CN117497811A - 一种基于燃料电池的能源供应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于燃料电池的能源供应系统，该系统通过将制氢系统设置在用户的楼顶天台上，通过楼顶天台进行电解水现场制氢，节省了氢气运输的费用；同时通过户外安装区域内将燃料电池发电系统与住户隔开，杜绝氢气入户的安全隐患，提供了一种高效可靠和环境友好的新型楼宇供氢方式。另外，通过燃料电池发电系统产生的余热为楼宇供热，实现了氢能源的多用途高效利用。
Description
技术领域
本发明涉及氢气能源利用技术领域，具体涉及一种基于燃料电池的能源供应系统。
背景技术
日渐加剧的能源紧缺和环境污染问题己成为我国经济社会飞速发展下的巨大隐患。据预测，2030年我国能源缺口约为2.5x10，吨标准煤，2050年这一数字或将跃升至4.6x108吨。与此同时，我国现行以火电为主的供能方式不仅效率低下，且浪费极为严重。而化石燃料燃烧过程中产生的大量有害物更是导致雾霾等恶劣天气频发的罪魁祸首，调查显示约80％的PM2.5污染问题与能源消耗相关。由此可见，传统供能模式已成为阻碍社会经济可持续发展的关键因素，遂使得建立高效可靠和环境友好的新型供能方式刻不容缓。
氢能技术是一种以氢气作为能源载体的能源生产和利用方式，依靠氢巨大的能量密度，通过氢气燃烧获得能量。由于氢气在燃烧时只产生水，不产生温室气体和空气污染物，因此被认为是一种清洁、可再生的能源。氢能技术具有广泛的应用前景，可以作为一种替代传统能源的可持续能源形式，有望在能源转型和环境保护方面发挥重要作用。
但是，目前在建筑领域应用氢能的实际案例较少，主要原因在于氢能如何与建筑安全、高效、可靠的结合起来是较为显著的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种基于燃料电池的能源供应系统，以解决相关技术中氢能利用与楼宇建筑，特别是高层住宅建筑安全可靠结合的问题。
为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：
根据本发明的第一方面，提供了一种基于燃料电池的能源供应系统，包括：
制氢系统，设置在用户的楼顶天台上；
燃料电池发电系统，设置在每户住宅的户外安装区域内，通过供氢管道与所述制氢系统相连通；
所述燃料电池发电系统与每户住宅内的用户用电管理器相连，为用户供电，同时与每户住宅内的储热水箱相连，为用户供热。
优选地，所述制氢系统包括：
制氢能源系统，及与所述制氢能源系统相连的纯水制取装置、PEM电解槽、氢气纯化装置、氢气贮存管；所述纯水制取装置外接自来水；
所述供氢管道一端与所述氢气贮存管相连通，另一端自上而下与每户的燃料电池发电系统的燃气入口相连通。
优选地，所述制氢能源系统包括以下项中的一项或多项的组合，包括：
并联在直流母线排上的风力发电系统、光伏发电系统、高温燃料电池发电系统、低温燃料电池发电系统、蓄电池组储能系统；
所述直流母线排通过直流交流转换模块，为所述纯水制取装置供电。
优选地，所述系统，还包括：
所述直流母线排还通过直流交流转换模块，与外部交流电网相连。
优选地，所述燃料电池发电系统包括：
低温燃料电池及与所述低温燃料电池的冷却水出口相连通的吸收式制冷机组，所述吸收式制冷机组用于为用户制冷；
高温燃料电池及所述高温燃料电池的冷却水出口相连通的高温余热回收机组，所述高温余热回收机组用于为用户供热；
双效吸收式冷机组，与所述高温余热回收机组的供热侧出口相连通，用于为用户制冷或供热。
优选地，所述系统，还包括：
通过外部交流电网供电的电制冷系统，设置在用户住宅内，与所述吸收式制冷机组的供冷侧出口及双效吸收式冷机组的供冷侧出口相连通；
通过外部交流电网供电的电制热系统，设置在用户住宅内，与所述高温余热回收机组的供热侧出口相连通。
优选地，所述系统，还包括：
蓄冷系统，安装在每户住宅的户外安装区域内，与所述吸收式制冷机组及双效吸收式冷机组相连，用于存储多余的冷量；
蓄热系统，安装在每户住宅的户外安装区域内，与所述高温余热回收机组相连，用于存储多余的热量。
优选地，所述蓄冷系统为蓄冷罐，所述蓄热系统为蓄热罐。
优选地，所述高温燃料电池为固体氧化物燃料电池或者熔融碳酸盐燃料电池；
低温燃料电池为PEM燃料电池。
