CN116960399B - 兆瓦级氢燃料电池分布式发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种兆瓦级氢燃料电池分布式发电系统，涉及燃料电池技术领域，其包括质子交换膜燃料电池组、燃料供给系统、空气供给系统、冷却系统、控制系统和电能输出系统；质子交换膜燃料电池组、燃料供给系统、冷却系统和空气供给系统均与控制系统连接，冷却系统与质子交换膜燃料电池组之间通过管道连接并构成冷却水循环回路，本发明中可通过多个氢燃料电池系统的配合为独立用户稳定供电，具体的，启动控制系统，此时空气供给系统按照各个燃料电池系统的需求进行独立供气，燃料供给系统按照质子交换膜燃料电池组的需求提供气体反应物，质子交换膜燃料电池组将产生的电能连接输送到电能输出系统对外供电。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种兆瓦级氢燃料电池分布式发电系统。
背景技术
氢能，是公认的清洁能源，被誉为21世纪最具发展前景的二次能源，它有助于解决能源危机、全球变暖以及环境污染。氢具有来源广泛、零污染、储运方便、利用率高、快速补充、可通过燃料电池技术（氢燃料电池实质上是一种发电装置，氢气和氧气通过电化学反应产生电，生产水）把化学能直接转换为电能的特点。
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。当前，有的区域还是以电网集中供电的方式进行电能的分配，这种方式存在不能灵活适应负载变化、存在大面积停电风险的情况。针对这个情况提出了分布式发电装置，且分布式发电装置可以根据客户实际需求，安装在客户端进行供电，减少远距离配电设备从而提高了输电效率。
但是常规的分布式发电装置在对独立用户供电时却存在局限性，例如家庭用小功率热电联供系统，往往选用天然气重整制氢方式将制得的氢通过燃料电池技术换为电能，整个操作过程中，需要价格昂贵的重整器。但重整器输出的重整气氢气含量较低，同时也是直接将氢气通入燃料电池，这样就造成部分氢气没有利用，导致发电功率较低的现象发生。即目前的分布式发电装置由于氢气利用率低，发电功率小，不能满足独立的大型工业园区的用电需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种兆瓦级氢燃料电池分布式发电系统，以解决上述背景技术中提出的由于发电功率小，不能满足独立的大型工业园区的用电需求的问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
一种兆瓦级氢燃料电池分布式发电系统，包括质子交换膜燃料电池组、燃料供给系统、空气供给系统、冷却系统、控制系统和电能输出系统；
所述质子交换膜燃料电池组、燃料供给系统、冷却系统和空气供给系统均与控制系统连接，所述质子交换膜燃料电池组与燃料供给系统、空气供给系统和电能输出系统连接，所述冷却系统与质子交换膜燃料电池组之间通过管道连接并构成冷却水循环回路；
所述燃料供给系统能够朝质子交换膜燃料电池组提供气体反应物；
所述冷却系统能够将质子交换膜燃料电池组产生的热量散去；
所述质子交换膜燃料电池组包括多个氢燃料电池系统；所述氢燃料电池系统能够通过电化学反应将气体反应物的化学能转化为电能和热能；
所述空气供给系统能够对各个燃料电池系统进行供气；
所述电能输出系统能够将质子交换膜燃料电池组产生的电能连接输送至外界并进行供电；
当控制系统启动时，所述空气供给系统按照各个燃料电池系统的需求进行独立供气，所述燃料供给系统按照质子交换膜燃料电池组的需求提供气体反应物，所述质子交换膜燃料电池组将产生的电能连接输送到电能输出系统对外供电。
作为本发明的一种优选方案，所述燃料供给系统和冷却系统内均通过同一输送分配管路依次为质子交换膜燃料电池组提供气体反应物与冷却水。
作为本发明的一种优选方案，所述输送分配管路包括依照气体反应物或冷却水的流向依次连接的进总管、支管以及出总管；
所述支管包括与进总管并联连接的进支管一与进支管二以及与出总管并联连接的出支管一与出支管二；
所有的氢燃料电池系统按照两两为一组的形式在进支管一与出支管一之间以及进支管二与出支管二之间设置；每两个氢燃料电池系统均通过次级支管与进支管一和出支管一或进支管二和出支管二导通连接。
作为本发明的一种优选方案，所述燃料供给系统包括顺次连接的能够引入气体反应物的第一截止阀、氢过滤器、八字盲板、压力传感器、第二阻火器、气动截止阀、第二截止阀、流量计、第三截止阀、压力传感器、温度传感器、第一阻火器、第四截止阀；所述第四截止阀能够与进总管导通并朝进总管内输入气体反应物，所述流量计用于控制输入进总管内的气体反应物的量；
在所述第二截止阀与气动截止阀之间连接有一紧急支路，该紧急支路另一端导通连接于第三截止阀与压力传感器之间，且该紧急支路上安装有第五截止阀，所述第五截止阀能够在流量计失效时提供气体反应物。
