器保持380℃-420℃的重整反应温度，原料液进入所述重整反应器后，在催化剂的作用下，生成富氢气体；富氢气体进入提纯器进行提纯，提纯出来的气体进入甲烷化装置中；经所述甲烷化装置形成的高纯氢气进入所述热交换器换热降温后通过过滤器过滤进入氢气稳压模块；通过氢气稳压模块的控制和调节，向氢燃料电池发电模块提供稳定的氢气；所述氢燃料电池发电模块利用氢气和空气中氧气产生电能经逆变器输出至负载。

在该技术方案中，通过为原料液由内储液箱模块经热交换器换热升温后泵入重整反应器，催化剂的作用下，生成富氢气体，之后经提纯、甲烷化形成高纯氢气，在热交换器中换热降温通过过滤器过滤进入氢气稳压模块，通过氢气稳压模块的控制和调节为氢燃料电池发电模块提供氢气来源，氢气可以随时制取，使用方便，安全性较高，而且原料液的利用率较高，热能被充分利用，节约了能耗，氢燃料电池发电模块利用氢气和空气中氧气产生电能经逆变器输出至负载，不易受到环境条件的限制，可以稳定持续地进行电力输出，稳定性和兼容性较强。

在上述技术方案中，优选地，还包括以下步骤：由所述提纯器提纯产生的废气经过限流阀进入燃烧室，与鼓风机鼓入的空气共同燃烧加热所述重整反应器，当燃烧加热温度难以保持重整反应温度时，启动筒式加热器进行通电加热；经所述燃烧室燃烧后的气体经过催化转化器处理后排放；当通过内储液箱内的液位传感器检测到原料液的液位低于第一设定值时，启动加液泵和加液电磁阀，由外储液箱经过滤器向内储液箱加入原料液；当通过所述内储液箱内的液位传感器检测到原料液的液位高于第二设定值时，关闭所述加液泵和所述加液电磁阀。

在该技术方案中，提纯器提纯后的废气(一氧化碳、甲烷、未反应完全的甲醇蒸汽等可燃气体)经限流阀进入燃烧室，与鼓风机鼓入的空气一起燃烧加热重整反应器，维持380℃-420℃的工作温度，一方面，对废气进行处理，比较环保，对环境影响较小，另一方面，对废气进行了充分利用，与空气燃烧加热重整反应器，节约了能耗，当燃烧加热温度难以保持重整反应温度时，启动筒式加热器进行通电加热，保障了重整反应器在使用状态下一直维持在380℃-420℃的工作温度，如此提高了原料液的利用率，保障了氢气的产率。燃烧后的气体经过催化转化器进行催化转化后排放，排放的只有二氧化碳和部分水蒸汽，对环境友好，有利于环境保护。在内储液箱模块内的原料液位低于第一设定值时，比如内储液箱高度的1/10，加液泵和加液电磁阀启动，由外储液箱向内储液箱加液直到液位达到第二设定值，比如内储液箱高度的9/10，进而保障了原料液的供应，从而保障了氢气的供应量，保障了发电的稳靠性。

本发明提出的一种氢能分布式电源发电系统及运行方法具有以下有益技术效果：

(1)采用甲醇为原料，应用甲醇重整制氢技术制取氢气，用氢燃料电池进行发电，占地面积较小，不易受到环境条件的限制，可以稳定持续地进行电力输出，稳定性和兼容性较强，而且只排放出二氧化碳和少量的水，对环境友好，有利于环境保护。

(2)通过甲醇重整制氢模块为氢燃料电池发电模块提供氢气来源，氢气可以随时制取，既节约了存储空间，而且使用方便，安全性较高。

(3)通过外储液箱模块和内储液箱模块的设计，一方面，有利于实现氢能分布式电源主机的集成化设计，将体积较小的内储液箱模块集成于一体，便于供液和移动，另一方面，外储液箱模块单独设置在外，保障了供液的连续性和可靠性。

(4)甲醇重整制氢模块包括燃料泵、热交换器、重整反应器、提纯器、甲烷化装置等，原料液经换热交换器与高纯氢气进行换热，高纯氢气中的热量得到了充分利用，也减少了加热原料液所需的能耗，同时也提高了效率，提纯器提纯后的废气，与鼓风机鼓入的空气一起燃烧加热重整反应器，维持380℃-420℃的工作温度，一方面，对废气进行处理，比较环保，对环境影响较小，另一方面，对废气进行了充分利用，与空气燃烧加热重整反应器，节约了能耗。

