CN114759216A - 燃料电池综合供能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池综合供能系统，该燃料电池综合供能系统包括氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制子系统、可编程控制子系统、热水储蓄与分配子系统、吸收式低温余热制冷子系统，可实现冷、热、电三联供，系统既可以独立离网运行，也可以并网运行。本发明通过利用燃料电池将氢气与氧气反应产生的化学能转化为用户需要的电能，实现对外供电；同时利用冷却水通过热交换将燃料电池内部电堆反应产生的热量进行合理化利用，在吸收式低温余热制冷系统的作用下，将燃料电池产出的低温热水进行二次利用，实现对外供冷与供热，可解决燃料电池能源供给单一的短板，实现了具备多场景适配能力的综合供能模式。

Description

燃料电池综合供能系统

技术领域

本发明涉及氢能技术领域，尤其涉及到一种燃料电池综合供能系统。

背景技术

分布式综合供能系统是一种基于用户侧需求的能源转换与高效利用系统，同传统的单一供能相比较，具备能源利用率高、输送能量损耗低、运行负荷调节灵活以及能源供给安全性高的优势，可以在一定条件下独立的输出冷、热、电，为用户侧按需提供定制化能源供给方式。以冷热电三联供为核心的综合供能系统是传统能源综合利用的有力补充，符合行业内降低碳排放的可持续发展要求，并可以有效减轻电网侧输配压力，是未来能源结构调整中的重点发展方向。目前常见的综合供能系统有基于燃机技术的天然气冷热电三联供系统、基于分布式可再生能源发电技术的冷热电三联供系统、基于地热能的冷热电三联供系统、基于生物质燃烧技术的冷热电三联供系统和基于燃料电池技术的冷热电三联供系统等。其中，燃料电池具有能量转化效率高、清洁无污染零碳排放等优势，是冷热电三联供系统建立的理想选择。国外基于燃料电池冷热电三联供系统已投入商业化运行，广泛应用于数据中心、居民住宅、商场、医院等场景；国内尚未开展大规模的应用。

氢气是一种洁净无污染的能源，依托燃料电池可实现高效的化学能到电能的转化，并同时产生热量，是一种理想的建立冷热电三联供系统的原料清洁气。以氢气为原料的基于燃料电池的冷热电三联供系统不仅能够实现40～60％的供电效率，高于天然气供能系统27～48％的供电效率，实现85％以上的综合能源利用率，而且还能满足用户侧对于冷、热量的需要，在实现能源利用过程的零碳排放的同时有利于拓展氢能的应用场景。目前燃料电池供能系统常采用单独发电和热电联供方式，不能有效覆盖多样化的应用场景，存在应用场景单一、成本过高、运行稳定性差等问题，导致目前应用较少。因此，如何改善燃料电池功能系统能源供给模式单一、能量转化利用效率不高，是一个亟需解决的技术问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种燃料电池综合供能系统，旨在解决目前燃料电池功能系统能源供给模式单一、能量转化利用效率不高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种燃料电池综合供能系统，所述燃料电池综合供能系统包括氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制系统、可编程控制子系统、热水储蓄与分配子系统和吸收式低温余热制冷子系统；其中：

所述氢气气源子系统通过氢气输出端连接燃料电池子系统的氢气输入端；

所述燃料电池子系统的热水输出端连接热水储蓄与分配子系统，所述燃料电池子系统的电能输出端连接供电控制系统的电能输入端；

所述供电控制系统的电能输出端分别连接热水储蓄与分配子系统、可编程控制子系统和用户输入端；

所述可编程控制子系统的控制输出端连接氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制系统、热水储蓄与分配子系统和吸收式低温余热制冷子系统的控制输入端；

所述热水储蓄与分配子系统的热水输出端分别连接吸收式低温余热制冷子系统的热水输入端和用户输入端；

所述吸收式低温余热制冷系统的热水输出端和冷冻水输出端分别连接用户输入端。

可选的，所述氢气气源子系统包括氢源、减压阀组和氢气管道，所述氢源通过氢气管道向燃料电池子系统供给氢气，所述减压阀组设置于所述氢气管道，对氢源提供的氢气进行减压。

本发明所述的氢气气源子系统指可为燃料电池提供符合要求的高纯氢气的系统，其氢气纯度≥99.97％，杂质含量符合国家标准GB/T 37244-2018《燃料电池汽车用燃料氢气》的有关要求。其供氢压力为0.7～1.0MPa，氢气可来源于电解水制氢、工业副产氢提纯或其他工艺，由氢气长管拖车或氢气集装瓶束运输提供或直接在现场制取和提供。

