CN116979091A - 一种基于sofc的高效能源转化系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种基于SOFC的高效能源转化系统及运行方法，涉及能源及高效发电技术领域，该系统包括重整子系统、空气供应动力子系统、SOFC发电装置、燃烧及换热子系统以及一级蓄电子系统，重整子系统用于将燃料重整形成气体介质引入发电装置；空气供应动力子系统向燃烧及换热子系统供应压缩空气；燃烧及换热子系统用于燃烧生热并与压缩空气热交换；蓄电子系统供电鱼用户，此外该运行方法包括监测燃烧器的温度、电堆阴极的温度以及SOFC电堆的温度；基于监测温度，调整系统中管路开度大小、空气压缩机的输入功率以及燃料供应，维持燃烧器温度于800℃～950℃区间内。本申请有效解决了频繁变载导致电堆性能下降等诸多的问题。

Description

一种基于SOFC的高效能源转化系统及运行方法
技术领域
本申请涉及能源及高效发电技术领域，具体涉及一种基于SOFC的高效能源转化系统及运行方法。
背景技术
现固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）系统设计，大部分的高温废气都被直接排放，造成了高品位能的大量浪费。随着能源高效利用的不断提倡，偏向于SOFC的热电联供系统及SOFC-GT（固体氧化物燃料电池结合燃气轮机）、SOFC-ST（固体氧化物燃料电池结合蒸汽轮机）混合发电系统逐渐出现，以期望达到不断提高能源转化效率的目的。
由于涉及到强热力耦合、变量多等因素的影响，混合发电系统的运行控制存在较多难题，因此，降低其控制难度是目前混合系统面临的一个亟待解决的问题；另一方面，SOFC因现有技术的限制，频繁变载势必会导致电堆性能的显著下降，如何良好地匹配不同负载需求与SOFC自身性能的最佳体现也是一个主要内容；结合现有的基于SOFC的能源转化装置，鲜有能够适应多种能源利用场景的综合应用系统，因此，提供一种通用性更强的基于SOFC的高效能源转化系统势在必行。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种基于SOFC的高效能源转化系统及运行方法，旨在解决现有技术中频繁变载导致电堆性能下降以及无法适应多种能源利用场景的问题。
本申请采用的技术方案如下：
第一方面：
一种基于SOFC的高效能源转化系统，包括：
重整子系统，包括燃料供应泵以及重整器；
空气供应动力子系统，包括空气压缩机和高温涡轮机，所述空气压缩机和所述高温涡轮机同轴设置；
SOFC发电装置，包括SOFC电堆，所述SOFC电堆配置有电堆阴极和电堆阳极；
燃烧及换热子系统，包括燃烧器和换热器；以及，
蓄电子系统，包括DC-DC模块以及一级蓄能电池，所述SOFC电堆通过所述DC-DC模块连接所述一级蓄能电池，所述一级蓄能电池供电于用户；
其中，所述燃料供应泵用于向所述重整器和所述燃烧器供应燃料；所述重整器用于将燃料重整反应形成供电堆反应的气体介质引入所述电堆阳极；所述空气压缩机用于向所述燃烧器和所述换热器供应压缩空气；所述燃烧器用于使燃料和压缩空气混合燃烧形成高温气体引入所述换热器；所述换热器用于将压缩空气与高温气体形成热交换，并将换热后的压缩空气引入所述电堆阴极以及将换热后的高温气体分别引入所述高温涡轮机以及所述重整器；所述蓄电子系统用于根据所述一级蓄能电池的剩余电量以及实际电负载控制所述一级蓄能电池的充放电。
可选的，所述燃料供应泵通过一进两出阀V1分别连接所述重整器和所述燃烧器，所述重整器连接所述电堆阳极；
所述空气压缩机通过一进两出阀V2分别连接所述换热器和所述燃烧器，所述燃烧器、所述换热器以及所述电堆阴极顺次连接，所述换热器还通过一进两出阀V3分别连接所述高温涡轮机和所述重整器。
