CN114865026A - 一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统 - Google Patents

一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114865026A
CN114865026A CN202210504082.8A CN202210504082A CN114865026A CN 114865026 A CN114865026 A CN 114865026A CN 202210504082 A CN202210504082 A CN 202210504082A CN 114865026 A CN114865026 A CN 114865026A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon monoxide
carbon
supply system
solid oxide
fuel cell
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
Application number
CN202210504082.8A
Other languages
English (en)
Inventor
孙毅飞
王夺
孙勇
李铮
郑剑香
洪钢
孟超
张鹏
张正泓
陈勇
林鹿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen University
Original Assignee
Xiamen University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen University filed Critical Xiamen University
Priority to CN202210504082.8A priority Critical patent/CN114865026A/zh
Publication of CN114865026A publication Critical patent/CN114865026A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/40—Carbon monoxide
    • 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
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • 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
    • H01M8/1231—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
    • 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
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • 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
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • 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
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，属于储能及供能领域，包括炭供给系统、二氧化碳供给系统、可再生电能供给系统、一氧化碳制备系统、一氧化碳储存装置和固体氧化物燃料电池系统，在电网存在弃电、过剩电时，将其转换为含碳化学储能介质储存，并同时消耗CO2；当电网在用电波峰时，将碳化学储能通过固体氧化物燃料电池系统转化为电能再输送至电网，实现对富余可再生电能的利用储存，及二氧化碳的高效消除。

Description

一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统
技术领域
本发明涉及储能及供能领域，特别是涉及一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统。
背景技术
为实现双碳目标，改变对传统不可再生含碳燃料如煤、油、气等的依赖，以太阳能、风能、水能、核能等可再生电能为供能主体，是实现地球可持续发展的方向。
首先，含碳燃料的大量使用造成了CO2的排放迅速上升，是目前急需解决的最严峻的生态环境问题。二氧化碳的排放造成了严重的温室效应，进而导致海平面的上升，热带雨林减退消失，两极海洋冰川融化等连锁反应，对地球造成了灭顶之灾。因此，寻找开辟CO2的高效资源化利用方法是迫在眉睫的首要挑战。在所有含碳的能源体的提炼过程中，生物质碳的制备不需要额外输入能量，若将生物质固碳过程与高效储能系统有效结合，将具有很好的实践前景。而在能量的转化利用方面，固体氧化物燃料电池能够经电化学反应途径将燃料的化学能高效环保地转化为电能。且固体氧化物燃料电池不受卡诺循环效率的限制，能量转换效率较传统燃煤发电高，实际能量转换效率可达50％-70％，还能有效降低碳排，提供能量的利用效率，是供能系统中最有前景的设备之一。
在能源结构从高碳化向低碳可再生化的转型中，风、光、核三种可再生能源的开发、增长速度很快。预计在2060年，水电从1.5万亿度发展到2万亿度，风电、光电、核电分别发展到2万亿度、3万亿度，1.6万亿度，占未来总用电量的78％。但目前，风能、太阳能等可再生能源发电难以持续稳定、连续的供给，容易对局部电网将产生明显冲击，严重时会引发大规模恶性事故。而核能由于其独特的反应特征，也会有对消峰平谷的急切需求。因此，研发高效超级储能装置及其配套设备，与风电/光伏/核电发电机组容量相匹配成为另一个重要的问题。
当前的储能技术主要包括：电池储能、抽水蓄能、飞轮储能、电容器储能、压缩空气储能、重力势能储能、热储能等多种形式。(1)其中抽水蓄能容量大、度电成本低，是目前物理蓄能中应用最多的储能方式，但对环境与地理条件有很高的要求，制约了该技术的普及。(2)电化学储能是近年来发展迅速的储能类型，主要包括锂离子电池储能、铅蓄电池储能和液流电池储能；其中锂离子电池具有循环特性好、响应速度快的特点，但其成本仍较为高昂，循环寿命也很有限。(3)其他储能方式包括超导储能和超级电容器储能等，但其能量密度仍较低。
专利CN108386344A公开了一种压缩空气储能和燃料电池耦合的发电储能系统，该专利利用了固体氧化物燃料电池和压缩空气储能在功能上的互补性，提出了一种储能系统。但是一般固体氧化物燃料电池以氢气或含碳气体燃料为主，该技术无法实现含碳燃料供给可能存在不足的问题。
专利CN112952868A公开了面向可再生能源消纳和电网调峰调频的符合储能系统及方法，将电网与电解质制氢站、储能电站等相连，显著增强了电网的调峰调频能力，但是该发明公开的工艺路线无法对CO2进行消耗，且无法实现对碳源中能量的有效利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，以实现对富余可再生电能的利用储存，及二氧化碳的高效消除。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，所述碳化学储供能系统包括：炭供给系统、二氧化碳供给系统、可再生电能供给系统、一氧化碳制备系统、一氧化碳储存装置和固体氧化物燃料电池系统；
炭供给系统的碳源出口与一氧化碳制备系统的碳源入口连接，二氧化碳供给系统的二氧化碳出口与一氧化碳制备系统的二氧化碳入口连接，可再生电能供给系统的电能输出端与一氧化碳制备系统的电能输入端连接，一氧化碳储存装置的一氧化碳入口与一氧化碳制备系统的一氧化碳出口连接；
所述一氧化碳制备系统用于将可再生电能供给系统的弃电或过剩电转化为热能，并在所述热能的作用下，炭供给系统供给的碳源和二氧化碳供给系统供给的二氧化碳发生逆歧化反应，生成一氧化碳气体，同时将一氧化碳气体存储至一氧化碳储存装置；
固体氧化物燃料电池系统的输入端分别与一氧化碳储存装置的一氧化碳出口、一氧化碳制备系统的一氧化碳出口、炭供给系统的碳源出口连接，固体氧化物燃料电池系统的电能输出端与电网连接；
所述固体氧化物燃料电池系统用于以一氧化碳储存装置的一氧化碳、一氧化碳制备系统的一氧化碳或炭供给系统的碳源为燃料发生电化学反应，产生电流，并将所述电流输送至电网。
可选的，所述固体氧化物燃料电池系统包括：固体氧化物燃料电池和氧气罐；
固体氧化物燃料电池的阳极分别与一氧化碳储存装置的一氧化碳出口、一氧化碳制备系统的一氧化碳出口、炭供给系统的碳源出口连接，固体氧化物燃料电池的阴极与氧气罐连接，固体氧化物燃料电池的电能输出端与电网连接；
所述固体氧化物燃料电池用于以一氧化碳储存装置的一氧化碳、一氧化碳制备系统的一氧化碳或炭供给系统的碳源为燃料，以氧气为氧化剂发生电化学反应，产生电流，并将所述电流输送至电网。
可选的，所述固体氧化物燃料电池系统还包括：第一阳极换热器、第二阳极换热器、阴极换热器、催化燃烧室和低压涡轮发电机；
第一阳极换热器设置在固体氧化物燃料电池系统的输入端与一氧化碳储存装置的一氧化碳出口之间，第二阳极换热器设置在固体氧化物燃料电池系统的输入端与一氧化碳制备系统的一氧化碳出口之间，阴极换热器设置在固体氧化物燃料电池的阴极与氧气罐之间；
固体氧化物燃料电池的阴极和阳极均与催化燃烧室的输入口连接，催化燃烧室的蒸汽排出口依次经过第一阳极换热器、第二阳极换热器、阴极换热器后与低压涡轮发电机连接；
所述催化燃烧室用于利用固体氧化物燃料电池两极进行电化学反应时的不完全燃烧产物，获得高温蒸汽，并将所述高温蒸汽依次经过第一阳极换热器、第二阳极换热器、阴极换热器的换热后推动低压涡轮发电机做功发电；所述第一阳极换热器用于利用所述高温蒸汽对一氧化碳储存装置输出的一氧化碳进行预热；所述第二阳极换热器用于利用所述高温蒸汽对一氧化碳制备系统输出的一氧化碳进行预热；所述阴极换热器用于利用所述高温蒸汽对氧气罐输出的氧气进行预热；
低压涡轮发电机与电网连接，所述低压涡轮发电机用于将做功发的电输送至电网。
可选的，所述一氧化碳制备系统的外壁由外向内依次设置保温层、电热元件和导热层，在所述外壁的下部开设有碳源入口和二氧化碳入口，所述外壁的底部开设有排渣口，所述外壁的顶部开设有一氧化碳出口；
所述电热元件与可再生电能供给系统的电能输出端连接，所述电热元件用于将可再生电能供给系统的弃电或过剩电转化为热能，为所述一氧化碳制备系统中的逆歧化反应提供热量。
可选的，所述碳化学储供能系统还包括：一氧化碳换热器和气体压缩机；
一氧化碳换热器的气体入口与一氧化碳制备系统的一氧化碳出口连接，一氧化碳换热器的气体出口与气体压缩机的气体入口连接；气体压缩机的气体出口与一氧化碳储存装置的一氧化碳入口连接；所述一氧化碳换热器用于对一氧化碳制备系统输出的一氧化碳进行换热降温，并将换热降温后的一氧化碳输送至气体压缩机，并在所述气体压缩机的作用下存储至一氧化碳储存装置。
可选的，所述炭供给系统供给的碳源为可再生炭，所述可再生炭包括煤炭、焦炭和生物质炭。
可选的，所述二氧化碳供给系统为二氧化碳储存罐。
可选的，所述碳化学储供能系统在储能模式下，将二氧化碳供给系统储存的二氧化碳气体释放进入一氧化碳制备系统，以炭供给系统中的碳源为气化燃料，通过可再生电能供给系统的弃电或过剩电，在一氧化碳制备系统中碳与二氧化碳发生逆歧化反应，生成一氧化碳气体，产生的一氧化碳气体存储在一氧化碳储存装置中。
可选的，所述碳化学储供能系统在释能模式下，以储存在一氧化碳储存装置中的一氧化碳为燃料，或者以炭供给系统中的碳源为燃料，或者以一氧化碳制备系统中的一氧化碳产物为燃料，以氧气为氧化剂，将一氧化碳气体与氧气罐中的氧气通入固体氧化物燃料电池系统中，在固体氧化物燃料电池系统中发生电化学反应，产生电流，以满足电网高峰负荷需求。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，在电网存在弃电、过剩电时，将其转换为含碳化学储能介质储存，并同时消耗CO2；当电网在用电波峰时，将碳化学储能通过固体氧化物燃料电池系统转化为电能再输送至电网，实现对富余可再生电能的利用储存，及二氧化碳的高效消除。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统的结构示意图；
图2为本发明提供的一氧化碳制备系统的结构示意图。
符号说明：1-炭供给系统，2-二氧化碳供给系统，3-可再生电能供给系统，4-一氧化碳制备系统，5-固体氧化物燃料电池，6-一氧化碳储存装置，7-阳极，8-阴极，9-氧气罐，10-催化燃烧室，11-第一阳极换热器，12-第二阳极换热器，13-阴极换热器，14-低压涡轮发电机。
具体实施方式
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做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。
本发明的目的是提供一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，以实现对富余可再生电能的利用储存，及二氧化碳的高效消除。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，如图1所示，碳化学储供能系统包括：炭供给系统1、二氧化碳供给系统2、可再生电能供给系统3、一氧化碳制备系统4、一氧化碳储存装置6和固体氧化物燃料电池系统。
炭供给系统1的碳源出口与一氧化碳制备系统4的碳源入口连接，二氧化碳供给系统2的二氧化碳出口与一氧化碳制备系统4的二氧化碳入口连接，可再生电能供给系统3的电能输出端与一氧化碳制备系统4的电能输入端连接，一氧化碳储存装置6的一氧化碳入口与一氧化碳制备系统4的一氧化碳出口连接。一氧化碳制备系统4用于将可再生电能供给系统3的弃电或过剩电转化为热能，并在热能的作用下，炭供给系统1供给的碳源和二氧化碳供给系统2供给的二氧化碳发生逆歧化反应，生成一氧化碳气体，同时将一氧化碳气体存储至一氧化碳储存装置6。
固体氧化物燃料电池系统的输入端分别与一氧化碳储存装置6的一氧化碳出口、一氧化碳制备系统4的一氧化碳出口、炭供给系统1的碳源出口连接，固体氧化物燃料电池系统的电能输出端与电网连接。固体氧化物燃料电池系统用于以一氧化碳储存装置6的一氧化碳、一氧化碳制备系统4的一氧化碳或炭供给系统1的碳源为燃料发生电化学反应，产生电流，并将电流输送至电网。
本发明通过固体氧化物燃料电池5与可再生发电系统、二氧化碳供给系统2、碳供给系统、CO制备系统的耦合，实现对富余可再生电能的利用储存，及CO2的高效消除。
碳化学储供能系统中每个结构的具体价绍如下：
1)炭供给系统1
炭供给系统1供给的碳源为可再生炭，可再生炭包括煤炭、焦炭和生物质炭。炭供给系统1直接与一氧化碳制备系统4相连，作为制CO反应所需原料C的来源供给。
2)二氧化碳供给系统2
二氧化碳供给系统2主要是指CO2的高压储存罐，以及其他可从空气中分离CO2提纯储存的装置，其与一氧化碳制备系统4的进料口相连，作为制CO反应所需原料CO2的来源供给。
3)可再生电能供给系统3
可再生电能供给系统3是指将风、光、核能发电系统的弃电收集并供给一氧化碳制备系统4所需能量的系统。该系统直接与一氧化碳制备系统4的电热元件相连，通过将电能转化为热能，为一氧化碳制备系统4供能。
4)一氧化碳制备系统4
一氧化碳制备系统4主要是指利用风电、光伏发电和核电的弃电作为过程能耗，以可再生炭作为碳源、CO2气体作为气化介质，氧化生成气炭CO。
如图2所示，一氧化碳制备系统4的外壁由外向内依次设置保温层、电热元件和导热层，在外壁的下部开设有碳源入口和二氧化碳入口，外壁的底部开设有排渣口，外壁的顶部开设有一氧化碳出口。电热元件与可再生电能供给系统3的电能输出端连接，电热元件用于将可再生电能供给系统3的弃电或过剩电转化为热能，为一氧化碳制备系统4中的逆歧化反应提供热量。
电加热元件与可再生电能供给系统3相连，当电网中存在弃电时候，电加热元件能够将这部分能源变为热能，为该反应系统中的制CO反应提供能量。该系统包含原料炭入口，与碳供给系统相连；CO2入口与二氧化碳供给系统2相连；其有一个出口为CO气体出口，经净化、冷却后，与一氧化碳储气罐相连。该系统还包括排渣口，保温层，电热元件等组成。整个逆歧化反应系统的最外层为保温材料，紧靠着保温材料的为电加热元件，电加热元件内侧为导热层。在此反应系统中，C可以以粉末形式喷入，也可以是颗粒或者大块碳送入。CO2通过喷嘴喷入反应系统，系统底部有排渣口，以便排除反应剩下的碳渣。
5)一氧化碳储存装置6
一氧化碳储存装置6为一氧化碳储气罐，当固体氧化物燃料电池系统不工作时，一氧化碳制备系统4产生的CO进行压缩封存。
6)固体氧化物燃料电池系统
固体氧化物燃料电池系统是指能利用一氧化碳制备系统4中所制备的CO为燃料，高效发电的系统。其与一氧化碳制备系统4，碳供给系统及一氧化碳储气罐相连。固体氧化物燃料电池5主要由阴极8、阳极7和电解质三部分组成。其阴极8连接氧气罐9，阳极7通入燃料。固体氧化物燃料电池5的阴极8和阳极7均连接催化燃烧室10。一氧化碳储气罐与固体氧化物燃料电池5的阳极7(燃料电池中燃料发生氧化反应的场所)间的管路上设置有第一阳极换热器11和第二阳极换热器12，氧气罐9与固体氧化物燃料电池5的阴极8(燃料电池中氧气发生还原反应的场所)间的管路上设置有阴极换热器13。催化燃烧室10排出的高温蒸汽作为热源送入阴极换热器13和阳极7换热器中。阴极换热器13和阳极7换热器中换热后的热源通过管路送入低压涡轮发电机14做功再发电。该系统高度参与区域电网的峰谷负荷调节，并作为UPS/EPS提供应急动力。
碳化学储供能系统有两种工作模式：储能模式和释能模式。
在储能模式下，即当风电、光伏发电或核电电网电力过剩时，系统切换为充电状态，系统工作方式为：将二氧化碳供给系统2储存的二氧化碳气体释放进入一氧化碳制备系统4，以炭供给系统1中的碳源为气化燃料，通过可再生电能供给系统3的弃电或过剩电，在一氧化碳制备系统4中碳与二氧化碳发生逆歧化反应，生成一氧化碳气体，产生的一氧化碳气体存储在一氧化碳储存装置6中。
在释能模式下，当电网电力不足或需应急用电时，系统为释能状态。以储存在一氧化碳储存装置6中的一氧化碳为燃料，或者以炭供给系统1中的碳源为燃料，或者以一氧化碳制备系统4中的一氧化碳产物为燃料，以氧气为氧化剂，将一氧化碳气体与氧气罐9中的氧气通入固体氧化物燃料电池系统中，在固体氧化物燃料电池系统中发生电化学反应，产生电流，以满足电网高峰负荷需求。
本发明所述系统针对可再生能源不稳定，核电过剩电严重等现状，对该类弃电通过高能效的转化手段，将这部分废弃的电能以及碳能以增值化学品的形式储存起来，所发电能高效储存；还可对CO2的高效消除发挥重要作用，此外该系统可在电网负荷高峰时，释放储存CO为固体氧化物燃料电池5发电，将化学能转化为电能，平抑电网负荷波动，还可发挥应急备用电源的功效。因此，本系统具有根据运行条件及外部约束灵活选择运行模式的特点。提高了系统的发电效率、降低了污染排放，解决了燃料来源问题。