可选的，所述燃料电池子系统包括燃料电池发电模组、氢气循环泵和空气循环泵，所述燃料电池发电模组的输入端分别连接氢气循环泵和空气循环泵，利用输入的氢气与空气进行电化学反应。

本发明所述的燃料电池子系统由燃料电池发电模组、模组冷却器、氢气循环泵、空气泵等组成。系统接受来自高纯氢气气源子系统的高纯度氢气，并采用空气泵向系统提供空气，二者在燃料电池内部发生电化学反应，在生成产物水的过程中，形成电流。本系统中燃料电池可采用质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等类型的燃料电池。

可选的，所述燃料电池子系统还包括入口氢气压力传感器。

可选的，所述供电控制子系统还包括直流变压器、逆变器、锂电池储能模块和配电柜，所述直流变压器、逆变器、锂电池储能模块和配电柜依次连接，所述配电柜的输出端分别连接热水储蓄与分配子系统、可编程控制子系统和用户输入端。

本发明所述的供电控制子系统由直流变压器、逆变器、锂电池储能模块、配电柜等组成，可将燃料电池产出的直流电进行升压、逆变、储蓄和外供。

可选的，所述可编程控制子系统包括一组或多组可编程逻辑控制器、触摸屏和控制电缆，所述可编程逻辑控制器分别连接触摸屏和控制电缆，所述控制电缆连接氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制系统、热水储蓄与分配子系统和吸收式低温余热制冷子系统的控制输入端，用于获取各设备的运行状态，并通过触摸屏向各设备发送指令。

本发明所述的可编程逻辑控制子系统由一组或多组可编程逻辑控制器、触摸显示屏、控制电缆等组成，可实现对全系统的控制，为全系统的运行、停止、参数调节等提供指令。

可选的，所述热水储蓄与分配子系统包括热水储罐、置于所述热水储罐内的电加热器、热水泵、供水管道，所述热水储罐通过供水管道与燃料电池子系统的热水输出端连接，所述热水泵连接热水储罐和吸收式低温余热制冷系统的热水输入端。

本发明所述的热水储蓄与分配子系统由热水储罐、热水储罐内的电加热器、高温热泵、热水泵、热水供水管道等组成，系统可将燃料电池子系统产出的热水进行储存，并通过热水泵和供水管道为下游提供热水。在燃料电池子系统产出的热水提供的热量不足以满足下游需求时，可利用燃料电池子系统产出的电能通过电加热器或高温热泵进行辅热，以提高热品位，实现更高的能量利用率。

可选的，所述热水储蓄与分配子系统还包括溢流排水管路，所述溢流排水管路连接外部污水管道。

可选的，所述热水储蓄与分配子系统还包括高温热泵，所述高温热泵的供电输入端连接供电控制子系统，所述高温热泵的热水输入端连接热水储罐，所述高温热泵的热水输出端连接吸收式低温余热制冷系统的热水输入端。

可选的，所述吸收式低温余热制冷子系统包括吸收式制冷机组、冷却塔和空调系统，所述吸收式制冷机组通过热水输入端连接热水储蓄与分配子系统，通过第一冷剂水循环管路和第二冷剂水循环管路连接空调系统，通过第一冷却水循环管路和第二冷却水循环管路连接冷却塔，所述吸收式制冷机组的热水输出端和所述空调系统的冷冻水输出端分别连接用户输入端。

本发明所述的吸收式低温余热制冷子系统由吸收式制冷机组、冷却塔、空调系统和供水管路等组成，本系统可以有效利用燃料电池子系统产出的低温热水进行制冷，为用户侧提供高品质冷量。经燃料电池子系统换热后的冷却水，在水泵的作用下进入吸收式低温余热制冷子系统内部进行相变及热交换，从而以低温冷剂水的形式产出冷量，并利用空调风机为用户侧提供冷气，实现对外供冷。

本发明具有以下特点：

1.解决燃料电池热电联供系统能源供给模式单一的问题。本发明利用燃料电池将氢气与氧气反应产生的化学能转化为用户需要的电能，实现对外供电；同时利用冷却水通过热交换将燃料电池内部电堆反应产生的热量进行合理化利用，在吸收式低温余热制冷系统的作用下，将燃料电池产出的低温热水进行二次利用，实现对外供冷与供热，可解决燃料电池能源供给单一的短板，实现了具备多场景适配能力的综合供能模式。

2.实现能源利用全程零碳排放。本发明利用燃料电池技术，利用电化学反应将氢气化学能直接转化为电能，并产生热量，耦合后端换热系统与制冷系统，实现冷热电三联产，利用过程无二氧化碳等废物产生，实现能源利用过程的零碳排放。

3.实现更高的能量转化利用效率。本发明利用燃料电池技术可以实现40～60％的供电效率，通过能源梯级利用可以实现85％以上的综合能源利用率，与传统分布式综合供能系统相比具备显著优势。

4.针对不同的燃料电池类型，提供了通用的冷热电三联供系统构架。本发明通过在燃料电池分布式供能系统中配置通用的热量管理系统，可以实现多种类型燃料电池的适配应用，提高综合供能系统的适用度，可为燃料电池综合供能系统在多样化用能场景的应用提供基础。

附图说明

图1为本发明燃料电池综合供能系统的结构示意图；

图2为本发明燃料电池综合供能系统运行的其一原理示意图；

图3为本发明燃料电池综合供能系统运行的其二原理示意图。

附图标号说明：

1-高纯氢气气源子系统；2-燃料电池子系统；3-供电控制子系统；4-可编程控制子系统；5-热水储蓄与分配子系统；6-吸收式低温余热制冷子系统。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

目前燃料电池供能系统常采用单独发电和热电联供方式，不能有效覆盖多样化的应用场景，存在应用场景单一、成本过高、运行稳定性差等问题，导致目前应用较少。因此，如何改善燃料电池功能系统能源供给模式单一、能量转化利用效率不高，是一个亟需解决的技术问题。

为了解决这一问题，提出本发明的燃料电池综合供能系统的各个实施例。本发明提供的燃料电池综合供能系统通过利用燃料电池将氢气与氧气反应产生的化学能转化为用户需要的电能，实现对外供电；同时利用冷却水通过热交换将燃料电池内部电堆反应产生的热量进行合理化利用，在吸收式低温余热制冷系统的作用下，将燃料电池产出的低温热水进行二次利用，实现对外供冷与供热，可解决燃料电池能源供给单一的短板，实现了具备多场景适配能力的综合供能模式。

本发明实施例提供了一种燃料电池综合供能系统，参照图1，图1为本发明燃料电池综合供能系统的结构示意图。

本实施例中，所述燃料电池综合供能系统包括高纯氢气气源子系统1、燃料电池子系统2、供电控制子系统3、可编程控制子系统4、热水储蓄与分配子系统5、吸收式低温余热制冷子系统6。

具体而言：

(1)高纯氢气气源子系统

本发明中高纯氢气气源子系统1由高纯氢源、减压阀组及氢气管道等组成，其作用是将高纯氢源提供的氢气减压至1.0MPa后，通过氢气管道供给燃料电池子系统，供其发电。在该子系统中，氢气通过连接管道首先进入到减压阀组，经减压后，通过燃料电池入口管道进入燃料电池子系统中，发生电化学反应，产出电能。在燃料电池入口管路上设置有控制阀门。所述的高纯氢源可来自于电解水制氢、工业副产氢提纯、天然气制氢等多种工艺路线。

(2)燃料电池子系统

本发明中燃料电池子系统2包括燃料电池发电模组、入口氢气压力传感器、氢气循环泵、空气循环泵等，由高纯氢气气源子系统供给、经减压阀减压后的氢气由氢气循环泵输送至燃料电池发电模组，与由空气循环泵提供的空气进行电化学反应，产出电能。本实施例中燃料电池子系统2通过供电电路2-1与供电控制子系统3相连，通过发电模组冷却水管路2-2与热水储蓄与分配子系统5相连。