作为本发明的一种优选方案，所述第二阻火器与压力传感器之间导通连接有氮气吹散支路，氮气吹散支路上沿着气体反应物的流动方向设有依次连接的第六截止阀、过滤器、压力传感器和第七截止阀，所述第七截止阀处于常闭状态且能够在氮气吹散支路内引入氮气以进行吹扫动作时打开。
作为本发明的一种优选方案，所述冷却系统为撬装式冷却系统；
所述撬装式冷却系统包括燃料电池组散热外部回路、燃料电池组散热内部回路、燃料电池组辅助散热外部回路以及燃料电池组辅助散热内部回路。
作为本发明的一种优选方案，所述燃料电池组散热外部回路包括截止阀一、截止阀二、截止阀四、截止阀五、截止阀七、截止阀八、截止阀十、截止阀十一、截止阀十三、截止阀十五、截止阀四十一、电动截止阀九、Y型过滤器三、Y型过滤器六、温度传感器十二、流量计十四、板式换热器十六、温度传感器十七、压力传感器十八；板式换热器十六上设有冷侧进口、冷侧出口、热侧进口、热侧出口；
所述截止阀一、截止阀二、Y型过滤器三、截止阀四、截止阀八、电动截止阀九、截止阀十、温度传感器十二、截止阀十三、流量计十四、截止阀十五以及板式换热器十六的进水端按照外界冷却水流入时的流通方向顺次导通连接；
所述截止阀五、Y型过滤器六以及截止阀七按照冷却水流入时的流通方向顺次导通连接并构成防堵塞支路，该防堵塞支路一端连接在截止阀一与截止阀二之间，另一端连接在截止阀四与截止阀八之间；
所述截止阀十一一端连接在截止阀四与截止阀八之间，另一端连接在截止阀十与温度传感器十二之间；
所述板式换热器十六的出水端、压力传感器十八、温度传感器十七以及截止阀四十一按照冷却水流出时的流通方向顺次导通连接。
作为本发明的一种优选方案，所述燃料电池组散热内部回路包括压力传感器二十五、截止阀二十六、水泵二十七、单向阀二十八、截止阀二十九、截止阀三十、水泵三十一、单向阀三十二和截止阀三十三、截止阀十九、排气阀二十、截止阀二十一、流量计二十二、截止阀二十三；
冷却水流入后，冷却水能够逐渐通过依次连通的压力传感器二十五、截止阀二十六、水泵二十七、单向阀二十八、截止阀二十九，并在流出截止阀二十九后通入进总管；
按照冷却水通入进总管的流通方向，所述截止阀三十、水泵三十一、单向阀三十二和截止阀三十三顺次连接并构成备用支路，所述备用支路一端连接在压力传感器二十五、截止阀二十六之间，另一端连接在截止阀二十九的出水端；
在所述压力传感器二十五和板式换热器十六热侧出口之间连接有补水支路，补水支路上安装有截止阀二十四；
当冷却水从所述出总管排出时，冷却水逐渐通过依次连接的截止阀二十三、流量计二十二、截止阀二十一并进入板式换热器十六的热侧进口；
所述截止阀十九一端连接在板式换热器十六热侧进口与截止阀二十一之间，所述排气阀二十连接在截止阀十九另一端，所述排气阀二十与截止阀十九构成排气支路。
作为本发明的一种优选方案，所述燃料电池组辅助散热外部回路包括截止阀三十四、板式换热器三十五、截止阀三十六；
所述板式换热器三十五上也设有冷侧进口、冷侧出口、热侧进口、热侧出口；
按照冷却水流动方向，截止阀三十四、板式换热器三十五冷侧进口、板式换热器三十五冷侧出口以及截止阀三十六依次连通并构成分流支路，该分流支路的一端连接在截止阀八与截止阀四之间并引导冷却水进入，另一端连接在温度传感器十七与截止阀四十一之间并引导冷却水排出。
作为本发明的一种优选方案，所述燃料电池组辅助散热内部回路包括截止阀三十八、水泵三十九、截止阀四十、截止阀四十一、水泵四十二、截止阀四十三、截止阀三十七；
当冷却水从板式换热器三十五热侧出口排出时，按照冷却水流动方向板式换热器三十五热侧出口、截止阀三十八、水泵三十九以及截止阀四十依次连接；
所述截止阀四十一、水泵四十二以及截止阀四十三依次连接并构成故障水泵支路，所述故障水泵支路的一端连接在板式换热器三十五热侧出口与截止阀三十八之间，另一端连接在截止阀四十出口端；
所述截止阀三十七与板式换热器三十五的热侧进口连接，所述截止阀三十七能够接收水泵三十九或水泵四十二泵出的冷却水。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
本发明中可通过多个氢燃料电池系统的配合为独立用户稳定供电，具体的，启动控制系统，此时空气供给系统按照各个燃料电池系统的需求进行独立供气，燃料供给系统按照质子交换膜燃料电池组的需求提供气体反应物，质子交换膜燃料电池组将产生的电能连接输送到电能输出系统对外供电，其中多个氢燃料电池系统的配合能将一股氢气转化为多股独立使用，其利用率较高。
本发明可通过燃料电池组散热外部回路、燃料电池组散热内部回路、燃料电池组辅助散热外部回路以及燃料电池组辅助散热内部回路的配合，对质子交换膜燃料电池组进行散热，以提高使用寿命，同时还具有十分广阔的经济及环保前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例中的分布式发电系统示意图；
图2是本发明中的冷却系统原理图；
图3是本发明中的燃料供给系统原理图；
图4是本发明中的氢气和冷却水管路分配示意图。