(5)在甲醇重整制氢模块与氢燃料电池发电模块之间设氢气稳压模块，由甲醇重整制氢模块产生的氢气通过氢气稳压模块的控制和调节，变成可控的稳定的氢气供氢燃料电池发电模块进行发电，进一步保障了稳定持续地电力输出。

(6)电力输出控制模块包括逆变器和储能电池，通过逆变器把氢能分布式电源主机产生的电源逆变为稳定的可持续的负载所需电性，向负载稳定输出电能。通过并联连接在氢能分布式电源主机与逆变器之间的储能电池，一方面为氢能分布式电源主机提供启动电源，另一方面，在氢能分布式电源主机启动期间，为负载做临时电源，待氢能分布式电源主机完全启动发电后转化切入。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的实施例的一种氢能分布式电源发电系统的原理结构示意图；

图2示出了根据本发明的实施例的一种氢能分布式电源发电系统的结构示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的一种氢能分布式电源发电系统中氢能分布式电源主机的结构示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的一种氢能分布式电源发电系统中甲醇重整制氢模块的运行原理示意图，

其中，图1至图4中附图标记与部件之间的对应关系为：

10外储液箱模块，102外储液箱，104液位传感器，20氢能分布式电源主机，202内储液箱模块，2022内储液箱，204甲醇重整制氢模块，2042燃料泵，2044控制阀组，2046热交换器，2048重整反应器，2050提纯器，2052甲烷化装置，2054燃烧室，2056限流阀，2058鼓风机，2059筒式加热器，206氢燃料电池发电模块，208系统控制模块，210氢气稳压模块，2102缓冲罐，2104球阀，2106第一氢气调节阀，2108第二氢气调节阀，2110第三氢气调节阀，2112氢气压力传感器，212催化转化器，214加液泵，216加液电磁阀，218过滤器，30电力输出控制模块，302逆变器，304储能电池。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合图1至图4对根据本发明的实施例的一种氢能分布式电源发电系统及运行方法进行具体说明。

如图1至图4所示，根据本发明的实施例的一种氢能分布式电源发电系统包括依次连接的外储液箱模块10、氢能分布式电源主机20和电力输出控制模块30，以甲醇重整制氢的方式作为氢气的来源，可以随时制取，占地面积较小，不易受到环境条件的限制，可以稳定持续地进行电力输出，稳定性和兼容性较强。

如图1和图3所示，氢能分布式电源主机20包括：内储液箱模块202，与外储液箱模块10管路相连；甲醇重整制氢模块204，与内储液箱模块202管路相连；氢燃料电池发电模块206，与甲醇重整制氢模块204管路相连，由甲醇重整制氢模块204输入氢气，氢燃料电池发电模块206与电力输出控制模块30线路相连；系统控制模块208，连接在氢燃料电池发电模块206与电力输出控制模块30之间，且与甲醇重整制氢模块204、内储液箱模块202、外储液箱模块10通信连接。氢能分布式电源主机20集成一柜体结构中，柜体结构设有前后可开启的柜门，柜体结构内设纵向板和多个横向板划分内部空间，内储液箱模块202设置于柜体结构内底部，甲醇重整制氢模块204设置于柜体结构内顶部一侧，氢燃料电池发电模块206设置于柜体结构的中部，系统控制模块208设置于柜体结构内顶部另一侧。

甲醇重整制氢模块204由内储液箱模块202供液，经过一系列的化学物理反应，通过精准控制，产生高纯氢气，氢燃料电池发电模块206则是利用氢气和空气中的氧气在催化剂的作用下进行氧化还原反应产生电能，系统控制模块208则连接各个模块，进行各个模块工作状态的检测和采集等，控制电力的输出，占地面积较小，不易受到环境条件的限制，可以稳定持续地进行电力输出，稳定性和兼容性较强。通过外储液箱模块10和内储液箱模块202的设计，一方面，有利于实现氢能分布式电源主机20的集成化设计，将体积较小的内储液箱模块202集成于一体，便于供液和移动，另一方面，外储液箱模块10单独设置在外，保障了供液的连续性和可靠性。原料液为纯甲醇和去离子水按照一定配比制成的甲醇水，系统控制模块208包括操作触摸屏及与操作触摸屏连接的主电路板和检测预警系统，主电路板包括设置在主电路板上的管理电路，检测预警系统与管理电路连接，系统控制模块208监控电力输出控制模块30的仪器参数。氢能分布式电源主机20集成一柜体结构中，柜体结构设有前后可开启的柜门，便于安装、检修和操控，柜体结构内设纵向板和多个横向板划分内部空间，内储液箱模块202、甲醇重整制氢模块204、氢燃料电池发电模块206、系统控制模块208等都是模块化设计，在柜体结构内科学合理的布局，分别安装在同一个柜体结构中，使得氢能分布式电源主机20便于移动、运输和维护，而且占地面积较小，不易受到环境条件的限制，可以稳定持续地进行电力输出，稳定性和兼容性较强。

