CN114243071A - 一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法 - Google Patents
一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114243071A CN114243071A CN202111550132.8A CN202111550132A CN114243071A CN 114243071 A CN114243071 A CN 114243071A CN 202111550132 A CN202111550132 A CN 202111550132A CN 114243071 A CN114243071 A CN 114243071A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- compressed air
- energy storage
- fuel cell
- heat exchanger
- temperature fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 abstract 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
- F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
- F04B41/02—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids having reservoirs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
- F28D21/0014—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from waste air or from vapors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04052—Storage of heat in the fuel cell system
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明公开了一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法，本发明通过将高温燃料电池系统与压缩空气储能系统进行共建，可以在压缩空气储能系统的基础上，充分地利用高温燃料电池系统发电过程中产生的热量，使其热量由其热管理系统带出，循环到热交换器中被其中的压缩空气进行吸收，以保障空气充分受热后进入膨胀机中发电，通过其设计，在原理供热需求的的场景下，可将高温燃料电池系统产生的热能内部消纳，提高了储能系统和高温燃料电池系统的综合能源利用效率，降低了储能过程中的碳排放，具有环保节能的特点。
Description
技术领域
本发明属于转换储能技术领域，特别是涉及一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法。
背景技术
压缩空气储能是一种适应大规模储能的技术方案。压缩空气储能系统工作原理为利用电能驱动压缩机将空气压缩，在需要时使用压缩空气驱动膨胀机发电，其在发电环节，由于空气膨胀过程是吸热过程，为了保证膨胀机正常工作，需要对空气进行加热，一般可以采取掺混燃料补燃的方法实现加热。这种方法有两个问题，1、燃烧产生碳排放，2、降低了储能系统的综合能量利用效率，一些实施案例表明，由于额外的燃料输入，设计效率60％的压缩空气储能系统的实际运行效率将降低到仅为40％左右，而固体氧化物燃料电池是一种高效的高温燃料电池系统，发电效率可达60％以上，在发电过程中产生的热能品位高，利用热能后热电联供效率可高达90％以上。但在某些应用场景，如集中式可再生能源发电场，往往远离供热需求地点，无法利用燃料电池的热能，这就降低了高温燃料电池系统的综合能源利用率。
压缩空气储能系统采取掺混燃料补燃的方法实现加热，其过程中，燃烧会产生碳排放，存在空气污染，且导致储能系统的综合能量利用效率过低，为此我们提出了一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法解决上述问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法，避免了现有的压缩空气储能系统采取掺混燃料补燃的方法实现加热，其过程中，燃烧会产生碳排放，存在空气污染，且导致储能系统的综合能量利用效率过低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法，包括以下步骤：
S1、建立压缩空气储能系统，同步布设压缩机和压缩空气储罐，并将压缩机的出口与压缩空气储罐相连通，将压缩空气储罐的出口连接到热交换器冷侧，压缩空气储罐的后端通过阀门与膨胀机相连通。
S2、将高效的高温燃料电池系统与压缩空气储能系统共建，高温燃料电池系统的热排放口与热交换器热侧连通。
S3、高效的高温燃料电池系统与压缩空气储能系统共建后运行的过程中，在储能过程，利用电能驱动压缩机将空气压缩至压缩空气储罐，在放电过程中，压缩空气通过热交换器进入到膨胀机中驱动膨胀机发电。
S4、同时，高温燃料电池系统发电的过程中，所产生的的热量则进入到热交换器热侧，通过热交换器为进入到膨胀机的压缩空气提供热量，以驱动膨胀机发电。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S1中，压缩空气储罐与热交换器相连通处，用以阀门控制连接处，且可采用并联外接燃烧器的方式。
与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：
本发明通过将高温燃料电池系统与压缩空气储能系统进行共建，可以在压缩空气储能系统的基础上，充分地利用高温燃料电池系统发电过程中产生的热量，使其热量由其热管理系统带出，循环到热交换器中被其中的压缩空气进行吸收，以保障空气充分受热后进入膨胀机中发电，通过其设计，在原理供热需求的的场景下，可将高温燃料电池系统产生的热能内部消纳，提高了储能系统和高温燃料电池系统的综合能源利用效率，降低了储能过程中的碳排放，具有环保节能的特点。
附图说明
图1为本发明的原理结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段；创作特征；达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料；试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例
如图所示的一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法，包括以下步骤：
S1、建立压缩空气储能系统，同步布设压缩机和压缩空气储罐，并将压缩机的出口与压缩空气储罐相连通，将压缩空气储罐的出口连接到热交换器冷侧，压缩空气储罐的后端通过阀门与膨胀机相连通。
S2、将高效的高温燃料电池系统与压缩空气储能系统共建，高温燃料电池系统的热排放口与热交换器热侧连通。
S3、高效的高温燃料电池系统与压缩空气储能系统共建后运行的过程中，在储能过程，利用电能驱动压缩机将空气压缩至压缩空气储罐，在放电过程中，压缩空气通过热交换器进入到膨胀机中驱动膨胀机发电。
S4、同时，高温燃料电池系统发电的过程中，所产生的的热量则进入到热交换器热侧，通过热交换器为进入到膨胀机的压缩空气提供热量，以驱动膨胀机发电。
步骤S1中，压缩空气储罐与热交换器相连通处，用以阀门控制连接处，且可采用并联外接燃烧器的方式，在热交换器出现故障需要停机维护时，可以通过启动并联的燃烧器用以保证压缩空气储能系统的正常运行。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”；“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”；“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上显示和描述了本发明的基本原理；主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立压缩空气储能系统，同步布设压缩机和压缩空气储罐，并将压缩机的出口与压缩空气储罐相连通，将压缩空气储罐的出口连接到热交换器冷侧，压缩空气储罐的后端通过阀门与膨胀机相连通；
S2、将高效的高温燃料电池系统与压缩空气储能系统共建，高温燃料电池系统的热排放口与热交换器热侧连通；