可选的，所述电堆阳极与所述电堆阴极的尾气排放口连接所述燃烧器。
可选的，所述一级蓄能电池连接所述空气压缩机。
可选的，所述的基于SOFC的高效能源转化系统，还包括用于接收所述高温涡轮机以及所述重整器的余热废气实现二次利用的余热利用子系统，所述重整器和所述高温涡轮机通过两进一出阀V4连接所述余热利用子系统。
可选的，所述余热利用子系统包括第一余热梯级利用子系统和第二余热梯级利用子系统，所述余热废气通过一进两出阀V5分别引入所述第一余热梯级利用子系统和第二余热梯级利用子系统。
可选的，所述第一余热梯级利用子系统包括依次首尾循环连接的锅炉系统、汽轮机、冷凝器、循环泵，所述汽轮机通过AC-DC模块连接有二级蓄能电池。
可选的，所述第二余热梯级利用子系统包括常温进水管、热水供应管以及水温换热器。
可选的，所述蓄电子系统还用于根据监测所述一级蓄能电池的剩余电量获取的SOC值、实际电负载P负载，判断所述SOC值以及比较所述P负载与Popt；若SOC值<25%，且P负载≤Popt，则维持Popt运行，反之，若P负载>Popt，则切换至Pmax运行至SCO值>95%时，维持Popt运行；若25%≤SOC值≤95%，则维持Popt运行；若SOC值>95%，且P负载≤Popt，则所述SOFC电堆处于待机状态直至SOC值<25%时，维持Popt运行，反之若SOC值>95%，且P负载>Popt，则维持Popt运行；
其中，Popt为所述基于SOFC的高效能源转化系统的最佳发电功率；
Pmax为所述基于SOFC的高效能源转化系统的最大发电功率。
第二方面
一种基于SOFC的高效能源转化系统的运行方法，包括：
监测所述燃烧器的温度、所述电堆阴极的温度以及所述SOFC电堆的温度；
基于所述燃烧器的温度、所述电堆阴极的温度以及所述SOFC电堆的温度，调整所述基于SOFC的高效能源转化系统中管路开度大小、空气压缩机的输入功率以及燃料供应，维持所述燃烧器温度于800℃～950℃区间内。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
本申请实施例提出的一种基于SOFC的高效能源转化系统及运行方法，系统中高温涡轮机仅用来满足空气压缩机的转速和转矩需求，不用来发电，可有效降低因非线性、多变量、强热力耦合等因素导致的诸多控制及运行问题；同时增加了与系统功率及应用场景匹配的一级蓄能电池，系统发电后储存于一级蓄能电池内为用户提供能源供应，既能大幅减少因负载变化导致的电堆输出功率的变化，对延长系统的使用寿命有有益效果，又可避免系统为了匹配负载而长时间不在最佳工作区间的问题，提升系统发电效率，还能有效降低因负载不正常运行导致的发电系统额定工作点偏离程度，降低控制系统的复杂度。
附图说明
图1为本申请实施例提供的基于SOFC的高效能源转化系统的结构框图；
图2为本申请实施例提供的基于SOFC的高效能源转化系统中余热利用子系统的结构框图；
图3为本申请实施例提供的基于SOFC的高效能源转化系统中一级蓄能电池的充放电控制原理框图；
图4为申请实施例提供的基于SOFC的高效能源转化系统运行方法的原理框图。
附图中标号说明：
11-SOFC电堆，12-电堆阳极，13-电堆阴极，14-重整器，15-燃烧器，16-空气压缩机，17-高温涡轮机，18-换热器，19-一级蓄能电池，20-DC-DC模块，21-锅炉系统，22-汽轮机，23-冷凝器，24-循环泵，25-AC-DC模块，26-水温换热器，27-二级蓄能电池。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