进一步地，如图4所示，甲醇重整制氢模块204包括：燃料泵2042、热交换器2046、重整反应器2048、提纯器2050、甲烷化装置2052、燃烧室2054、鼓风机2058、筒式加热器2059等，燃料泵2042与内储液箱模块202通过管道相连且连接管道上设置控制阀组2044，热交换器2046与燃烧泵管路连接，重整反应器2048与热交换器2046管路连接，原料液经热交换器2046换热升温后进入重整反应器2048，重整反应器2048保持380℃-420℃的重整反应温度，在重整反应器2048之后连接提纯器2050、甲烷化装置2052，在由重整反应器2048产生的富氢气体进入提纯器2050中进行提纯后，提纯出来的气体进入甲烷化装置2052，形成高纯氢气，高纯氢气经热交换器2046换热降温后进入氢燃料电池发电模块206。燃烧室2054与提纯器2050管路连接，提纯器2050提纯后产生的废气(一氧化碳、甲烷、未反应完全的甲醇蒸汽等可燃气体)，经限流阀2056进入燃烧室2054，与燃烧室2054相连的鼓风机2058向燃烧室2054鼓入空气，燃烧加热重整反应器2048，重整反应器2048还设筒式加热器2059进行通电加热。

原料液经换热交换器2046与高纯氢气进行换热，原料液温度升高，便于进行重整反应，高纯氢气温度降低便于传输以及进入氢燃料电池发电模块206进行发电，如此设计，高纯氢气中的热量得到了充分利用，也减少了加热原料液所需的能耗，同时也提高了效率，升温后的原料液在重整反应器2048内，在催化剂的作用下进行反应制得富氢气体，富氢气体经提纯器2050、甲烷化装置2052形成高纯氢气，而提纯器2050提纯后产生的废气(一氧化碳、甲烷、未反应完全的甲醇蒸汽等可燃气体)经限流阀2056进入燃烧室2054，与鼓风机2058鼓入的空气一起燃烧加热重整反应器2048，维持380℃-420℃的工作温度，一方面，对废气进行处理，比较环保，对环境影响较小，另一方面，对废气进行了充分利用，与空气燃烧加热重整反应器2048，节约了能耗。通过对重整反应器2048设置筒式加热器2059进行通电加热，可以在启动初期或者其他燃烧热能不足以维持380℃-420℃的工作温度时，进行补充加热，保障了重整反应器2048在使用状态下一直维持在380℃-420℃的工作温度。

进一步地，如图1所示，氢能分布式电源主机20还包括：设在甲醇重整制氢模块204与氢燃料电池发电模块206之间的氢气稳压模块210，甲醇重整制氢模块204制备的氢气经过氢气稳压模块210稳压后送入氢燃料电池发电模块206进行发电。氢气稳压模块210包括：缓冲罐2102、第一氢气调节阀2106、第二氢气调节阀2108、第三氢气调节阀2110、氢气压力传感器2112等。缓冲罐2102与甲醇重整制氢模块204管路相连，且在缓冲罐2102的前后管路上安装球阀2104，第一氢气调节阀2106安装在缓冲罐2102之后，第二氢气调节阀2108安装在氢燃料电池发电模块206之前，第三氢气调节阀2110一端连接在第一氢气调节阀2106和第二氢气调节阀2108之间的连接管路上另一端连接到氢气储存罐的，在第三氢气调节阀2110接入点的前后各安装一个氢气压力传感器2112，第一氢气调节阀2106、第二氢气调节阀2108、第三氢气调节阀2110和氢气压力传感器2112分别与系统控制模块208相连。

在甲醇重整制氢模块204与氢燃料电池发电模块206之间设氢气稳压模块210，由甲醇重整制氢模块204产生的氢气通过氢气稳压模块210的控制和调节，变成可控的稳定的氢气供氢燃料电池发电模块206进行发电，进一步保障了稳定持续地电力输出。氢气稳压模块210包括缓冲罐2102、第一氢气调节阀2106、第二氢气调节阀2108、第三氢气调节阀2110以及氢气压力传感器2112等，分别与系统控制模块208相连，会根据发电量需求的不同来调整供应给氢燃料电池发电模块206的氢气，从而提高氢气的利用率，而系统控制模块208在获取到氢气需求量时，也可以控制甲醇重整制氢模块204的产氢量，对原料液的进液量进行控制，保证原料液的高效利用率。

进一步地，氢能分布式电源主机20还包括：催化转化器212，设置在所述燃烧室2054的上方，燃烧后的气体经过所述催化转化器212进行催化转化后排放。排放的只有二氧化碳和部分水蒸汽，对环境友好，有利于环境保护，而且在燃烧室2054内已经对提纯器2050提纯后的废气进行了一定的处理，催化转化器212进行处理时相对较容易，而且效率也较高。

进一步地，如图1所示，外储液模块包括外储液箱102和设置于外储液箱102内的液位传感器104，内储液模块包括内储液箱2022和设置于内储液箱2022内的液位传感器104，内储液箱模块202与外储液相模块的连接管路上连接设置加液泵214和加液电磁阀216，液位传感器104、加液泵214和加液电磁阀216分别与系统控制模块208相连；外储液箱102与内储液箱2022之间、内储液箱2022与甲醇重整制氢模块204之间、甲醇重整制氢模块204与氢气稳压模块210之间均设有过滤器218。

外储液箱102和内储液箱2022都设液位传感器104，便于检测原料液位进行控制，内储液箱模块202与外储液箱模块10的连接管路上连接设置加液泵214和加液电磁阀216，液位传感器104、加液泵214和加液电磁阀216分别与系统控制模块208相连，在内储液箱模块202内的原料液位低于设定值时，比如内储液箱2022高度的1/10，加液泵214和加液电磁阀216启动，由外储液箱102向内储液箱2022加液直到液位达到设定值，比如内储液箱2022高度的9/10，进而保障了原料液的供应，从而保障了氢气的供应量，保障了发电的稳靠性。外储液箱102与内储液箱2022之间、内储液箱2022与甲醇重整制氢模块204之间、甲醇重整制氢模块204与氢气稳压模块210之间均设有过滤器218，能够有效减少管路堵塞现象的发生，提高了发电运行的效率。

进一步地，如图1所示，电力输出控制模块30包括：逆变器302和储能电池304等，逆变器302，与氢能分布式电源主机20相连，逆变器302通过线路连接负载；储能电池304，并联连接在氢能分布式电源主机20与逆变器302之间，氢能分布式电源主机20与电力输出控制模块30的连接线路上设置电压传感器、电流传感器，电压传感器、电流传感器分别与系统控制模块208相连。

通过逆变器302把氢能分布式电源主机20产生的电源逆变为稳定的可持续的负载所需电性，向负载稳定输出电能。通过并联连接在氢能分布式电源主机20与逆变器302之间的储能电池304，一方面为氢能分布式电源主机20提供启动电源，另一方面，在氢能分布式电源主机20启动期间，为负载做临时电源，待氢能分布式电源主机20完全启动发电后转化切入，储能电池304可以接收氢能分布式电源主机20发电输出的电能进行储备，进一步保障了向负载稳定持续地输出电力，氢能分布式电源主机20与电力输出控制模块30的连接线路上设置电压传感器、电流传感器，电压传感器、电流传感器分别与系统控制模块208相连，便于对电力供应进行调节控制。

根据本发明实施例，系统控制模块208与服务器进行通信连接，所述服务器获取系统控制模块发送的控制参数和电力输出情况的历史记录信息，进行历史记录的大数据分析，得到最佳控制参数，将所述最佳控制参数发送至系统控制模块，以进行各个模块的控制。

需要说明的是，电力输出情况包括电气稳定性、电流稳定性、电压稳定性等内容，可以通过负载端或者发电模块中的传感器进行检测得到。所述的最佳控制参数为各个模块的最优控制参数，具体到每个限流阀的开启和断开时间，或者鼓风机工作时长等参数，以确保目前工作在最佳状态。

根据本发明实施例，所述服务器进行历史记录的大数据分析，具体为：

将当前系统控制模块发送的控制参数和电力输出情况信息输入至预设的氢能电力神经网络模型中，得到最佳控制参数。

根据本发明实施例，所述氢能电力神经网络模型的生成具体为：

获取历史状态数据；对所述历史状态数据进行预处理，得到训练数组；将所述训练数组发送至初始化的神经网络模型中进行训练；获取训练后的神经网络模型的误差率；若所述误差率小于预设的误差率阈值，则停止训练，得到预设的氢能电力神经网络模型。

需要说明的是，历史状态数据为系统控制模块发送的控制参数和电力输出情况的历史记录信息。历史状态数据越多，则训练出的神经网络模型的结果就越准确。

根据本发明实施例，所述服务器还用于：

服务器获取系统控制模块发送的当前控制参数和电力输出情况；

根据所述当前控制参数和电力输出情况进行风险分析，得到风险度值；

判断所述风险度值是否超过风险度阈值；

若超过，则发送警示信息至预设终端，进行报警。

需要说明的是，服务器可以通过当前的控制参数和电力输出情况进行模拟分析，得到风险度值，然后判断风险等级，如果风险等级高，则发送到发电系统终端或者管理者终端，显示报警信息。

根据本发明实施例，所述服务器还包括：

根据当前控制参数、电力输出情况、环境信息和风险度值进行分析，得到降低风险度的策略信息，将所述策略信息发送至预设终端。

需要说明的是，为了降低风险度，本发明还能够根据当前控制参数、电力输出情况、环境信息和风险度值进行分析，生成策略信息，通过所述策略信息可以指导操作人员进行操作，以降低风险度。服务器可以通过大数据或者神经网络模型进行模拟分析得到。其中，环境信息包括温度、湿度、通风性等参数。

如图1和图4所示，根据本发明的实施例的一种氢能分布式电源发电系统运行方法，包括以下步骤：

当通过内储液箱2022内的液位传感器104检测到原料液的液位低于第一设定值(比如第一设定值可以为内储液箱2022高度的1/10)时，启动加液泵214和加液电磁阀216，由外储液箱102经过滤器218向内储液箱2022加入原料液；

当通过内储液箱2022内的液位传感器104检测到原料液的液位高于第二设定值(比如第二设定值可以为内储液箱2022高度的9/10)时，关闭加液泵214和加液电磁阀216；

开启燃料泵2042与内储液箱模块202之间的控制阀组2044，在燃料泵2042的作用下，原料液由内储液箱模块202经热交换器2046换热升温后泵入重整反应器2048；

重整反应器2048保持380℃-420℃的重整反应温度，原料液进入重整反应器2048后，在催化剂的作用下，生成富氢气体；

富氢气体进入提纯器2050进行提纯，大部分氢气和少量一氧化碳被提纯出来，提纯出来的气体进入甲烷化装置2052中，提纯后产生的废气(氧化碳、甲烷、未反应完全的甲醇蒸汽等可燃气体)经限流阀2056进入燃烧室2054，与鼓风机2058鼓入的空气一起燃烧加热重整反应器2048；

经甲烷化装置2052形成的高纯氢气，高纯氢气纯度可达99.99％，进入热交换器2046换热降温后通过过滤器218过滤进入氢气稳压模块210；

通过氢气稳压模块210的控制和调节，向氢燃料电池发电模块206提供稳定的氢气；

氢燃料电池发电模块206利用氢气和空气中氧气产生电能经逆变器302输出至负载；

当燃烧室2054加热温度难以保持重整反应温度时，启动筒式加热器2059进行通电加热；

经燃烧室2054燃烧后的气体经过催化转化器212处理后排放。

根据本发明实施例，系统控制模块208与服务器进行通信连接，所述服务器获取系统控制模块发送的控制参数和电力输出情况的历史记录信息，进行历史记录的大数据分析，得到最佳控制参数，将所述最佳控制参数发送至系统控制模块，以进行各个模块的控制。

需要说明的是，电力输出情况包括电气稳定性、电流稳定性、电压稳定性等内容，可以通过负载端或者发电模块中的传感器进行检测得到。所述的最佳控制参数为各个模块的最优控制参数，具体到每个限流阀的开启和断开时间，或者鼓风机工作时长等参数，以确保目前工作在最佳状态。