S3、高效的高温燃料电池系统与压缩空气储能系统共建后运行的过程中，在储能过程，利用电能驱动压缩机将空气压缩至压缩空气储罐，在放电过程中，压缩空气通过热交换器进入到膨胀机中驱动膨胀机发电；
S4、同时，高温燃料电池系统发电的过程中，所产生的的热量则进入到热交换器热侧，通过热交换器为进入到膨胀机的压缩空气提供热量，以驱动膨胀机发电。
2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法，其特征在于：所述步骤S1中，压缩空气储罐与热交换器相连通处，用以阀门控制连接处，且可采用并联外接燃烧器的方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111550132.8A CN114243071A (zh) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | 一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111550132.8A CN114243071A (zh) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | 一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114243071A true CN114243071A (zh) | 2022-03-25 |
Family
ID=80758121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111550132.8A Pending CN114243071A (zh) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | 一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114243071A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115207397A (zh) * | 2022-09-08 | 2022-10-18 | 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 | 氢燃料电池与压缩空气储能联合运行系统及其控制方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1463135A1 (en) * | 2003-03-27 | 2004-09-29 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| CN202883122U (zh) * | 2012-11-06 | 2013-04-17 | 大连宏海新能源发展有限公司 | 功率可调整的太阳能、燃气轮机和储能联合的热电联产装置 |
| CN206582068U (zh) * | 2016-11-10 | 2017-10-24 | 清华大学 | 一种光热复合式非补燃压缩空气发电系统 |
| CN109404133A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-01 | 清华大学 | 压缩空气储能系统及其使用方法 |
| CN111525154A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-08-11 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 一种燃料电池与热机混合发电系统及其工作方法 |
-
2021
- 2021-12-17 CN CN202111550132.8A patent/CN114243071A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1463135A1 (en) * | 2003-03-27 | 2004-09-29 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| CN202883122U (zh) * | 2012-11-06 | 2013-04-17 | 大连宏海新能源发展有限公司 | 功率可调整的太阳能、燃气轮机和储能联合的热电联产装置 |
| CN206582068U (zh) * | 2016-11-10 | 2017-10-24 | 清华大学 | 一种光热复合式非补燃压缩空气发电系统 |
| CN109404133A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-01 | 清华大学 | 压缩空气储能系统及其使用方法 |
| CN111525154A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-08-11 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 一种燃料电池与热机混合发电系统及其工作方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115207397A (zh) * | 2022-09-08 | 2022-10-18 | 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 | 氢燃料电池与压缩空气储能联合运行系统及其控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104675680B (zh) | 一种冷热电联供的压缩空气储能系统 | |
| CN104716644B (zh) | 一种可再生能源冷热电微网系统及控制方法 | |
| CN113202582B (zh) | 压缩空气-燃气再热型联合循环发电系统及方法 | |
| CN113446757A (zh) | 基于氢能的风-火耦合冷热电联供系统 | |
| CN114033518B (zh) | 一种基于二氧化碳卡诺电池的综合能源系统及运行方法 | |
| CN114774956A (zh) | 一种基于固体氧化物制氢的储能调峰系统及方法 | |
| CN114243071A (zh) | 一种压缩空气储能和固体氧化物燃料电池相结合额高效储能方法 | |
| CN113654233A (zh) | 一种燃料电池和空气能热水器的联合系统和方法 | |
| CN117307281A (zh) | 一种多工况适应的压缩空气储能系统及其运行方法 | |
| CN209959302U (zh) | 热电联产与压缩空气相结合的储能装置 | |
| CN217501764U (zh) | 一种基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统 | |
| CN215520993U (zh) | 一种分段膨胀做功的大容量压缩空气储能发电系统 | |
| CN214944466U (zh) | 压缩空气-燃气双工质联合循环发电系统 | |
| CN216308059U (zh) | 基于质子交换膜燃料电池的建筑冷热电联供系统 | |
| CN115559870A (zh) | 一种新能源多能耦合互补联储系统 | |
| CN114597445A (zh) | 一种氢储能系统综合热管理方法 | |
| CN206144671U (zh) | 燃料电池和燃气轮机与超临界有机朗肯循环耦合的联合系统 | |
| CN113540619A (zh) | 一种火电厂储能系统的水冷系统及工作方法 | |
| CN113324423A (zh) | 一种具有发电功能的循环水冷却系统 | |
| CN113250775B (zh) | 一种分段膨胀做功的大容量压缩空气储能发电系统及方法 | |
| CN218645633U (zh) | 一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统 | |
| CN217903155U (zh) | 一种集成燃料电池与太阳能的联合循环冷热电联供系统 | |
| CN217590279U (zh) | 一种耦合式绿色发电系统 | |
| CN114856735B (zh) | 一种基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统 | |
| CN113202583B (zh) | 压缩空气-燃气双工质联合循环发电系统及发电方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |