CN115595612A - 耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于供热、供电、供气领域，公开了一种耦合光伏光热‑燃料电池‑制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统及方法，系统包括：光伏光热组件，光伏光热组件包括第一电能输出端和第一热能输出端，第一热能输出端通过换热介质循环管路与换热储能水箱连通，换热储能水箱中包括换热介质循环组件和储水部，储水部通过冷热水循环管路与用热终端连通，储水部上设有自来水进口；燃料电池，燃料电池包括氢气进口和第二电能输出端；氢气进口与储氢装置连通；制氢装置，制氢装置与第一电能输出端连接，通过第一电能输出端的电能进行制氢，制氢装置与储氢装置连通。本发明达到太阳能的梯级利用，同时保障热源，提供稳定的热量输出，并生产零碳电力和氢气。
Description
技术领域
本发明涉及供热、供电、供气领域，尤其涉及一种耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统及方法。
背景技术
本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。
为了实现零碳的供热系统，光伏光热一体化成为新发展趋势。但由于太阳能不稳定容易造成供热保障能力不足的问题，如果直接燃烧氢气保障热力供应，则不能充分利用氢气的高品质能量。同时，氢气需要外部供应，增加了输送成本和能量损耗。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统及方法，本发明的系统及方法将光伏光热、燃料电池、制氢储氢有机结合，达到太阳能的梯级利用，同时利用燃料电池的热电联产作为保障热源，提供稳定的热量输出，并生产零碳电力和氢气。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统，包括：
光伏光热组件，所述的光伏光热组件包括第一电能输出端和第一热能输出端，所述的第一热能输出端通过换热介质循环管路与换热储能水箱连通，所述的换热储能水箱中包括换热介质循环组件和储水部，所述的储水部通过冷热水循环管路与用热终端连通，所述的储水部上设有自来水进口；
燃料电池，所述的燃料电池包括氢气进口和第二电能输出端；所述的氢气进口与储氢装置连通；
制氢装置，所述的制氢装置与所述的第一电能输出端连接，通过第一电能输出端的电能进行制氢，所述的制氢装置与储氢装置连通。
在本发明的一些实施例中，所述的燃料电池包括第二热能输出端，所述的第二热能输出端与所述的用热终端连通。
在本发明的一些实施例中，所述的燃料电池上设有进水口，所述的冷热水循环管路包括热水供应管路和冷水回水管路，所述的燃料电池的进水口与所述的热水供应管路连通。
在本发明的一些实施例中，所述的换热储能水箱为浸润式换热储能水箱。
在本发明的一些实施例中，所述的制氢装置为电解水制氢装置。
在本发明的一些实施例中，所述的第一电能输出端和第二电能输出端分别与配电柜连接。
在本发明的一些实施例中，所述的配电柜与电能用户端和电网连接。
一种耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供方法，采用上述的系统完成，包括如下步骤：
光伏光热组件发电通过第一电能输出端为制氢装置提供电能，所述的制氢装置将制备的氢气储存在所述的储氢装置中，所述的储氢装置为燃料电池提供氢气；
光伏光热组件的第一热能输出端通过换热介质循环管路与换热储能水箱中的水进行换热，所述的换热储能水箱中的储水部为用热终端提供热水。
在本发明的一些实施例中，第一电能输出端和第二电能输出端分别与配电柜连接，配电柜将电能供给电能用户端或并入电网。
在本发明的一些实施例中，第二热能输出端为换热储能水箱提供辅助热能。
本发明实施例具有如下有益效果：
利用光伏光热组件实现太阳能的高效梯级利用，实现热电联供；同时利用氢气燃料电池的热电联产作为保障热力供应，实现氢气的高效梯级利用；并利用光伏光热产生的绿色电力制备氢气，实现氢气的自产自销。
本发明提出的耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统，将多个模块结合，利用光伏光热组件产生的热量供热、产生的电力制氢，氢气通过燃料电池保障稳定供热，同时产生额外的电力和氢气，高效零碳地实现热电气供应。通过制氢储氢模块将光伏产生的电能转化为可长期储存的化学能，在需要用电时通过燃料电池高效转化为电能，使得系统具备储能能力。同时，由于该系统可以孤岛运行，因而系统具备较高的供应保障能力。综上，该系统实现了全流程零碳排放，实现了太阳能和氢能的高效利用，同时具备较好的保障能力。
附图说明
图1为本发明中耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请进行在本发明的一些实施例中介绍。
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，在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。不同实施例之间可以替换或者合并组合，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施方式。
结合附图1，一种耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统，包括：
光伏光热组件1，所述的光伏光热组件1包括第一电能输出端13和第一热能输出端，所述的第一热能输出端通过换热介质循环管路(冷水进管11和热水出管12)与换热储能水箱连通5，所述的换热储能水箱中包括换热介质循环组件和储水部，所述的储水部通过冷热水循环管路(热水供应管路51和冷水回水管52)与用热终端连通6(可以包括用热终端连通6与换热储能水箱连通5之间的供热末端7)，所述的储水部上设有自来水进口53；