另外，燃料电池子系统包括质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池等各种类型燃料电池，优选的电堆运行温度为75-100℃，系统产出的热水温度为70～90℃。

(3)供电控制子系统

本发明中供电控制子系统3包含直流变压器、逆变器、锂电池储能模块、配电柜等设备，其输入端通过供电电路连接至燃料电池子系统2，其输出端通过供电电路连接至下游用户侧用电负荷，通过连接至可编程控制子系统，并对其供电。其上游产生出的电能依次经调压、逆变、储蓄后通过供电电路为下游用户供电。

(4)可编程控制子系统

本发明中可编程控制子系统4包含一组或多组可编程逻辑控制器、触摸屏、控制电缆等组成，通过供电电路与供电控制子系统连接，通过控制电路与系统内各设备连接，可向系统内各设备发送指令并获取各设备的运行状态。

(5)热水储蓄与分配子系统

本发明中热水储蓄与分配子系统5由热水储罐、置于热水储罐内的电加热器、热水泵、供水管道、热水孔板流量计、热水液位计及控制阀门等组成。通过热水管路与燃料电池子系统中模组冷却水系统相连接，通过热水泵入口管路与热水泵连接，后端通过热水供水管道与吸收式低温余热制冷子系统连接，通过热水供水管道与用户侧热水用水点连接。同时系统中热水储罐通过溢流排水管路与污水管道连接，当热水储罐液位达到一定值时，热水将通过溢流管道排放至排污管道内。此外，热水储罐内的加热器通过供电电路与供电控制子系统连接。热水供水管道、热水供水管道上分别设置有控制阀。

本发明中热水储蓄与分配子系统5也可由热水储罐、高温热泵、热水泵、供水管道、热水孔板流量计、热水液位计及控制阀门等组成。通过热水管路与燃料电池子系统中模组冷却水系统相连接，通过热水泵入口管路与热水泵连接，后端通过热水供水管道与吸收式低温余热制冷子系统6连接，通过热水供水管道与用户侧热水用水点连接。同时系统中热水储罐通过溢流排水管路与污水管道连接，当热水储罐液位达到一定值时，热水将通过溢流管道排放至排污管道内。此外，高温热泵通过供电电路与供电控制子系统连接，通过热水循环管道与热水储罐连接，通过热水供给管道与吸收式低温余热制冷子系统6连接。

另外，对于热水储蓄与分配子系统，其内配置的热水储罐的容积根据燃料电池子系统热水产量及制冷机组用水量综合考虑确定，保证连续供水时间为4～5小时；系统内配置的高温热泵优选的供热温度范围为70～90℃。

(6)吸收式低温余热制冷子系统

本发明中吸收式低温余热制冷子系统6由吸收式制冷机组、冷剂水泵、冷却水泵、供水管路、控制阀门、冷却塔、空调系统等组成。其内部，吸收式制冷机组通过热水供水管道与热水储蓄与分配子系统连接，通过冷剂水循环管路、冷剂水循环管路与空调系统连接，通过热水供水管路与用户侧热水用水点连接，通过冷却水循环管路、冷却水循环管路与冷却塔连接。此外，吸收式制冷机组通过热水排水管道与热水储罐连接，可将系统内的热水排放至热水储罐中，实现废热的回收利用。

另外，对于吸收式低温余热制冷子系统，其优选的可利用热源温度为70-90℃。

在本实施例中，充分利用燃料电池综合供能系统，以氢气为能源供应，在向用户供电的同时解决用户对冷量、热量的需求，有助于实现能源的梯级利用，且能量的综合利用效率达85％以上，供电效率达40％～50％，高于传统微型燃气供能系统供电的27％～48％。并且在能源利用过程中彻底实现“零碳排放”，有益于“碳中和”目标的实现。

另外，燃料电池综合供能系统可以独立于传统电网运行，耦合电解水制氢系统时，可利用高峰时期的富余电量将电能转化为化学能在氢气中储存，在电网失效或停摆的极端情况下，利用燃料电池将氢气中存储的化学能释放，实现能源的延时利用，可以有力的保障供能安全，提高供能稳定性。