需要说明，本申请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。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。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认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
参照附图1，本申请实施例提供了一种基于SOFC的高效能源转化系统，包括重整子系统、空气供应动力子系统、SOFC发电装置、燃烧及换热子系统以及一级蓄电子系统，其中：重整子系统包括燃料供应泵以及重整器14；空气供应动力子系统包括空气压缩机和高温涡轮机17；SOFC发电装置包括SOFC电堆11，SOFC电堆11配置有电堆阴极13和电堆阳极12；燃烧及换热子系统包括燃烧器15和换热器18；一级蓄电子系统包括DC-DC模块20以及一级蓄能电池19。
如图1所示，重整子系统中的重整器14用于将前端燃料供应泵供应的燃料通过重整反应转化成SOFC电堆11能够反应的气体介质形式，比如H2、CO等。燃料供应泵连接有一个一进两出阀V1，一进两出阀V1分别通过路径1-1和路径2-1通入燃烧器15和重整器14内。
又，空气供应动力子系统中的空气压缩机用于给整个系统提供足够量的压缩空气。空气压缩机将压缩后的空气通过一个一进两出阀V2分别沿路径2-3和路径1-2通入换热器18和燃烧器15。经燃烧器15燃烧后的高温气体在换热器18内与途径换热器18的压缩空气完成热交换，换热后的压缩空气经路径2-3通入电堆阴极13，而换热后的高温气体通过一个一进两出阀V3分别沿路径4-1和4-2通入高温涡轮机17和重整器14内，流入高温涡轮机17的高温气体可驱动高温涡轮机17高速旋转，因高温涡轮机17与空气压缩机共轴连接，空气压缩机可实现随同高速转动。
经重整器14重整后的加热气体沿路径2-2通入电堆阳极12，换热后的压缩空气形成高温气体通入电堆阴极13，SOFC电堆11产生电能，电能经DC-DC模块20转化储存于一级蓄能电池19内，一级蓄能电池19用于向用户供电。电堆未反应完的气体经路径2-4和路径2-5再次通入燃烧器15，在其中充分燃烧后形成高温废气与燃烧器15中使用燃料燃烧形成的高温气体一同通过路径3到达换热器18，将热量传递给压缩空气，用来给系统内需要的部分提供高温环境。
蓄电子系统主要包含与系统功率匹配的一级蓄能电池19及DC-DC模块20，其主要用来存储本系统产生的电能，用于向用户供电，同时在必要的时候给系统内的用电设备系统电能，在本申请中，蓄能电池最终满足用户对可靠的、稳定或者多变的电能的需求。
此外，为了进一步减少系统能源浪费，达到能源高效利用的目的，参见图1和图2所示，本系统还包括用于接收高温涡轮机17以及重整器14的余热废气实现二次利用的余热利用子系统，具体来说，重整器14和高温涡轮机17分别通过路径4-3和4-4连接一个两进一出阀V4，两进一出阀V4通过管路连接一个一进两出阀V5，一进两出阀V5分别通过路径5-1和路径6-1接入第一余热梯级利用子系统和第二余热梯级利用子系统，其中，第一余热梯级利用子系统包括依次首尾循环连接的锅炉系统21、汽轮机22、冷凝器23、循环泵24，汽轮机22通过AC-DC模块25连接有二级蓄能电池27，第一余热梯级利用子系统通过有机朗肯循环进行发电，产生的电能经过AC-DC模块25进入二级蓄能电池27，二级蓄能电池27用于储电，并向用户供电。第二余热梯级利用子系统包括常温进水管、热水供应管以及水温换热器26，其通过利用流经高温涡轮机17和重整器14的高温废气的热量，为生活用水或者供暖装置提供热量。
基于上述内容，本申请实施例提供的一种基于SOFC的高效能源转化系统，其工作流程是：