本发明在电网存在弃电、过剩电时，将其转换为含碳化学储能介质储存，并同时消耗CO2；当电网在用电波峰时，将化学能通过高效能量转化装置转化为电能。该技术对提高可再生能源的利用率具有重要意义。
该系统在储能过程中效率极高(100％)，成本低廉，运行稳定，并同时实现CO2的富集回收与利用。且该系统在释能过程中转化效率高，电热联产效率超过70％。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，其特征在于，所述碳化学储供能系统包括：炭供给系统、二氧化碳供给系统、可再生电能供给系统、一氧化碳制备系统、一氧化碳储存装置和固体氧化物燃料电池系统；
炭供给系统的碳源出口与一氧化碳制备系统的碳源入口连接，二氧化碳供给系统的二氧化碳出口与一氧化碳制备系统的二氧化碳入口连接，可再生电能供给系统的电能输出端与一氧化碳制备系统的电能输入端连接，一氧化碳储存装置的一氧化碳入口与一氧化碳制备系统的一氧化碳出口连接；
所述一氧化碳制备系统用于将可再生电能供给系统的弃电或过剩电转化为热能，并在所述热能的作用下，炭供给系统供给的碳源和二氧化碳供给系统供给的二氧化碳发生逆歧化反应，生成一氧化碳气体，同时将一氧化碳气体存储至一氧化碳储存装置；
固体氧化物燃料电池系统的输入端分别与一氧化碳储存装置的一氧化碳出口、一氧化碳制备系统的一氧化碳出口、炭供给系统的碳源出口连接，固体氧化物燃料电池系统的电能输出端与电网连接；
所述固体氧化物燃料电池系统用于以一氧化碳储存装置的一氧化碳、一氧化碳制备系统的一氧化碳或炭供给系统的碳源为燃料发生电化学反应，产生电流，并将所述电流输送至电网。
2.根据权利要求1所述的基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池系统包括：固体氧化物燃料电池和氧气罐；
固体氧化物燃料电池的阳极分别与一氧化碳储存装置的一氧化碳出口、一氧化碳制备系统的一氧化碳出口、炭供给系统的碳源出口连接，固体氧化物燃料电池的阴极与氧气罐连接，固体氧化物燃料电池的电能输出端与电网连接；
所述固体氧化物燃料电池用于以一氧化碳储存装置的一氧化碳、一氧化碳制备系统的一氧化碳或炭供给系统的碳源为燃料，以氧气为氧化剂发生电化学反应，产生电流，并将所述电流输送至电网。
3.根据权利要求2所述的基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池系统还包括：第一阳极换热器、第二阳极换热器、阴极换热器、催化燃烧室和低压涡轮发电机；
第一阳极换热器设置在固体氧化物燃料电池系统的输入端与一氧化碳储存装置的一氧化碳出口之间，第二阳极换热器设置在固体氧化物燃料电池系统的输入端与一氧化碳制备系统的一氧化碳出口之间，阴极换热器设置在固体氧化物燃料电池的阴极与氧气罐之间；
固体氧化物燃料电池的阴极和阳极均与催化燃烧室的输入口连接，催化燃烧室的蒸汽排出口依次经过第一阳极换热器、第二阳极换热器、阴极换热器后与低压涡轮发电机连接；
所述催化燃烧室用于利用固体氧化物燃料电池两极进行电化学反应时的不完全燃烧产物，获得高温蒸汽，并将所述高温蒸汽依次经过第一阳极换热器、第二阳极换热器、阴极换热器的换热后推动低压涡轮发电机做功发电；所述第一阳极换热器用于利用所述高温蒸汽对一氧化碳储存装置输出的一氧化碳进行预热；所述第二阳极换热器用于利用所述高温蒸汽对一氧化碳制备系统输出的一氧化碳进行预热；所述阴极换热器用于利用所述高温蒸汽对氧气罐输出的氧气进行预热；
低压涡轮发电机与电网连接，所述低压涡轮发电机用于将做功发的电输送至电网。
4.根据权利要求1所述的基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，其特征在于，所述一氧化碳制备系统的外壁由外向内依次设置保温层、电热元件和导热层，在所述外壁的下部开设有碳源入口和二氧化碳入口，所述外壁的底部开设有排渣口，所述外壁的顶部开设有一氧化碳出口；
所述电热元件与可再生电能供给系统的电能输出端连接，所述电热元件用于将可再生电能供给系统的弃电或过剩电转化为热能，为所述一氧化碳制备系统中的逆歧化反应提供热量。
5.根据权利要求1所述的基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，其特征在于，所述碳化学储供能系统还包括：一氧化碳换热器和气体压缩机；