为了便于理解，如图2，本实施例提出燃料电池综合供能系统进行综合供能运用的一个具体实例，具体如下：

在本实施例中，提供了基于燃料电池综合供能系统的运行方法，该方法基于上述燃料电池综合供能系统，其包括：

S1：启动可编程控制子系统4，将按照预设的工作逻辑控制燃料电池子系统2、供电控制子系统3、热水储蓄与分配子系统5、吸收式低温余热制冷子系统6的启动，系统的运行、停止、参数调节等均由可编程控制子系统4进行自动控制；

S2：打开高纯氢气气源子系统1中的高纯氢气卸气阀门，调节调压阀组将高纯氢源的氢气压力调节至1MPa；

S3：可编程逻辑控制子系统4读取到燃料电池子系统入口氢气压力满足运行要求时，自动启动燃料电池子系统，将高纯氢气气源子系统提供的高纯氢气通入燃料电池发电模组内，进行发电；同时通入冷却水，带走燃料电池发电模组内的富余热量，产出热水；

S4：经过供电控制子系统3将直流电转变为交流电，交流电为用户侧用电设备、可编程控制子系统4、热水储罐电加热器供电，供电控制子系统3的供电方式为：

当用户侧设备、可编程控制子系统4及热水储罐电加热器所需的功率稍大于燃料电池子系统2的发电功率时，则供电控制子系统3中的锂电池储能模块补充所需的电能；

当用户侧设备、可编程控制子系统4及热水储罐电加热器所需的功率稍小于燃料电池子系统2的发电功率时，则供电控制子系统3中的锂电池储能模块吸纳超发的电能；

当用户侧设备、可编程控制子系统4及热水储罐电加热器所需的功率与燃料电池子系统2的发电功率相差较大时，则由供电控制子系统3中的锂电池储能模块为用户侧设备单独供电；

当供电控制子系统3中锂电池储能模块电量不足时，可调节燃料电池子系统2的输出功率，使其发电功率大于用户侧设备、可编程控制子系统4及热水储罐电加热器所需的功率且向锂电池储能模块补充电量。

通过以上，以实现供电控制子系统3的稳定功率输出功能，将燃料电池子系统2发出的直流电作为基本电能输出，而供电控制子系统3中的锂电池储能模块作为补充输出或输入，实现对外供电。

S5：燃料电池子系统2产出的热水进入热水储蓄与分配子系统5中，存储于热水储蓄与分配子系统5的热水储罐中；

S6：可编程控制子系统4根据用户侧用能需求确定热水储蓄与分配子系统5的运行方式，热水储蓄与分配子系统5的运行方式分为S61、S62和S63三种方式，具体如下：

S61：单独供热，当用户侧没有用冷需求时，通过热水储蓄与分配子系统5的热水储罐、热水泵、热水供水管路5-3的运行方式，具体为：储存于热水储蓄与分配子系统5的热水储罐中的热水，在热水泵的作用下，经热水供水管路5-3输送至用户侧热水用水点，实现单独供热。

S62：单独供冷，在用户侧仅有冷量需求、无热水需求时，通过热水储蓄与分配子系统5的热水储罐、热水泵、热水供水管路5-4、吸收式低温余热制冷子系统6、冷剂水循环管路6-1、冷剂水循环管路6-2、冷却水循环管路6-3、冷却水循环管路6-4、冷却塔、空调系统、冷气管路6-5、热水排水管路6-7的运行方式，具体为：a.储存于热水储蓄与分配子系统5的热水储罐中的热水，在热水泵的作用下，经热水供水管路5-4输送至吸收式低温余热制冷子系统6的吸收式制冷机组，进行制冷，经换热后温度降低的热水经热水排水管路6-7排放至热水储罐中，回收利用；b.冷却水经冷却水管路6-3进入制冷机组后，经过热交换，温度上升后经冷却水管路6-4回流至冷却塔进行降温，随后再次回流至制冷机组，完成循环；c.冷剂水由冷剂水泵经冷剂水管路6-2进入吸收式制冷机组，在相变的作用下，冷剂水温度降低后通过冷剂水循环管路6-1进入空调系统，空调系统通过冷气管道6-5为用户侧提供冷气，利用完后的冷剂水经过冷剂水循环管路6-2回流至吸收式制冷机组，完成循环，实现供冷。

根据燃料电池子系统的运行情况，热水储蓄与分配子系统5中的热水储罐电加热器的运行方式如下：

当燃料电池子系统2采用中高温质子交换膜燃料电池或固体氧化物燃料电池时，并且其产出的热水温度、流量满足用户侧所需冷量制取要求时，供电控制子系统3将不通过供电电路3-3对热水储罐电加热器供电，不启动热水储罐电加热器，仅依靠燃料电池子系统2产出的热水进行制冷。

当燃料电池子系统2采用中低温质子交换膜燃料电池时，并且其产出的热水温度、流量不足以满足用户侧所需冷量的制取要求时，在可编程控制子系统4的指令下，供电控制子系统3将通过供电电路3-3利用燃料电池子系统2产出的电能对热水储罐电加热器进行供电，启动热水储罐电加热器，提高热水温度，并增大热水泵流量，以满足吸收式低温余热制冷子系统6对热水温度、流量的需求，从而满足用户侧的用冷需求。

S63：冷、热联供，在用户侧同时具有冷量和热水需求时，通过热水储蓄与分配子系统5的热水储罐、热水泵、热水供水管路5-4、吸收式低温余热制冷子系统6、冷剂水循环管路6-1、冷剂水循环管路6-2、冷却水循环管路6-3、冷却水循环管路6-4、冷却塔、空调系统、冷气管路6-5、热水供水管道6-6的运行方式，具体为：a.储存于热水储蓄与分配子系统的热水储罐中的热水，在热水泵的作用下，经热水供水管路5-4输送至吸收式制冷机组，进行制冷，经换热后温度降低的热水经热水供水管路6-6输送至用户侧热水用水点，实现供热；b.冷却水经冷却水管路6-3进入制冷机组后，经过热交换，温度上升后经冷却水管路6-4回流至冷却塔进行降温，随后再次回流至制冷机组，完成循环；c.冷剂水由冷剂水泵经冷剂水管路6-2进入吸收式制冷机组，在相变的作用下，冷剂水温度降低后通过冷剂水循环管路6-1进入空调系统，空调系统通过冷气管道6-5为用户侧提供冷气，利用完后的冷剂水经过冷剂水循环管路6-2回流至吸收式制冷机组，完成循环，实现供冷。

为了便于理解，如图3，本实施例提出燃料电池综合供能系统进行综合供能运行的另一具体实例，具体如下：

在本实施例中，提供了基于燃料电池综合供能系统的运行方法，该方法基于上述燃料电池综合供能系统，其包括：

S1：启动可编程控制子系统4，将按照预设的工作逻辑控制燃料电池子系统2、供电控制子系统3、热水储蓄与分配子系统5、吸收式低温余热制冷子系统6的启动，系统的运行、停止、参数调节等均由可编程控制子系统4进行自动控制；

S2：打开高纯氢气气源子系统1中的长管拖车卸气阀门，调节调压阀组将氢气长管拖车内的氢气压力从20MPa降低至1MPa；

S3：可编程逻辑控制子系统4读取到燃料电池子系统入口氢气压力满足运行要求时，自动启动燃料电池子系统，将高纯氢气气源子系统提供的高纯氢气通入燃料电池发电模组内，进行发电；同时通入冷却水，带走燃料电池发电模组内的富余热量，产出热水；

S4：经过供电控制子系统3将直流电转变为交流电，交流电为用户侧用电设备、可编程控制子系统4、热水储罐电加热器供电，供电控制子系统3的供电方式为：

当用户侧设备、可编程控制子系统4及高温热泵所需的功率稍大于燃料电池子系统2的发电功率时，则供电控制子系统3中的锂电池储能模块补充所需的电能；

当用户侧设备、可编程控制子系统4及高温热泵所需的功率稍小于燃料电池子系统2的发电功率时，则供电控制子系统3中的锂电池储能模块吸纳超发的电能；

当用户侧设备、可编程控制子系统4及高温热泵所需的功率与燃料电池子系统2的发电功率相差较大时，则由供电控制子系统3中的锂电池储能模块为用户侧设备单独供电；

当供电控制子系统3中锂电池纯储能模块电量不足时，可调节燃料电池子系统2的输出功率，使其发电功率大于当用户侧设备、可编程控制子系统4及高温热泵所需的功率且向锂电池储能模块补充电量。