优选地，所述户外安装区域与用户住宅物理隔离，且罩设有通风格栅，所述通风格栅用于户外安装区域内的空气流通。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
通过将制氢系统设置在用户的楼顶天台上，通过楼顶天台进行电解水现场制氢，节省了氢气运输的费用；同时通过户外安装区域内将燃料电池发电系统与住户隔开，杜绝氢气入户的安全隐患，提供了一种高效可靠和环境友好的新型楼宇供氢方式。
另外，通过燃料电池发电系统产生的余热为楼宇供热，实现了氢能源的多用途高效利用。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于燃料电池的能源供应系统的示意框图；
图2是根据另一示例性实施例示出的一种基于燃料电池的能源供应系统的示意框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于燃料电池的能源供应系统的示意框图，参见图1，该系统包括：
制氢系统100，设置在用户的楼顶天台上；
燃料电池发电系统200，设置在每户住宅的户外安装区域内，通过供氢管道300与所述制氢系统100相连通；
所述燃料电池发电系统200与每户住宅内的用户用电管理器400相连，为用户供电，同时与每户住宅内的储热水箱500相连，为用户供热。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过将制氢系统设置在用户的楼顶天台上，通过楼顶天台进行电解水现场制氢，节省了氢气运输的费用；同时通过户外安装区域内将燃料电池发电系统与住户隔开，杜绝氢气入户的安全隐患，提供了一种高效可靠和环境友好的新型楼宇供氢方式。
另外，本实施例提供的技术方案，通过燃料电池发电系统产生的余热为楼宇供热，实现了氢能源的多用途高效利用。
在具体实践中，所述制氢系统100包括：
制氢能源系统，及与所述制氢能源系统相连的纯水制取装置、PEM电解槽、氢气纯化装置、氢气贮存管；所述纯水制取装置外接自来水；
所述供氢管道一端与所述氢气贮存管相连通，另一端自上而下与每户的燃料电池发电系统的燃气入口相连通。
参见图1和图2，具体地，所述制氢能源系统包括以下项中的一项或多项的组合，包括：
并联在直流母线排上的风力发电系统101、光伏发电系统102(或者为太阳能发电系统)、高温燃料电池发电系统103、低温燃料电池发电系统104、蓄电池组储能系统105；
所述直流母线排通过直流交流转换模块(DC/AC转换模块)，为所述纯水制取装置供电。
需要说明的是，光伏发电系统102为屋顶光伏发电系统或者建筑光伏发电系统。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过多种方式提供制氢能源，提高了系统的可靠性，同时也提高了能源的利用率，节能环保。
在具体实践中，所述直流母线排还通过直流交流转换模块，与外部交流电网相连。
这样设置的好处在于：当风力发电系统101、光伏发电系统102(或者为太阳能发电系统)、高温燃料电池发电系统103、低温燃料电池发电系统104、蓄电池组储能系统105无法正常工作或者提供的电能无法满足用户正常用电需求时，外部交流电网可以提供用户需求的电能，保证用户的使用体验。
在具体实践中，所述燃料电池发电系统200包括：
低温燃料电池及与所述低温燃料电池的冷却水出口相连通的吸收式制冷机组201，所述吸收式制冷机组201用于为用户制冷；
高温燃料电池及所述高温燃料电池的冷却水出口相连通的高温余热回收机组202，所述高温余热回收机组202用于为用户供热；
双效吸收式冷机组203，与所述高温余热回收机组202的供热侧出口相连通，用于为用户制冷或供热。
优选地，所述系统，还包括：
蓄冷系统204，安装在每户住宅的户外安装区域内，与所述吸收式制冷机组及双效吸收式冷机组相连，用于存储多余的冷量；
蓄热系统205，安装在每户住宅的户外安装区域内，与所述高温余热回收机组相连，用于存储多余的热量。
具体地，所述蓄冷系统204为蓄冷罐，所述蓄热系统205为蓄热罐。
所述高温燃料电池为固体氧化物燃料电池或者熔融碳酸盐燃料电池；
低温燃料电池为PEM燃料电池。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，风力发电系统产生的电、光伏发电系统产生的电、低温燃料电池产生的电及高温燃料电池产生的电为楼宇的用电负载进行供电，同时通过外部电网及蓄电池提高供电的质量。
通过高温燃料电池产生的循环水经高温余热回收机组为楼宇供热，同时通过储热罐提高供热的质量。通过吸收式制冷机组吸收的低温燃料电池余热以及双效吸收式冷机组吸收高温燃料电池余热为整栋楼宇提供冷量，同时储冷罐调节楼宇供冷质量，以实现基于燃料电池满足楼宇综合供能需求的目的，同时实现能量的梯级利用，且不同能源间的多能互补，提高了能源利用效率。
优选地，所述系统，还包括：
通过外部交流电网供电的电制冷系统，设置在用户住宅内，与所述吸收式制冷机组的供冷侧出口及双效吸收式冷机组的供冷侧出口相连通；
通过外部交流电网供电的电制热系统，设置在用户住宅内，与所述高温余热回收机组的供热侧出口相连通。
可以理解的是，设置通过外部交流电网供电的电制冷系统和通过外部交流电网供电的电制热系统是为了保证蓄冷系统和蓄热系统不能满足用户需求时，通过电制冷系统和电制热系统提供用户需求的制冷或制热效果，保证用户的使用体验。
优选地，所述户外安装区域与用户住宅物理隔离，且罩设有通风格栅，所述通风格栅用于户外安装区域内的空气流通。
可以理解的是，通风格栅的设置，能防止户外安装区域内泄露的气体聚集，保证用户使用燃料电池的安全性，杜绝氢气入户的安全隐患。
参考图1，高层楼宇的住户每户设置户外安装区域，将燃料电池、制冷系统、制热系统、储冷罐、储热罐等其中的全部或部分功能模块放置户外的安装区域中。优选地，楼顶通过光伏进行现场电解水制氢，氢气通过管路自上而下输送至每户的燃料电池中，可以避免氢气入户产生的安全隐患。氢气的产生方式还可以采用甲醇或者天然气制氢方式进行，由于天然气或甲醇重整制氢过程也涉及高温环境，因此上述的供热、供冷功能仍可结合使用。天然气或甲醇可通过市政管道分配至建筑单元然后供给到制氢场地。
为了便于理解本实施例提供的这种基于燃料电池的能源供应系统，现结合图2，将工作过程解释说明如下：
风力发电系统产生的电、光伏发电系统产生的电、低温燃料电池产生的电及高温燃料电池产生的电为楼宇的用电负载进行供电，当风力发电系统产生的电及光伏发电系统产生的电够满足楼宇用电负载的需求时，则关闭低温燃料电池及高温燃料电池，当风力发电系统产生的电及光伏发电系统产生的电不够满足楼宇用电负载的需求时，则开启低温燃料电池及高温燃料电池，当风力发电系统产生的电及光伏发电系统产生的电能够满足楼宇用电负载需求，且存在剩余电量时，则将剩余电量存储到蓄电池中；当风力发电系统产生的电、光伏发电系统产生的电、低温燃料电池产生的电及高温燃料电池产生的电不能满足楼宇用电负载供电需求时，则接入外部电网和蓄电池；
另外，通过高温燃料电池产生的部分冷却水经高温余热利用系统为楼宇供热，其中，当高温燃料电池产生的冷却水能够满足楼宇供热需求时，则关闭电制热系统，当高温燃料电池产生的部分冷却水能够满足楼宇供热需求且存在多余热能时，则将多余的热能存储到储热罐中；
高温燃料电池的另一部分冷却水经高温余热利用系统流入双效吸收式制冷机的入口，低温燃料电池的全部冷却水流入吸附式制冷机入口；
另外，通过电制冷系统输出的冷量及吸附式制冷机、双效式吸收制冷机供冷侧输出冷工质为楼宇供冷，其中，储冷罐用于储存冷能，调节楼宇供冷质量。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
上述实施例中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于燃料电池的能源供应系统，其特征在于，包括：
制氢系统，设置在用户的楼顶天台上；
燃料电池发电系统，设置在每户住宅的户外安装区域内，通过供氢管道与所述制氢系统相连通；
所述燃料电池发电系统与每户住宅内的用户用电管理器相连，为用户供电，同时与每户住宅内的储热水箱相连，为用户供热。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制氢系统包括：
制氢能源系统，及与所述制氢能源系统相连的纯水制取装置、PEM电解槽、氢气纯化装置、氢气贮存管；所述纯水制取装置外接自来水；