根据本发明实施例，所述服务器进行历史记录的大数据分析，具体为：

将当前系统控制模块发送的控制参数和电力输出情况信息输入至预设的氢能电力神经网络模型中，得到最佳控制参数。

根据本发明实施例，所述氢能电力神经网络模型的生成具体为：

获取历史状态数据；对所述历史状态数据进行预处理，得到训练数组；将所述训练数组发送至初始化的神经网络模型中进行训练；获取训练后的神经网络模型的误差率；若所述误差率小于预设的误差率阈值，则停止训练，得到预设的氢能电力神经网络模型。

需要说明的是，历史状态数据为系统控制模块发送的控制参数和电力输出情况的历史记录信息。历史状态数据越多，则训练出的神经网络模型的结果就越准确。

根据本发明实施例，所述服务器还用于：

服务器获取系统控制模块发送的当前控制参数和电力输出情况；

根据所述当前控制参数和电力输出情况进行风险分析，得到风险度值；

判断所述风险度值是否超过风险度阈值；

若超过，则发送警示信息至预设终端，进行报警。

需要说明的是，服务器可以通过当前的控制参数和电力输出情况进行模拟分析，得到风险度值，然后判断风险等级，如果风险等级高，则发送到发电系统终端或者管理者终端，显示报警信息。

根据本发明实施例，所述服务器还包括：

根据当前控制参数、电力输出情况、环境信息和风险度值进行分析，得到降低风险度的策略信息，将所述策略信息发送至预设终端。

需要说明的是，为了降低风险度，本发明还能够根据当前控制参数、电力输出情况、环境信息和风险度值进行分析，生成策略信息，通过所述策略信息可以指导操作人员进行操作，以降低风险度。服务器可以通过大数据或者神经网络模型进行模拟分析得到。其中，环境信息包括温度、湿度、通风性等参数。

本发明实施例提出的一种氢能分布式电源发电系统运行方法在各个控制电路和传感器的监测控制下，自动运行，氢气可以随时制取，使用方便，安全性较高，而且原料液的利用率较高，热能被充分利用，节约了能耗，氢燃料电池发电模块206利用氢气和空气中氧气产生电能经逆变器302输出至负载，不易受到环境条件的限制，可以稳定持续地进行电力输出，稳定性和兼容性较强。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氢能分布式电源发电系统，其特征在于，包括：依次连接的外储液箱模块、氢能分布式电源主机和电力输出控制模块，所述氢能分布式电源主机包括：

内储液箱模块，与所述外储液箱模块管路相连；

甲醇重整制氢模块，与所述内储液箱模块管路相连；

氢燃料电池发电模块，与所述甲醇重整制氢模块管路相连，由所述甲醇重整制氢模块输入氢气，所述氢燃料电池发电模块与所述电力输出控制模块线路相连；

系统控制模块，连接在所述氢燃料电池发电模块与所述电力输出控制模块之间，且与所述甲醇重整制氢模块、内储液箱模块、外储液箱模块通信连接。

2.根据权利要求1所述的氢能分布式电源发电系统，其特征在于，所述甲醇重整制氢模块包括：

燃料泵，与所述内储液箱模块通过管道相连，所述燃料泵与所述内储液箱模块的连接管道上设置控制阀组；

热交换器，与所述燃料泵管路连接；

重整反应器，与所述热交换器管路连接，原料液经所述热交换器换热升温后进入所述重整反应器，所述重整反应器保持380℃-420℃的重整反应温度；

提纯器，与所述重整反应器管路连接，由所述重整反应器产生的富氢气体进入所述提纯器中进行提纯；

甲烷化装置，与所述提纯器管路连接，经所述提纯器提纯出来的气体进入所述甲烷化装置，经所述甲烷化装置形成高纯氢气，高纯氢气经所述热交换器换热降温后进入所述氢燃料电池发电模块。

3.根据权利要求2所述的氢能分布式电源发电系统，其特征在于，所述甲醇重整制氢模块还包括：

燃烧室，与所述提纯器管路连接，所述提纯器提纯后的废气经限流阀进入所述燃烧室；

鼓风机，与所述燃烧室相连，向所述燃烧室鼓入空气，燃烧加热所述重整反应器；

所述重整反应器还设有筒式加热器进行通电加热。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的氢能分布式电源发电系统，其特征在于，所述氢能分布式电源主机还包括：