通过以上，以实现供电控制子系统3的稳定功率输出功能，将燃料电池子系统2发出的直流电作为基本电能输出，而供电控制子系统3中的锂电池储能模块作为补充输出或输入，实现对外供电。

S5：燃料电池子系统2产出的热水进入热水储蓄与分配子系统5中，存储于热水储蓄与分配子系统5的热水储罐中；

S6：可编程控制子系统4根据用户侧用能需求确定热水储蓄与分配子系统5的运行方式，热水储蓄与分配子系统5的运行方式分为S61、S62和S63三种方式，具体如下：

S61：单独供热，当用户侧没有用冷需求时，通过热水储蓄与分配子系统5的热水储罐、热水泵、热水供水管路5-3的运行方式，具体为：储存于热水储蓄与分配子系统5的热水储罐中的热水，在热水泵的作用下，经热水供水管路5-3输送至用户侧热水用水点，实现单独供热。

S62：单独供冷，在用户侧仅有冷量需求、无热水需求时，通过热水储蓄与分配子系统5的热水储罐、热水泵、热水供水管路5-4、吸收式低温余热制冷子系统6、冷剂水循环管路6-1、冷剂水循环管路6-2、冷却水循环管路6-3、冷却水循环管路6-4、冷却塔、空调系统、冷气管路6-5、热水排水管路6-7的运行方式，具体为：a.储存于热水储蓄与分配子系统5的热水储罐中的热水，在热水泵的作用下，经热水供水管路5-4输送至吸收式低温余热制冷子系统6的吸收式制冷机组，进行制冷，经换热后温度降低的热水经热水排水管路6-7排放至热水储罐中，回收利用；b.冷却水经冷却水管路6-3进入制冷机组后，经过热交换，温度上升后经冷却水管路6-4回流至冷却塔进行降温，随后再次回流至制冷机组，完成循环；c.冷剂水由冷剂水泵经冷剂水管路6-2进入吸收式制冷机组，在相变的作用下，冷剂水温度降低后通过冷剂水循环管路6-1进入空调系统，空调系统通过冷气管道6-5为用户侧提供冷气，利用完后的冷剂水经过冷剂水循环管路6-2回流至吸收式制冷机组，完成循环，实现供冷。

根据燃料电池子系统的运行情况，热水储蓄与分配子系统5中的高温热泵的运行方式如下：

当燃料电池子系统2采用中高温质子交换膜燃料电池或固体氧化物燃料电池时，并且其产出的热水温度、流量满足用户侧所需冷量制取要求时，供电控制子系统3将不通过供电电路3-4对高温热泵供电，不启动高温热泵，仅依靠燃料电池子系统2产出的热水进行制冷。

当燃料电池子系统2采用中低温质子交换膜燃料电池时，并且其产出的热水温度、流量不足以满足用户侧所需冷量的制取要求时，在可编程控制子系统4的指令下，供电控制子系统3将通过供电电路3-4利用燃料电池子系统2产出的电能对高温热泵进行供电，启动高温热泵。热水储罐中的热水通过热水循环管路5-5进入高温热泵，进行换热后温度升高，通过热水供给管路5-6进入吸收式低温余热制冷子系统6，以满足制冷机组对热水温度的需求，从而满足用户侧的用冷需求。

S63：冷、热联供，在用户侧同时具有冷量和热水需求时，通过热水储蓄与分配子系统5的热水储罐、热水泵、热水供水管路5-4、吸收式低温余热制冷子系统6、冷剂水循环管路6-1、冷剂水循环管路6-2、冷却水循环管路6-3、冷却水循环管路6-4、冷却塔、空调系统、冷气管路6-5、热水供水管道6-6的运行方式，具体为：a.储存于热水储蓄与分配子系统的热水储罐中的热水，在热水泵的作用下，经热水供水管路5-4输送至吸收式制冷机组，进行制冷，经换热后温度降低的热水经热水供水管路6-6输送至用户侧热水用水点，实现供热；b.冷却水经冷却水管路6-3进入制冷机组后，经过热交换，温度上升后经冷却水管路6-4回流至冷却塔进行降温，随后再次回流至制冷机组，完成循环；c.冷剂水由冷剂水泵经冷剂水管路6-2进入吸收式制冷机组，在相变的作用下，冷剂水温度降低后通过冷剂水循环管路6-1进入空调系统，空调系统通过冷气管道6-5为用户侧提供冷气，利用完后的冷剂水经过冷剂水循环管路6-2回流至吸收式制冷机组，完成循环，实现供冷。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述燃料电池综合供能系统包括氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制系统、可编程控制子系统、热水储蓄与分配子系统和吸收式低温余热制冷子系统；其中：

所述氢气气源子系统通过氢气输出端连接燃料电池子系统的氢气输入端；

所述燃料电池子系统的热水输出端连接热水储蓄与分配子系统，所述燃料电池子系统的电能输出端连接供电控制系统的电能输入端；

所述供电控制系统的电能输出端分别连接热水储蓄与分配子系统、可编程控制子系统和用户输入端；

所述可编程控制子系统的控制输出端连接氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制系统、热水储蓄与分配子系统和吸收式低温余热制冷子系统的控制输入端；

所述热水储蓄与分配子系统的热水输出端分别连接吸收式低温余热制冷子系统的热水输入端和用户输入端；

所述吸收式低温余热制冷系统的热水输出端和冷冻水输出端分别连接用户输入端。

2.如权利要求1所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述氢气气源子系统包括氢源、减压阀组和氢气管道，所述氢源通过氢气管道向燃料电池子系统供给氢气，所述减压阀组设置于所述氢气管道，对氢源提供的氢气进行减压。

3.如权利要求1所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述燃料电池子系统包括燃料电池发电模组、氢气循环泵和空气循环泵，所述燃料电池发电模组的输入端分别连接氢气循环泵和空气循环泵，利用输入的氢气与空气进行电化学反应。

4.如权利要求3所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述燃料电池子系统还包括入口氢气压力传感器。

5.如权利要求1所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述供电控制子系统还包括直流变压器、逆变器、锂电池储能模块和配电柜，所述直流变压器、逆变器、锂电池储能模块和配电柜依次连接，所述配电柜的输出端分别连接热水储蓄与分配子系统、可编程控制子系统和用户输入端。

6.如权利要求1所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述可编程控制子系统包括一组或多组可编程逻辑控制器、触摸屏和控制电缆，所述可编程逻辑控制器分别连接触摸屏和控制电缆，所述控制电缆连接氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制系统、热水储蓄与分配子系统和吸收式低温余热制冷子系统的控制输入端，用于获取各设备的运行状态，并通过触摸屏向各设备发送指令。

7.如权利要求1所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述热水储蓄与分配子系统包括热水储罐、置于所述热水储罐内的电加热器、热水泵、供水管道，所述热水储罐通过供水管道与燃料电池子系统的热水输出端连接，所述热水泵连接热水储罐和吸收式低温余热制冷系统的热水输入端。

8.如权利要求7所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述热水储蓄与分配子系统还包括溢流排水管路，所述溢流排水管路连接外部污水管道。

9.如权利要求7所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述热水储蓄与分配子系统还包括高温热泵，所述高温热泵的供电输入端连接供电控制子系统，所述高温热泵的热水输入端连接热水储罐，所述高温热泵的热水输出端连接吸收式低温余热制冷系统的热水输入端。

10.如权利要求1所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述吸收式低温余热制冷子系统包括吸收式制冷机组、冷却塔和空调系统，所述吸收式制冷机组通过热水输入端连接热水储蓄与分配子系统，通过第一冷剂水循环管路和第二冷剂水循环管路连接空调系统，通过第一冷却水循环管路和第二冷却水循环管路连接冷却塔，所述吸收式制冷机组的热水输出端和所述空调系统的冷冻水输出端分别连接用户输入端。

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