所述供氢管道一端与所述氢气贮存管相连通，另一端自上而下与每户的燃料电池发电系统的燃气入口相连通。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述制氢能源系统包括以下项中的一项或多项的组合，包括：
并联在直流母线排上的风力发电系统、光伏发电系统、高温燃料电池发电系统、低温燃料电池发电系统、蓄电池组储能系统；
所述直流母线排通过直流交流转换模块，为所述纯水制取装置供电。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：
所述直流母线排还通过直流交流转换模块，与外部交流电网相连。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料电池发电系统包括：
低温燃料电池及与所述低温燃料电池的冷却水出口相连通的吸收式制冷机组，所述吸收式制冷机组用于为用户制冷；
高温燃料电池及所述高温燃料电池的冷却水出口相连通的高温余热回收机组，所述高温余热回收机组用于为用户供热；
双效吸收式冷机组，与所述高温余热回收机组的供热侧出口相连通，用于为用户制冷或供热。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：
通过外部交流电网供电的电制冷系统，设置在用户住宅内，与所述吸收式制冷机组的供冷侧出口及双效吸收式冷机组的供冷侧出口相连通；
通过外部交流电网供电的电制热系统，设置在用户住宅内，与所述高温余热回收机组的供热侧出口相连通。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：
蓄冷系统，安装在每户住宅的户外安装区域内，与所述吸收式制冷机组及双效吸收式冷机组相连，用于存储多余的冷量；
蓄热系统，安装在每户住宅的户外安装区域内，与所述高温余热回收机组相连，用于存储多余的热量。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述蓄冷系统为蓄冷罐，所述蓄热系统为蓄热罐。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述高温燃料电池为固体氧化物燃料电池或者熔融碳酸盐燃料电池；
低温燃料电池为PEM燃料电池。
10.根据权利要求1～9任一项所述的系统，其特征在于，
所述户外安装区域与用户住宅物理隔离，且罩设有通风格栅，所述通风格栅用于户外安装区域内的空气流通。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311325119.1A CN117497811A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种基于燃料电池的能源供应系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311325119.1A CN117497811A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种基于燃料电池的能源供应系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117497811A true CN117497811A (zh) | 2024-02-02 |
Family
ID=89683831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311325119.1A Pending CN117497811A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种基于燃料电池的能源供应系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117497811A (zh) |
-
2023
- 2023-10-12 CN CN202311325119.1A patent/CN117497811A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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