氢气稳压模块，设在所述甲醇重整制氢模块与所述氢燃料电池发电模块之间，所述甲醇重整制氢模块制备的氢气经过所述氢气稳压模块稳压后送入所述氢燃料电池发电模块进行发电；

所述氢气稳压模块包括：

缓冲罐，所述缓冲罐与所述甲醇重整制氢模块管路相连，且在所述缓冲罐的前后管路上安装球阀；

安装在所述缓冲罐之后的第一氢气调节阀、安装在所述氢燃料电池发电模块之前的第二氢气调节阀以及一端连接在所述第一氢气调节阀和所述第二氢气调节阀之间的连接管路上另一端连接到氢气储存罐的第三氢气调节阀；

在所述第三氢气调节阀接入点的前后各安装一个氢气压力传感器，

所述第一氢气调节阀、所述第二氢气调节阀、所述第三氢气调节阀和所述氢气压力传感器分别与系统控制模块相连。

5.根据权利要求4所述的氢能分布式电源发电系统，其特征在于，所述氢能分布式电源主机还包括：

催化转化器，设置在所述燃烧室的上方，燃烧后的气体经过所述催化转化器进行催化转化后排放。

6.根据权利要求1所述的氢能分布式电源发电系统，其特征在于，

所述氢能分布式电源主机集成一柜体结构中，所述柜体结构设有前后可开启的柜门，所述柜体结构内设纵向板和多个横向板划分内部空间，所述内储液箱模块设置于所述柜体结构内底部，所述甲醇重整制氢模块设置于所述柜体结构内顶部一侧，所述氢燃料电池发电模块设置于所述柜体结构的中部，所述系统控制模块设置于所述柜体结构内顶部另一侧。

7.根据权利要求4所述的氢能分布式电源发电系统，其特征在于，

所述外储液模块包括外储液箱和设置于所述外储液箱内的液位传感器，所述内储液模块包括内储液箱和设置于所述内储液箱内的液位传感器，

所述内储液箱模块与所述外储液相模块的连接管路上连接设置加液泵和加液电磁阀，所述液位传感器、所述加液泵和所述加液电磁阀分别与系统控制模块相连；

所述外储液箱与所述内储液箱之间、所述内储液箱与所述甲醇重整制氢模块之间、所述甲醇重整制氢模块与所述氢气稳压模块之间均设有过滤器。

8.根据权利要求1所述的氢能分布式电源发电系统，其特征在于，所述电力输出控制模块包括：

逆变器，与所述氢能分布式电源主机相连，所述逆变器通过线路连接负载；

储能电池，并联连接在所述氢能分布式电源主机与所述逆变器之间，

所述氢能分布式电源主机与所述电力输出控制模块的连接线路上设置电压传感器、电流传感器，所述电压传感器、所述电流传感器分别与所述系统控制模块相连。

9.一种氢能分布式电源发电系统运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

开启燃料泵与内储液箱模块之间的控制阀组，在燃料泵的作用下，原料液由内储液箱模块经热交换器换热升温后泵入重整反应器；

所述重整反应器保持380℃-420℃的重整反应温度，原料液进入所述重整反应器后，在催化剂的作用下，生成富氢气体；

富氢气体进入提纯器进行提纯，提纯出来的气体进入甲烷化装置中；

经所述甲烷化装置形成的高纯氢气进入所述热交换器换热降温后通过过滤器过滤进入氢气稳压模块；

通过氢气稳压模块的控制和调节，向氢燃料电池发电模块提供稳定的氢气；

所述氢燃料电池发电模块利用氢气和空气中氧气产生电能经逆变器输出至负载。

10.根据权利要求9所述的氢能分布式电源发电系统运行方法，其特征在于，还包括以下步骤：

由所述提纯器提纯产生的废气经过限流阀进入燃烧室，与鼓风机鼓入的空气共同燃烧加热所述重整反应器，当燃烧加热温度难以保持重整反应温度时，启动筒式加热器进行通电加热；

经所述燃烧室燃烧后的气体经过催化转化器处理后排放；

当通过内储液箱内的液位传感器检测到原料液的液位低于第一设定值时，启动加液泵和加液电磁阀，由外储液箱经过滤器向内储液箱加入原料液；

当通过所述内储液箱内的液位传感器检测到原料液的液位高于第二设定值时，关闭所述加液泵和所述加液电磁阀。

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