图中的标号分别表示如下：
100、进总管；201、一级支管一；202、一级支管二；203、一级支管三；204、一级支管四；205、一级支管五；206、一级支管六；207、一级支管七；208、一级支管八；301、管路三一；302、管路三二；303、管路三三；304、管路三四；305、管路三五；306、管路三六；307、管路三七；308、管路三八；401、二支管四一；402、二支管四二；403、二支管四三；404、二支管四四；405、二支管四五；406、二支管四六；407、二支管四七；408、二支管四八；409、二支管四九；410、二支管四一零；411、二支管四一一；412、二支管四一二；413、二支管四一三；414、二支管四一四；415、二支管四一五；416、二支管四一六；501、管路五一；502、管路五二；503、管路五三；504、管路五四；505、管路五五；506、管路五六；507、管路五七；508、管路五八；509、管路五九；510、管路五一零；511、管路五一一；512、管路五一二；513、管路五一三；514、管路五一四；515、管路五一五；516、管路五一六；601、管路六一；602、管路六二；603、管路六三；604、管路六四；605、管路六五；606、管路六六；607、管路六七；608、管路六八；701、管路七一；702、管路七二；703、管路七三；704、管路七四；705、管路七五；706、管路七六；801、管路八一；802、管路八二；900、出总管；
001a、第一截止阀；002a、氢过滤器；003a、八字盲板；004a、压力传感器；005a、第二阻火器；006a、气动截止阀；007a、第二截止阀；008a、流量计；009a、第三截止阀；010a、压力传感器；011a、温度传感器；012a、第一阻火器；013a、第四截止阀；014a、第七截止阀；015a、压力传感器；016a、过滤器；017a、第六截止阀；018a、第五截止阀；
001、截止阀一；002、截止阀二；003、Y型过滤器三；004、截止阀四；005、截止阀五、006、Y型过滤器六；007、截止阀七；008、截止阀八、009、电动截止阀九；010、截止阀十；011、截止阀十一；012、温度传感器十二；013、截止阀十三；014、流量计十四；015、截止阀十五；016、板式换热器十六；017、温度传感器十七；018、压力传感器十八；019、截止阀十九；020、排气阀二十；021、截止阀二十一；022、流量计二十二；023、截止阀二十三；024、截止阀二十四；025、压力传感器二十五；026、截止阀二十六；027、水泵二十七；028、单向阀二十八；029、截止阀二十九；030、截止阀三十；031、水泵三十一；032、单向阀三十二；033、截止阀三十三；034、截止阀三十四；035、板式换热器三十五；036、截止阀三十六；037、截止阀三十七；038、截止阀三十八；039、水泵三十九；040、截止阀四十；041、截止阀四十一；042、水泵四十二；043、截止阀四十三。
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。
如图1-4所示，本发明提供了一种兆瓦级氢燃料电池分布式发电系统，包括质子交换膜燃料电池组、燃料供给系统、空气供给系统、冷却系统、控制系统和电能输出系统；
质子交换膜燃料电池组、燃料供给系统、冷却系统和空气供给系统均与控制系统连接，质子交换膜燃料电池组与燃料供给系统、空气供给系统和电能输出系统连接，冷却系统与质子交换膜燃料电池组之间通过管道连接并构成冷却水循环回路；
燃料供给系统能够朝质子交换膜燃料电池组提供气体反应物；
冷却系统能够将质子交换膜燃料电池组产生的热量散去；
质子交换膜燃料电池组包括多个氢燃料电池系统；氢燃料电池系统能够通过电化学反应将气体反应物的化学能转化为电能和热能；
空气供给系统能够对各个燃料电池系统进行供气；
电能输出系统能够将质子交换膜燃料电池组产生的电能连接输送至外界并进行供电；
当控制系统启动时，空气供给系统按照各个燃料电池系统的需求进行独立供气，燃料供给系统按照质子交换膜燃料电池组的需求提供气体反应物，质子交换膜燃料电池组将产生的电能连接输送到电能输出系统对外供电。
本发明中可通过多个氢燃料电池系统的配合为独立用户稳定供电，具体的，启动控制系统，此时空气供给系统按照各个燃料电池系统的需求进行独立供气，燃料供给系统按照质子交换膜燃料电池组的需求提供气体反应物，质子交换膜燃料电池组将产生的电能连接输送到电能输出系统对外供电。
按照工作流程，如图1所示，电能输出系统右端可与外界连通从而对外界输出供电。
各个燃料电池系统的配合增大了气体反应物的反应效率，使得供电更稳定。
优选的，燃料供给系统和冷却系统内均通过同一输送分配管路依次为质子交换膜燃料电池组提供气体反应物与冷却水。输送分配管路包括依照气体反应物或冷却水的流向依次连接的进总管100、支管以及出总管900；
支管包括与进总管100并联连接的进支管一与进支管二以及与出总管900并联连接的出支管一与出支管二；
所有的氢燃料电池系统按照两两为一组的形式在进支管一与出支管一之间以及进支管二与出支管二之间设置；每两个氢燃料电池系统均通过次级支管与进支管一和出支管一或进支管二和出支管二导通连接。
需要注意的是：在操作输送分配管路以提供气体反应物（氢气）与冷却水时，气体反应物与冷却水是按照顺序先后投入的。
在实际操作时，可参照图4，氢燃料电池系统共设置16个，每个氢燃料电池系统所需的空气均由各自氢燃料电池系统所集成的空气压缩机提供；所需的氢气由燃料供给系统提供；冷却水由冷却系统提供。
其中，进支管一具体为：一级支管一201、一级支管二202、一级支管三203、一级支管四204；
进支管二具体为：一级支管五205、一级支管六206、一级支管七207、一级支管八208；
出支管一具体为：管路七一701、管路七二702、管路七三703、管路八一801；
出支管二具体为：管路七四704、管路七五705、管路七六706、管路八二802；
次级支管具体为：管路三一301、管路三二302、管路三三303、管路三四304、管路三五305、管路三六306、管路三七307、管路三八308、二支管四一401、二支管四二402、二支管四三403、二支管四四404、二支管四五405、二支管四六406、二支管四七407、二支管四八408、二支管四九409、二支管四一零410、二支管四一一411、二支管四一二412、二支管四一三413、二支管四一四414、二支管四一五415、二支管四一六416、管路五一501、管路五二502、管路五三503、管路五四504、管路五五505、管路五六506、管路五七507、管路五八508、管路五九509、管路五一零510、管路五一一511、管路五一二512、管路五一三513、管路五一四514、管路五一五515、管路五一六516；
由于输送分配管路可分配氢气或冷却水进入每个氢燃料电池系统，故而以氢气的分配方式举例说明，具体工作时，进总管100输入氢气，之后气体进入后分出一级支管一201、一级支管五205两根一级支管（一级支管一201后可依次连接一级支管二202、一级支管三203、一级支管四204；一级支管五205后可依次连接一级支管六206、一级支管七207、一级支管八208，所有的一级支管外形与工作原理都相同，为了进行区别以不同的标记进行示意）；再由于氢燃料电池系统两两为一组设置，故而取两个氢燃料电池系统进行说明。
随后，由于一级支管一201和一级支管二202之间由三通管分出管路三一301，管路三一301分出二支管四一401、二支管四二402，且二支管四一401、二支管四二402分别与两个氢燃料电池系统的其中一端对应连接，而两个氢燃料电池系统的另一端分别与管路五一501、管路五二502对应连接，最后管路五一501、管路五二502会合并到管路六一601（如图4所示，602-608分别为管路六二、管路六三、管路六四、管路六五、管路六六、管路六七、管路六八）。
故而气体会从一级支管一201进入管路三一301，再从管路三一301进入二支管四一401、二支管四二402，最后再从二支管四一401、二支管四二402分别进入两个氢燃料电池系统内，之后除去需要反应的氢气，多余的气体会流出至对应的管路五一501、管路五二502，再汇合至管路六一601，之后经过管路七一701、管路七二702、管路七三703、管路八一801，再通过管路八一801和管路八二802合并到出总管900排出。
上述便是两个氢燃料电池系统的氢气分配流程，余下的氢燃料电池系统得分配流程参照上述即可。
优选的，燃料供给系统包括顺次连接的能够引入气体反应物的第一截止阀001a、氢过滤器002a、八字盲板003a、压力传感器004a、第二阻火器005a、气动截止阀006a、第二截止阀007a、流量计008a、第三截止阀009a、压力传感器010a、温度传感器011a、第一阻火器012a、第四截止阀013a；第四截止阀013a能够与进总管100导通并朝进总管100内输入气体反应物，流量计008a用于控制输入进总管100内的气体反应物的量；在第二截止阀007a与气动截止阀006a之间连接有一紧急支路，该紧急支路另一端导通连接于第三截止阀009a与压力传感器010a之间，且该紧急支路上安装有第五截止阀018a，第五截止阀018a能够在流量计008a失效时提供气体反应物。
第二阻火器005a与压力传感器004a之间导通连接有氮气吹散支路，氮气吹散支路上沿着气体反应物的流动方向设有依次连接的第六截止阀017a、过滤器016a、压力传感器015a和第七截止阀014a，第七截止阀014a处于常闭状态且能够在氮气吹散支路内引入氮气以进行吹扫动作时打开。
燃料供给系统具体流程为：氢气进入第一截止阀一001a，并依次经过氢过滤器002a，八字盲板003a，压力传感器004a，第二阻火器005a，气动截止阀006a，第二截止阀七007a，流量计008a，第三截止阀009a，压力传感器010a，温度传感器011a，第一阻火器012a，第四截止阀十三013a，进入燃料电池氢气分配管路，即进总管100。在第二截止阀七007a前并联的紧急支路中，由于紧急支路上装有第五截止阀018a，故而可在流量计008a失效时紧急供氢，使得所有的燃料电池系统工作均不受影响。且在第二阻火器005a前并联有氮气吹散支路，氮气吹散支路上的第七截止阀014a处于常闭状态，用氮气吹扫时打开。
氮气吹散支路的具体工作时间为：氢燃料电池系统组装好之后但在通氢气之前，利用氮气进行置换。置换的目的时将管道内的氧气置换到低于爆炸极限，防止氢气进入时与氧气混合而发生爆炸。氢燃料电池系统检修后同理需要氮气置换。另外氢燃料电池系统停机后，利用氮气吹扫，排除氢燃料电池系统中内部的水分。
优选的，由于氢燃料电池系统在工作时会产生热量，为了使热量被以较高的效率散去，故而，冷却系统为撬装式冷却系统；
撬装式冷却系统包括燃料电池组散热外部回路、燃料电池组散热内部回路、燃料电池组辅助散热外部回路以及燃料电池组辅助散热内部回路。
图2的燃料电池堆冷却出口和图4的出总管900相连，图2的燃料电池堆冷却入口和图4的进总管100相连。
燃料电池组散热外部回路包括截止阀一001、截止阀二002、截止阀四004、截止阀五005、截止阀七007、截止阀八008、截止阀十010、截止阀十一011、截止阀十三013、截止阀十五015、截止阀四十一041、电动截止阀九009、Y型过滤器三003、Y型过滤器六006、温度传感器十二012、流量计十四014、板式换热器十六016、温度传感器十七017、压力传感器十八018；板式换热器十六016上设有冷侧进口、冷侧出口、热侧进口、热侧出口；
截止阀一001、截止阀二002、Y型过滤器三003、截止阀四004、截止阀八008、电动截止阀九009、截止阀十010、温度传感器十二012、截止阀十三013、流量计十四014、截止阀十五015以及板式换热器十六016的进水端按照外界冷却水流入时的流通方向顺次导通连接；
截止阀五005、Y型过滤器六006以及截止阀七007按照冷却水流入时的流通方向顺次导通连接并构成防堵塞支路，该防堵塞支路一端连接在截止阀一001与截止阀二002之间，另一端连接在截止阀四004与截止阀八008之间；
截止阀十一011一端连接在截止阀四004与截止阀八008之间，另一端连接在截止阀十010与温度传感器十二012之间；
板式换热器十六016的出水端、压力传感器十八018、温度传感器十七017以及截止阀四十一041按照冷却水流出时的流通方向顺次导通连接。
燃料电池组散热外部回路的具体操作流程为，外部工业冷却水首先经过截止阀一001，再进入Y型过滤器三003，由于Y型过滤器三003前后装有截止阀二002、截止阀四004，且在截止阀二002前并联截止阀五005、Y型过滤器六006、截止阀七007到截止阀四004后，这样做的目的是在Y型过滤器三003被堵塞时，可以通过调节Y型过滤器三003前后的截止阀二002、截止阀四004，切换水流通道将堵塞的Y型过滤器三003换下清洗而不影响冷却系统的正常工作。
之后随着冷却水流动至电动截止阀九009时，电动截止阀九009前后装有截止阀八008、截止阀十010。且为了防止电动截止阀九009出现故障，故而设置截止阀十一011，之后，外部工业冷却水通过截止阀十010后，依次经过温度传感器十二012，流量计十四014，板式换热器十六016冷侧进口。
流量计前后装有截止阀十三013、截止阀十五015，目的是为了调节外部工业冷却水进入板式换热器的水流量。冷却水从板式换热器十六016冷侧进口进入再从板式换热器十六016冷侧出口流出后，依次经过压力传感器十八018，温度传感器十七017，截止阀四十一041，最后回到工业冷却水的出口，如此便构成燃料电池组散热外部回路。
优选的，燃料电池组散热内部回路包括压力传感器二十五025、截止阀二十六026、水泵二十七027、单向阀二十八028、截止阀二十九029、截止阀三十030、水泵三十一031、单向阀三十二032和截止阀三十三033、截止阀十九019、排气阀二十020、截止阀二十一021、流量计二十二022、截止阀二十三023；
冷却水流入后，冷却水能够逐渐通过依次连通的压力传感器二十五025、截止阀二十六026、水泵二十七027、单向阀二十八028、截止阀二十九029，并在流出截止阀二十九029后通入进总管100；
按照冷却水通入进总管100的流通方向，截止阀三十030、水泵三十一031、单向阀三十二032和截止阀三十三033顺次连接并构成备用支路，备用支路一端连接在压力传感器二十五025、截止阀二十六026之间，另一端连接在截止阀二十九029的出水端；
在压力传感器二十五025和板式换热器十六016热侧出口之间连接有补水支路，补水支路上安装有截止阀二十四024；
当冷却水从出总管900排出时，冷却水逐渐通过依次连接的截止阀二十三023、流量计二十二022、截止阀二十一021并进入板式换热器十六016的热侧进口；
截止阀十九019一端连接在板式换热器十六016热侧进口与截止阀二十一021之间，排气阀二十020连接在截止阀十九019另一端，排气阀二十020与截止阀十九019构成排气支路。
燃料电池组散热内部回路的具体操作流程为，燃料电池系统组内部冷却水（燃料电池系统组内部冷却水指16个氢燃料电池系统内部的冷却水。图2中的燃料电池组散热外部回路为外部冷却水由截止阀十五015通过板式换热器十六016内部流道流向压力传感器十八018；而燃料电池组散热内部回路为16个氢燃料电池系统内部的冷却水由截止阀二十一021通过板式换热器十六016内部流道流向压力传感器二十五025。如此便表明板式换热器十六016左右两个回路不相通）从板式换热器十六016热侧出口流出，经过管路上的压力传感器二十五025，水泵二十七027和单向阀二十八028，在水泵二十七027前面装有截止阀二十六026，单向阀二十八028后面装有截止阀二十九029，截止阀二十六026前并联截止阀三十030，水泵三十一031，单向阀三十二032，截止阀三十三033，目的是在水泵二十七027和单向阀二十八028出现故障时可以迅速启动备用的水泵三十一031、单向阀三十二032，保证冷却水路正常循环。
在压力传感器二十五025和板式换热器十六016热侧出口之间连接有补水支路，补水支路上安装有截止阀二十四024，补水支路的作用是保证主水路的水流量相对稳定，使得水泵正常工作。
之后内部冷却水进入质子交换膜燃料电池组，由质子交换膜燃料电池组内部的分配管路进入单燃料电池系统进行冷却工作，之后再由分配管路汇总到冷却总管上流出燃料电池组系统通过流量计二十二022（即从截止阀二十九029流出的冷却水会进入进总管100，再从出总管900通入至截止阀二十三023），流量计二十二022前后装有截止阀二十三023，截止阀二十一021，最后进入板式换热器十六016的热侧进口。在流量计二十二022前方的截止阀二十三023和板式换热器十六016中间，有通往排气阀二十020的排气支路，排气阀二十020前方安装有截止阀十九019，排气阀二十020的目的是在冷却水循环时可以排空燃料电池系统组冷却管路中的空气，如此便构成燃料电池组散热内部回路（加注冷却水前管路为充满空气的空管路，加冷却水后管路内为气-水共存的状态。冷却水循环时，气体会不断的从排气阀二十020排出）。
优选的，燃料电池组辅助散热外部回路包括截止阀三十四034、板式换热器三十五035、截止阀三十六036；
板式换热器三十五035上也设有冷侧进口、冷侧出口、热侧进口、热侧出口；
按照冷却水流动方向，截止阀三十四034、板式换热器三十五035冷侧进口、板式换热器三十五035冷侧出口以及截止阀三十六036依次连通并构成分流支路，该分流支路的一端连接在截止阀八008与截止阀四004之间并引导冷却水进入，另一端连接在温度传感器十七017与截止阀四十一041之间并引导冷却水排出。
燃料电池组辅助散热外部回路的具体流程为：燃料电池组辅助冷却系统外部工业冷却水在电动截止阀九009前方的截止阀八008前有分到燃料电池组辅助冷却系统的支路（即分流支路），外部工业冷却水通过截止阀三十四034进入板式换热器三十五035冷侧进口，由板式换热器三十五035冷侧出口流出，经过截止阀三十六036回到工业冷却水主管路，构成燃料电池组辅助散热外部回路。
氢燃料电池系统的冷却回路分为给燃料电池电堆冷却的主路冷却回路，和给空压机、空压机控制器、氢气泵控制器等BOP冷却的辅助冷却回路。这里的燃料电池组辅助冷却系统即是给空压机等零部件散热用的冷却回路。
优选的，燃料电池组辅助散热内部回路包括截止阀三十八038、水泵三十九039、截止阀四十040、截止阀四十一041、水泵四十二042、截止阀四十三043、截止阀三十七037；
当冷却水从板式换热器三十五035热侧出口排出时，按照冷却水流动方向板式换热器三十五035热侧出口、截止阀三十八038、水泵三十九039以及截止阀四十040依次连接；
截止阀四十一041、水泵四十二042以及截止阀四十三043依次连接并构成故障水泵支路，故障水泵支路的一端连接在板式换热器三十五035热侧出口与截止阀三十八038之间，另一端连接在截止阀四十040出口端；
截止阀三十七037与板式换热器三十五035的热侧进口连接，截止阀三十七037能够接收水泵三十九039或水泵四十二042泵出的冷却水。
燃料电池组辅助散热内部回路的具体流程为：燃料电池组辅助冷却系统内部冷却水从板式换热器三十五035热侧出口流出，经过水泵三十九039，由于在截止阀三十八038前并联有故障水泵支路，故而在水泵三十九039出现故障时可以迅速启动备用的水泵四十二042，保证冷却水路正常循环。冷却水经由水泵三十九039后进入燃料电池组辅助冷却系统，由燃料电池组辅助冷却系统内部分配管路进入各个需要散热的零部件（燃料电池组辅助冷却系统冷却水分配如图4所示。分配方法一样），之后再由分配管路汇总到第二冷却总管上（即冷却水经由水泵三十九039泵入燃料电池组辅助冷却入口后，进入图4的进总管100经过图4的循环回路由出总管900进入图2的燃料电池组辅助冷却出口引入，再由截止阀三十七037进入板式换热器三十五035的热侧进口）由截止阀三十七037进入板式换热器三十五035的热侧进口，构成燃料电池组辅助散热内部回路。
本发明中，截止阀、水泵等现有技术中的部件都设置有多个，其工作原理与结构均相同，在实际操作时，有时仅开启的时间不同，为了对相同的部件进行区分故而采用名称+序号的方式进行区分。
图2中左侧记载的工业冷却水入口与工业冷却水出口与外界的冷却水注入与排出装置连接，例如往复式抽吸水泵，而图2中右侧记载的分别是燃料电池组冷却出口、燃料电池组冷却入口、燃料电池组辅助冷却出口和燃料电池组辅助冷却入口。
需要注意的是：燃料电池组冷却回路和燃料电池组辅助冷却回路是两个互不相通的不同的回路，但是接入氢燃料电池系统时的回路原理都为图4所示。图2的燃料电池组冷却出口接至图4的出总管900，图2的燃料电池组冷却入口接至图4的进总管100。在燃料电池组辅助冷却回路中，图2的燃料电池组辅助冷却出口接至图4的出总管900，图2的燃料电池组辅助冷却入口接至图4的进总管100。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (6)
1.一种兆瓦级氢燃料电池分布式发电系统，其特征在于，包括质子交换膜燃料电池组、燃料供给系统、空气供给系统、冷却系统、控制系统和电能输出系统；
所述质子交换膜燃料电池组、燃料供给系统、冷却系统和空气供给系统均与控制系统连接，所述质子交换膜燃料电池组与燃料供给系统、空气供给系统和电能输出系统连接，所述冷却系统与质子交换膜燃料电池组之间通过管道连接并构成冷却水循环回路；
所述燃料供给系统能够朝质子交换膜燃料电池组提供气体反应物；
所述冷却系统能够将质子交换膜燃料电池组产生的热量散去；
所述质子交换膜燃料电池组包括多个氢燃料电池系统；所述氢燃料电池系统能够通过电化学反应将气体反应物的化学能转化为电能和热能；
所述空气供给系统能够对各个燃料电池系统进行供气；
所述电能输出系统能够将质子交换膜燃料电池组产生的电能连接输送至外界并进行供电；
当控制系统启动时，所述空气供给系统按照各个燃料电池系统的需求进行独立供气，所述燃料供给系统按照质子交换膜燃料电池组的需求提供气体反应物，所述质子交换膜燃料电池组将产生的电能连接输送到电能输出系统对外供电；
所述燃料供给系统和冷却系统内均通过同一输送分配管路依次为质子交换膜燃料电池组提供气体反应物与冷却水；
所述输送分配管路包括依照气体反应物或冷却水的流向依次连接的进总管（100）、支管以及出总管（900）；
所述支管包括与进总管（100）并联连接的进支管一与进支管二以及与出总管（900）并联连接的出支管一与出支管二；
所有的氢燃料电池系统按照两两为一组的形式在进支管一与出支管一之间以及进支管二与出支管二之间设置；每两个氢燃料电池系统均通过次级支管与进支管一和出支管一或进支管二和出支管二导通连接；
所述燃料供给系统包括顺次连接的能够引入气体反应物的第一截止阀（001a）、氢过滤器（002a）、八字盲板（003a）、压力传感器（004a）、第二阻火器（005a）、气动截止阀（006a）、第二截止阀（007a）、流量计（008a）、第三截止阀（009a）、压力传感器（010a）、温度传感器（011a）、第一阻火器（012a）、第四截止阀（013a）；所述第四截止阀（013a）能够与进总管（100）导通并朝进总管（100）内输入气体反应物，所述流量计（008a）用于控制输入进总管（100）内的气体反应物的量；
在所述第二截止阀（007a）与气动截止阀（006a）之间连接有一紧急支路，该紧急支路另一端导通连接于第三截止阀（009a）与压力传感器（010a）之间，且该紧急支路上安装有第五截止阀（018a），所述第五截止阀（018a）能够在流量计（008a）失效时提供气体反应物；
所述第二阻火器（005a）与压力传感器（004a）之间导通连接有氮气吹散支路，氮气吹散支路上沿着气体反应物的流动方向设有依次连接的第六截止阀（017a）、过滤器（016a）、压力传感器（015a）和第七截止阀（014a），所述第七截止阀（014a）处于常闭状态且能够在氮气吹散支路内引入氮气以进行吹扫动作时打开。
2.根据权利要求1所述的兆瓦级氢燃料电池分布式发电系统，其特征在于，所述冷却系统为撬装式冷却系统；
所述撬装式冷却系统包括燃料电池组散热外部回路、燃料电池组散热内部回路、燃料电池组辅助散热外部回路以及燃料电池组辅助散热内部回路。