启动阶段：燃料经由一进两出阀V1，通过路径1-1进入燃烧器15；空气经由一级蓄能电池供电而工作的空气压缩机压缩后，通过一进两出阀V2及路径1-2进入燃烧器15。燃烧器15内的燃料及空气混合后充分燃烧，高温气体经由路径3通入换热器18，换热后的从燃烧器15出来的气体流经一进两出阀V3，一路可以通过路径4-2给重整器14提供热量，另一路可以通过路径4-1流入高温涡轮机17进行做功。通过重整器14和高温涡轮机17的余热废气经路径4-3和路径4-4与两进一出阀V4汇合后进入余热梯级利用子系统1和余热梯级利用子系统2。
稳定工作阶段：燃料经由阀V1，通过路径2-1进入重整器14，重整后的燃料经由路径2-2进入SOFC电堆11的电堆阳极12；空气经由空气压缩机16压缩后，通过阀V2及路径2-3进入换热器18被加热。加热后的空气经由路径2-3进入SOFC电堆11的电堆阴极13。SOFC电堆11内部反应后产生的电能通过DC-DC电源模块20转换后输入一级蓄能电池19，剩余的电堆阴极13和电堆阳极12未反应的气体通过路径2-4和2-5共同进入燃烧器15进行充分燃烧。燃烧后的高温废气经由路径3通入换热器18，换热后的废气流经阀V3，一路可以通过路径4-2给重整器14提供热量，一路可以通过路径4-1流入高温涡轮机17进行做功。通过重整器14和高温涡轮机17的废气经由阀V4汇合后进入第一余热梯级利用子系统和第二余热梯级利用子系统。
第一余热梯级利用子系统中，通过一进两出阀V5及路径5-1，废气余热加热锅炉系统21，有机工质吸收热量后生成高压高温蒸汽并进入汽轮机22，膨胀做功发出电能，产生的电能经由AC-DC模块转换后输入二级蓄能电池。经过汽轮机22的蒸汽在冷凝器23中冷却放热变为液态，再借由泵继续后续的循环。
需要指出的是：在本实施例中，一级蓄能电池19和二级蓄能电池27可以为同一个蓄能电池，当然也可以分别设置为两个独立的蓄能电池，具体应用时，需考虑系统所产生的的实际能量与电池容量、现场布置等多方面因素综合考虑。
第二余热梯级利用子系统中，通过一进两出阀V5及路径6-1，废气余热通过水温换热器26对常温生活用水进行加热，加热后的水可以作为生活热水或者供暖用。
需要指出的是，在整个系统网中，各阀具有其自身作用，具体如下：
一进两出阀V1负责燃料向燃烧器15或者重整器14的输送。系统启动阶段，一进两出阀V1打开路径1-1而关闭路径2-1，使得燃料在燃烧器15中燃烧后给SOFC电堆11以及重整器14预热，当二者上升到满足反应温度之后，一进两出阀V1依照控制程序设定逐步关闭路径1-1并打开路径1-2，使得系统完成平稳切换；
一进两出阀V2负责压缩后的空气向燃烧器15或电堆阴极13输送。系统启动阶段，一进两出阀V2同时打开路径1-2和路径2-3。流经路径1-2的空气负责在燃烧器15中参与燃烧，流经路径2-3的空气负责从换热器18中吸收热量并通入电堆阴极13参与反应，一进两出阀V2依照系统的控制逻辑实时调节两路的开度满足系统的运行；
一进两出阀V3负责将换热后从燃烧器15流出的热气向高温涡轮机17或重整器14的输送。启动阶段，因系统暂无高温高压尾气，此时一级蓄能电池19通过路径8对空气压缩机16进行供电，此时一进两出阀关闭路径4-1打开路径4-2。待重整器14开始工作后，一进两出阀V3打开路径4-1，同时依照系统控制逻辑逐渐减小路径4-2的开度，路径4-2的最小开度为供应的热量刚好满足某一状态下重整器14的热平衡状态。高温涡轮机17的做功能力随着路径4-1阀开度的逐渐增大而增大，最终达到稳定状态，此时共轴的空气压缩机16的转速及转矩可以完全或者一定比例地由高温涡轮机17满足。若空气压缩机压缩功率略有不足，一级蓄能电池19可给空气压缩机16供电使其转速达到要求值；若压缩功率略高，可通过控制路径4-1和路径4-2的开度实时调节。一般情况下，高温涡轮机17需要按照系统额定工况下稳态工作点来设计，增加了蓄能电池的系统更是很少会出现因负载波动而导致的控制系统频繁调节的情况。因此，此例中的高温涡轮机17绝大多数情况下可以使得共轴的空气压缩机16的工作状态刚好满足系统需求。
两进一出阀V4负责将流经重整器14和高温涡轮机17的高温废气汇合后通入系统后部的余热利用子系统。
一进两出阀V5负责将上述汇合后的高温废气分配至第一余热梯级利用子系统和第二余热梯级利用子系统。通常情况下，废气路径为路径5-1的第一余热梯级利用子系统处于工作状态，其发出的电能输入二级蓄能电池27；废气路径为路劲6-1的第二余热梯级利用子系统提供使用场景所需的生活热水或供暖。随着气温或应用场景需求的变化，供暖及生活热水需求会变化，此时，通过一进两出阀V5实时调节路径5-1和6-1的开度来优先保证供暖及生活热水的需求。
可以理解的，本系统中高温涡轮机17仅用来满足空气压缩机16的转速和转矩需求，不用来发电，可有效降低因非线性、多变量、强热力耦合等因素导致的诸多控制及运行问题；同时增加了与系统功率及应用场景匹配的一级蓄能电池，既能大幅减少因负载变化导致的电堆输出功率的变化，对延长系统的使用寿命有有益效果，又可避免系统为了匹配负载而长时间不在最佳工作区间的问题，提升系统发电效率，还能有效降低因负载不正常运行导致的发电系统额定工作点偏离程度，降低控制系统的复杂度。本系统在后部增加了余热利用子系统，并经由一进两出阀V5的实时调节能够适用于多数应用场景，进一步减少能源浪费，达到能源高效利用的目的。
当然，为保证本系统的顺利运行，本申请实施例还提供了一种基于SOFC的高效能源转化系统的运行方法，包括：
监测所述燃烧器15的温度、所述电堆阴极13的温度以及所述SOFC电堆11的温度；
基于所述燃烧器15的温度、所述电堆阴极13的温度以及所述SOFC电堆11的温度，调整所述基于SOFC的高效能源转化系统中管路开度大小、空气压缩机的输入功率以及燃料供应，维持所述燃烧器15温度于800℃～950℃区间内。
具体来说，参见图4所示：
启动系统后，先完成各个子系统、模块的自检。
自检完成后，首先将路径1-1打开至100%开度，路径1-2打开至100%开度，路径4-2打开至100%开度。启动空气压缩机，维持初始功率P0，开启燃料供应泵，初始流量Q0，此时，燃烧器15完全接受前端的燃料及空气，开始燃烧产热。
接着，监测燃烧器15温度，记为T燃烧器，若其温度大于800℃，则将路径1-2开度调整至80%，路径2-3调整至40%，让换热器18开始换热；若其温度不大于800℃，则需要根据启动时间进一步判定，若启动时间超过120s，则此时需要根据P1=P0-λt的算法降低空气压缩机输入功率，减小空气流量提升燃烧器15温度；
然后，继续监测当燃烧器15温度超过800℃后，继续监测其温度，在不大于880℃的情况下，同时监测电堆阴极13的预热温度记为T2-3，若T2-3≤600℃，则继续维持上述的工作状态，持续监测；若T2-3＞600℃，则需要将路径1-2开度调整为50%，路径2-3开度调整为50%，增加输入电堆的热空气流量；此番情况下，通过上述控制逻辑路径2-3气体温度会大致维持在600℃左右;
若监测燃烧器15温度超过880℃但不超过950℃，同时监测路径2-3的温度。若T2-3≤600℃，则此时需要根据P2=P1+λt的算法降低空气压缩机输入功率，主要目的是减少空气输入量，增加燃烧尾气温度来增加2-3路径升温；若T2-3＞600℃，则需要同时根据重整器14温度进一步判定。若T重整≤300℃，则将路径1-2开度调整至50%，路径2-3开度调整至50%，用以增加路径2-3气体的温度；若300℃＜T重整≤850℃，此温度下重整器14开始工作，则将路径1-2开度调整至50%，路径2-3开度调整至50%，路径1-1开度调整至40%，路径2-1调整至80%，并将燃料供应量调整为初始值的1.5倍，即Q1=1.5Q0，用以满足重整器14和燃烧器15共同的燃料供应。若重整器14温度超过850℃，表示重整反应已经很充分，反应的产热可以维持其自身工作，需要同时根据电堆温度T电堆进一步判定。若电堆温度T电堆不大于800℃，则表示电堆还未达到最佳工作状态，此时将路径1-2开度调整为20%，路径2-3为80%，路径1-1为20%，路径2-1为80%，让更多燃料通入重整器14，更多空气通入电堆，同时减少燃料输入量，此时的燃料输入量Q2=1.2Q0。此时，系统不再需要将实时数据输入至最前端进行监测，仅需要反馈至重整器14温度判定区间进行反馈。若电堆温度T电堆大于800℃，代表电堆已经充分工作，处于最佳工作状态，此时，关闭路径1-2、路径1-1，即燃烧器15不再直接燃烧燃料，路径2-3与路径2-1开度调整为100%。同时关闭路径4-2，完全打开路径4-1，使得燃烧废气全部通过高温涡轮机17进行做功，不在需要给重整器14加热。同时将此时的燃料供应量Q3调整为Q0。这代表Q0的燃料供应量既可以满足系统启动时的燃烧需求，又可以满足系统稳定工作后SOFC的需求。通过以上描述可知，燃烧器15温度会被控制在800～950℃。
参见图3所示，此外，在日常电能供应过程中，为了系统更高效可靠的运行，需要对蓄电子系统充放电的控制，具体包括：
基于系统配置监测一级蓄能电池的监测模块，获取蓄电池的SOC状态值，其中，SOC值(State of Charge）简单的说叫剩余电量，代表锂电池的剩余电量与完全充满电量的比值，通常是一个百分比。
当监测到蓄电池SOC值小于25%时，此时如果负载需求P负载不大于系统最佳发电功率Popt，则SOFC继续维持其最佳发电功率，系统维持Popt；如果此时负载需求P负载大于系统最佳发电功率Popt，则需要SOFC切换至高发电功率，此时系统发电功率为Pmax（系统设计默认SOFC最大发电功率不小于P负载）。接下来需要监测蓄电池SOC值，若SOC值不大于95%，则维持现有发电功率，若SOC值＞95%，则发电功率切换至Popt。
当监测到蓄电池25%≤SOC值≤95%时，会继续保持Popt的发电功率。
当监测到蓄电池SOC值大于95%时，如果此时负载需求P负载大于系统最佳发电功率Popt，则继续维持此时的发电功率Popt；若此时负载需求P负载不大于系统最佳发电功率Popt，控制系统会将SOFC模块切换至热待机状态。接下来需要监测蓄电池SOC值，若SOC值≥25%，则继续维持热待机状态，若SOC值小于25%，则需要切换至Popt发电功率。
综上所述，本申请实施例提供的一种基于SOFC的高效能源转化系统及运行方法，具有如下有益效果：
第一：系统中设计弱耦合的高温涡轮机，可明显降低因非线性、多变量、强热力耦合等因素导致的SOFC-GT系统的诸多运行问题。
第二：当前的SOFC电堆技术普遍存在频繁变载导致的性能衰减问题，在系统中设计与功率及应用场景相匹配的蓄能电池：可大幅减少因负载变化导致的电堆输出功率的变化，对延长系统的使用寿命有有益效果；可以避免系统为了匹配负载而长时间不在最佳工作区间的问题，提升系统发电效率；有效降低因负载不正常运行导致的发电系统额定工作点偏离程度，降低控制系统的复杂度。
第三：对燃烧后废气热能的进行梯级利用，可有效实现高效的能源转化；同时梯级利用的设计有效结合工业/民用使用场景，进行适时匹配，可进一步减少系统中能量的浪费。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于SOFC的高效能源转化系统，其特征在于，包括：
重整子系统，包括燃料供应泵以及重整器；
空气供应动力子系统，包括空气压缩机和高温涡轮机，所述空气压缩机和所述高温涡轮机同轴设置；
SOFC发电装置，包括SOFC电堆，所述SOFC电堆配置有电堆阴极和电堆阳极；