一氧化碳换热器的气体入口与一氧化碳制备系统的一氧化碳出口连接，一氧化碳换热器的气体出口与气体压缩机的气体入口连接；气体压缩机的气体出口与一氧化碳储存装置的一氧化碳入口连接；所述一氧化碳换热器用于对一氧化碳制备系统输出的一氧化碳进行换热降温，并将换热降温后的一氧化碳输送至气体压缩机，并在所述气体压缩机的作用下存储至一氧化碳储存装置。
6.根据权利要求1所述的基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，其特征在于，所述炭供给系统供给的碳源为可再生炭，所述可再生炭包括煤炭、焦炭和生物质炭。
7.根据权利要求1所述的基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，其特征在于，所述二氧化碳供给系统为二氧化碳储存罐。
8.根据权利要求1所述的基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，其特征在于，所述碳化学储供能系统在储能模式下，将二氧化碳供给系统储存的二氧化碳气体释放进入一氧化碳制备系统，以炭供给系统中的碳源为气化燃料，通过可再生电能供给系统的弃电或过剩电，在一氧化碳制备系统中碳与二氧化碳发生逆歧化反应，生成一氧化碳气体，产生的一氧化碳气体存储在一氧化碳储存装置中。
9.根据权利要求1所述的基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统，其特征在于，所述碳化学储供能系统在释能模式下，以储存在一氧化碳储存装置中的一氧化碳为燃料，或者以炭供给系统中的碳源为燃料，或者以一氧化碳制备系统中的一氧化碳产物为燃料，以氧气为氧化剂，将一氧化碳气体与氧气罐中的氧气通入固体氧化物燃料电池系统中，在固体氧化物燃料电池系统中发生电化学反应，产生电流，以满足电网高峰负荷需求。
CN202210504082.8A 2022-05-10 2022-05-10 一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统 Pending CN114865026A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210504082.8A CN114865026A (zh) 2022-05-10 2022-05-10 一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210504082.8A CN114865026A (zh) 2022-05-10 2022-05-10 一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114865026A true CN114865026A (zh) 2022-08-05

Family

ID=82637360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210504082.8A Pending CN114865026A (zh) 2022-05-10 2022-05-10 一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114865026A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115779821A (zh) * 2022-12-14 2023-03-14 南京航空航天大学 基于等离子体二氧化碳气化的电化学储能系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090004529A1 (en) * 2007-06-26 2009-01-01 Gur Turgut M Integrated dry gasification fuel cell system for conversion of soild carbonaceous fuels
CN105261770A (zh) * 2015-09-30 2016-01-20 国网智能电网研究院 一种新能源电解储能系统
CN109361000A (zh) * 2018-09-04 2019-02-19 新地能源工程技术有限公司 整体煤气化固体氧化物燃料电池-蒸汽轮机联合发电系统及工艺
CN109361001A (zh) * 2018-09-04 2019-02-19 新地能源工程技术有限公司 一种整体煤气化固体氧化物燃料电池发电系统及工艺
CN109943373A (zh) * 2018-05-07 2019-06-28 北京建筑大学 一种基于电制气技术的能源转换和存储方法