3.根据权利要求2所述的兆瓦级氢燃料电池分布式发电系统，其特征在于，所述燃料电池组散热外部回路包括截止阀一（001）、截止阀二（002）、截止阀四（004）、截止阀五（005）、截止阀七（007）、截止阀八（008）、截止阀十（010）、截止阀十一（011）、截止阀十三（013）、截止阀十五（015）、截止阀四十一（041）、电动截止阀九（009）、Y型过滤器三（003）、Y型过滤器六（006）、温度传感器十二（012）、流量计十四（014）、板式换热器十六（016）、温度传感器十七（017）、压力传感器十八（018）；板式换热器十六（016）上设有冷侧进口、冷侧出口、热侧进口、热侧出口；
所述截止阀一（001）、截止阀二（002）、Y型过滤器三（003）、截止阀四（004）、截止阀八（008）、电动截止阀九（009）、截止阀十（010）、温度传感器十二（012）、截止阀十三（013）、流量计十四（014）、截止阀十五（015）以及板式换热器十六（016）的进水端按照外界冷却水流入时的流通方向顺次导通连接；
所述截止阀五（005）、Y型过滤器六（006）以及截止阀七（007）按照冷却水流入时的流通方向顺次导通连接并构成防堵塞支路，该防堵塞支路一端连接在截止阀一（001）与截止阀二（002）之间，另一端连接在截止阀四（004）与截止阀八（008）之间；
所述截止阀十一（011）一端连接在截止阀四（004）与截止阀八（008）之间，另一端连接在截止阀十（010）与温度传感器十二（012）之间；
所述板式换热器十六（016）的出水端、压力传感器十八（018）、温度传感器十七（017）以及截止阀四十一（041）按照冷却水流出时的流通方向顺次导通连接。
4.根据权利要求3所述的兆瓦级氢燃料电池分布式发电系统，其特征在于，所述燃料电池组散热内部回路包括压力传感器二十五（025）、截止阀二十六（026）、水泵二十七（027）、单向阀二十八（028）、截止阀二十九（029）、截止阀三十（030）、水泵三十一（031）、单向阀三十二（032）和截止阀三十三（033）、截止阀十九（019）、排气阀二十（020）、截止阀二十一（021）、流量计二十二（022）、截止阀二十三（023）；
冷却水流入后，冷却水能够逐渐通过依次连通的压力传感器二十五（025）、截止阀二十六（026）、水泵二十七（027）、单向阀二十八（028）、截止阀二十九（029），并在流出截止阀二十九（029）后通入进总管（100）；
按照冷却水通入进总管（100）的流通方向，所述截止阀三十（030）、水泵三十一（031）、单向阀三十二（032）和截止阀三十三（033）顺次连接并构成备用支路，所述备用支路一端连接在压力传感器二十五（025）、截止阀二十六（026）之间，另一端连接在截止阀二十九（029）的出水端；
在所述压力传感器二十五（025）和板式换热器十六（016）热侧出口之间连接有补水支路，补水支路上安装有截止阀二十四（024）；
当冷却水从所述出总管（900）排出时，冷却水逐渐通过依次连接的截止阀二十三（023）、流量计二十二（022）、截止阀二十一（021）并进入板式换热器十六（016）的热侧进口；
所述截止阀十九（019）一端连接在板式换热器十六（016）热侧进口与截止阀二十一（021）之间，所述排气阀二十（020）连接在截止阀十九（019）另一端，所述排气阀二十（020）与截止阀十九（019）构成排气支路。
5.根据权利要求4所述的兆瓦级氢燃料电池分布式发电系统，其特征在于，所述燃料电池组辅助散热外部回路包括截止阀三十四（034）、板式换热器三十五（035）、截止阀三十六（036）；
所述板式换热器三十五（035）上也设有冷侧进口、冷侧出口、热侧进口、热侧出口；
按照冷却水流动方向，截止阀三十四（034）、板式换热器三十五（035）冷侧进口、板式换热器三十五（035）冷侧出口以及截止阀三十六（036）依次连通并构成分流支路，该分流支路的一端连接在截止阀八（008）与截止阀四（004）之间并引导冷却水进入，另一端连接在温度传感器十七（017）与截止阀四十一（041）之间并引导冷却水排出。
6.根据权利要求5所述的兆瓦级氢燃料电池分布式发电系统，其特征在于，所述燃料电池组辅助散热内部回路包括截止阀三十八（038）、水泵三十九（039）、截止阀四十（040）、截止阀四十一（041）、水泵四十二（042）、截止阀四十三（043）、截止阀三十七（037）；
当冷却水从板式换热器三十五（035）热侧出口排出时，按照冷却水流动方向板式换热器三十五（035）热侧出口、截止阀三十八（038）、水泵三十九（039）以及截止阀四十（040）依次连接；
所述截止阀四十一（041）、水泵四十二（042）以及截止阀四十三（043）依次连接并构成故障水泵支路，所述故障水泵支路的一端连接在板式换热器三十五（035）热侧出口与截止阀三十八（038）之间，另一端连接在截止阀四十（040）出口端；
所述截止阀三十七（037）与板式换热器三十五（035）的热侧进口连接，所述截止阀三十七（037）能够接收水泵三十九（039）或水泵四十二（042）泵出的冷却水。
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