燃料电池2，所述的燃料电池4包括氢气进口和第二电能输出端43；所述的氢气进口与储氢装置连通(通过供氢管道31与储氢装置3连通)；
制氢装置2，所述的制氢装置2与所述的第一电能输出端13连接，通过第一电能输出端13的电能进行制氢，所述的制氢装置2与储氢装置3连通。
在本发明的一些实施例中，所述的燃料电池包括第二热能输出端43，所述的第二热能输出端43与所述的用热终端连通。
在本发明的一些实施例中，所述的燃料电池上设有进水口，所述的冷热水循环管路包括热水供应管路51和冷水回水管路52，所述的燃料电池的进水口41(出水口42)与所述的热水供应管路51连通。
在本发明的一些实施例中，所述的换热储能水箱5为浸润式换热储能水箱。
换热介质在光伏光热组件1中受热后流入浸润式换热储能水箱的盘管，与水箱中的水进行换热，一方面，加热至所需温度后的水接至生活热水或采暖，另一方面冷却后的介质会重新进入光伏光热组件；所述的电系统中，光伏光热组件和燃料电池发出直流电，接至配电柜；所述的气系统中，氢气储量不足时，光伏光热组件产生的电力接入制氢装置，制氢装置制得氢气储存至氢瓶中。
在本发明的一些实施例中，所述的制氢装置2为电解水制氢装置。
在本发明的一些实施例中，所述的第一电能输出端13和第二电能输出端43分别与配电柜8连接。
在本发明的一些实施例中，所述的配电柜8与电能用户端和电网连接。
一种耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供方法，采用上述的系统完成，包括如下步骤：
光伏光热组件1发电通过第一电能输出端13为制氢装置2提供电能，所述的制氢装置2将制备的氢气储存在所述的储氢装置3中，所述的储氢装置为燃料电池4提供氢气；
光伏光热组件1的第一热能输出端通过换热介质循环管路与换热储能水箱5中的水进行换热，所述的换热储能水箱5中的储水部为用热终端6提供热水。
在本发明的一些实施例中，第一电能输出端13和第二电能输出端43分别与配电柜8连接，配电柜8将电能供给电能用户端或并入电网。
在本发明的一些实施例中，第二热能输出端为换热储能水箱提供辅助热能。光伏光热组件产生的热量不足以满足供热需求时，燃料电池发电的余热可提升低温热水的温度；氢瓶中储存的氢气不足时，光伏光热组件将其产出的电分配给制氢装置，保障氢气储量充足；生活热水如有消耗，则在水箱中补充自来水，加热后继续供给生活用水。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上介绍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)
1.一种耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统，其特征在于，包括：
光伏光热组件，所述的光伏光热组件包括第一电能输出端和第一热能输出端，所述的第一热能输出端通过换热介质循环管路与换热储能水箱连通，所述的换热储能水箱中包括换热介质循环组件和储水部，所述的储水部通过冷热水循环管路与用热终端连通，所述的储水部上设有自来水进口；
燃料电池，所述的燃料电池包括氢气进口和第二电能输出端；所述的氢气进口与储氢装置连通；
制氢装置，所述的制氢装置与所述的第一电能输出端连接，通过第一电能输出端的电能进行制氢，所述的制氢装置与储氢装置连通。
2.根据权利要求1所述的耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统，其特征在于，所述的燃料电池包括第二热能输出端，所述的第二热能输出端与所述的用热终端连通。
3.根据权利要求2所述的耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统，其特征在于，所述的燃料电池上设有进水口，所述的冷热水循环管路包括热水供应管路和冷水回水管路，所述的燃料电池的进水口与所述的热水供应管路连通。
4.根据权利要求1所述的耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统，其特征在于，所述的换热储能水箱为浸润式换热储能水箱。
5.根据权利要求1所述的耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统，其特征在于，所述的制氢装置为电解水制氢装置。
6.根据权利要求1所述的耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统，其特征在于，所述的第一电能输出端和第二电能输出端分别与配电柜连接。
7.根据权利要求6所述的耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供应系统，其特征在于，所述的配电柜与电能用户端和电网连接。
8.一种耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的系统完成，包括如下步骤：
光伏光热组件发电通过第一电能输出端为制氢装置提供电能，所述的制氢装置将制备的氢气储存在所述的储氢装置中，所述的储氢装置为燃料电池提供氢气；
光伏光热组件的第一热能输出端通过换热介质循环管路与换热储能水箱中的水进行换热，所述的换热储能水箱中的储水部为用热终端提供热水。
9.根据权利要求8所述的耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供方法，其特征在于，第一电能输出端和第二电能输出端分别与配电柜连接，配电柜将电能供给电能用户端或并入电网。
10.根据权利要求8所述的耦合光伏光热-燃料电池-制氢储氢的高效零碳的热电气供方法，其特征在于，第二热能输出端为换热储能水箱提供辅助热能。
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