CN112993347A (zh) * 2021-05-18 2021-06-18 浙江国氢能源科技发展有限公司 一种基于固态氧化物电池的能源装置及发电系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090004529A1 (en) * 2007-06-26 2009-01-01 Gur Turgut M Integrated dry gasification fuel cell system for conversion of soild carbonaceous fuels
CN105261770A (zh) * 2015-09-30 2016-01-20 国网智能电网研究院 一种新能源电解储能系统
CN109943373A (zh) * 2018-05-07 2019-06-28 北京建筑大学 一种基于电制气技术的能源转换和存储方法
CN109361000A (zh) * 2018-09-04 2019-02-19 新地能源工程技术有限公司 整体煤气化固体氧化物燃料电池-蒸汽轮机联合发电系统及工艺
CN109361001A (zh) * 2018-09-04 2019-02-19 新地能源工程技术有限公司 一种整体煤气化固体氧化物燃料电池发电系统及工艺
CN112993347A (zh) * 2021-05-18 2021-06-18 浙江国氢能源科技发展有限公司 一种基于固态氧化物电池的能源装置及发电系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115779821A (zh) * 2022-12-14 2023-03-14 南京航空航天大学 基于等离子体二氧化碳气化的电化学储能系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Progress in electrical energy storage system: A critical review
CN106817067A (zh) 一种基于燃料电池的多能互补热电联产系统和工作方法
CN104377375B (zh) 一种整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池发电系统
Li Energy storage is the core of renewable technologies
CN112271752A (zh) 一种分布式能源系统
CN109659590A (zh) 一种整体煤气化固体氧化物燃料电池发电系统及方法
CN116344883A (zh) 一种sofc-soec多能源联储联供系统及方法
CN115084580A (zh) 基于可逆固体氧化物电池可再生能源就地储能系统及方法
CN113944544A (zh) 一种基于可再生能源与氢能甲醇化的能源系统及能源利用方法
CN114865026A (zh) 一种基于固体氧化物燃料电池的碳化学储供能系统
CN114629182A (zh) 一种核电站储能设备及储能方法
CN113794227A (zh) 一种实现碳循环的综合能源系统
CN206686115U (zh) 一种基于燃料电池的多能互补热电联产系统
CN210420193U (zh) 基于分布式光热电解水制氢装置及氢燃料电池系统
CN204204965U (zh) 一种整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池发电结构
CN114955997B (zh) 一种分布式天然气制氢系统
CN114658536B (zh) 一种碳化学储能系统
CN109595074B (zh) 燃气轮机系统及其储热和放热方法
CN210778881U (zh) 一种基于燃料电池的综合能源供能系统
Shujun et al. A curtailed wind power accommodation strategy based on wind-hydrogen-heat-storage integrated energy network
Pourbaba et al. Utilization of renewable energy to produce electrical energy (Hydrogen Energy)
Bastien et al. Hydrogen production from renewable energy sources
CN213461148U (zh) 一种分布式能源系统
CN216198647U (zh) 一种基于合成甲醇的风能储存系统
CN114738062B (zh) 耦合sofc和燃气轮机的铝燃料储能系统及工作方法

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