燃烧及换热子系统，包括燃烧器和换热器；以及，
蓄电子系统，包括DC-DC模块以及一级蓄能电池，所述SOFC电堆通过所述DC-DC模块连接所述一级蓄能电池，所述一级蓄能电池供电于用户；
其中，所述燃料供应泵用于向所述重整器和所述燃烧器供应燃料；所述重整器用于将燃料重整反应形成供电堆反应的气体介质引入所述电堆阳极；所述空气压缩机用于向所述燃烧器和所述换热器供应压缩空气；所述燃烧器用于使燃料和压缩空气混合燃烧形成高温气体引入所述换热器；所述换热器用于将压缩空气与高温气体形成热交换，并将换热后的压缩空气引入所述电堆阴极以及将换热后的高温气体分别引入所述高温涡轮机以及所述重整器；所述蓄电子系统用于根据所述一级蓄能电池的剩余电量以及实际电负载控制所述一级蓄能电池的充放电。
2.根据权利要求1所述的基于SOFC的高效能源转化系统，其特征在于，
所述燃料供应泵通过一进两出阀V1分别连接所述重整器和所述燃烧器，所述重整器连接所述电堆阳极；
所述空气压缩机通过一进两出阀V2分别连接所述换热器和所述燃烧器，所述燃烧器、所述换热器以及所述电堆阴极顺次连接，所述换热器还通过一进两出阀V3分别连接所述高温涡轮机和所述重整器。
3.根据权利要求1所述的基于SOFC的高效能源转化系统，其特征在于，所述电堆阳极与所述电堆阴极的尾气排放口连接所述燃烧器。
4.根据权利要求1所述的基于SOFC的高效能源转化系统，其特征在于，所述一级蓄能电池连接所述空气压缩机。
5.根据权利要求1所述的基于SOFC的高效能源转化系统，其特征在于，还包括用于接收所述高温涡轮机以及所述重整器的余热废气实现二次利用的余热利用子系统，所述重整器和所述高温涡轮机通过两进一出阀V4连接所述余热利用子系统。
6.根据权利要求5所述的基于SOFC的高效能源转化系统，其特征在于，
所述余热利用子系统包括第一余热梯级利用子系统和第二余热梯级利用子系统，所述余热废气通过一进两出阀V5分别引入所述第一余热梯级利用子系统和第二余热梯级利用子系统。
7.根据权利要求6所述的基于SOFC的高效能源转化系统，其特征在于，所述第一余热梯级利用子系统包括依次首尾循环连接的锅炉系统、汽轮机、冷凝器、循环泵，所述汽轮机通过AC-DC模块连接有二级蓄能电池。
8.根据权利要求6所述的基于SOFC的高效能源转化系统，其特征在于，所述第二余热梯级利用子系统包括常温进水管、热水供应管以及水温换热器。
9.根据权利要求1所述的基于SOFC的高效能源转化系统，其特征在于，所述蓄电子系统还用于根据监测所述一级蓄能电池的剩余电量获取的SOC值、实际电负载P负载，判断所述SOC值以及比较所述P负载与Popt；若SOC值<25%，且P负载≤Popt，则维持所述Popt运行，反之，若P负载>Popt，则切换至Pmax运行至SCO值>95%时，维持Popt运行；若25%≤SOC值≤95%，则维持Popt运行；若SOC值>95%，且P负载≤Popt，则所述SOFC电堆处于待机状态直至SOC值<25%时，维持Popt运行，反之若SOC值>95%，且P负载>Popt，则维持Popt运行；其中，Popt为所述基于SOFC的高效能源转化系统的最佳发电功率；Pmax为所述基于SOFC的高效能源转化系统的最大发电功率。
10.一种权利要求1～9中任一所述的基于SOFC的高效能源转化系统的运行方法，其特征在于，包括：
监测所述燃烧器的温度、所述电堆阴极的温度以及所述SOFC电堆的温度；
基于所述燃烧器的温度、所述电堆阴极的温度以及所述SOFC电堆的温度，调整所述基于SOFC的高效能源转化系统中管路开度大小、空气压缩机的输入功率以及燃料供应，维持所述燃烧器温度于800℃～950℃区间内。
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