CN203608136U - 一种热电联供系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及清洁能源技术应用领域，尤其涉及一种热电联供系统，其包括太阳能光伏发电子系统和固体氧化物燃料电池子系统，太阳能光伏发电子系统包括光伏电池板和蓄电池，固体氧化物燃料电池子系统包括电加热器、电堆、电力输出端和热力输出端；光伏电池板的电力输出端连接外部电力负载和蓄电池的充电端，蓄电池的放电端连接电加热器的电力输入端；固体氧化物燃料电池子系统的电力输出端连接外部电力负载和蓄电池的充电端，固体氧化物燃料电池子系统的热力输出端连接外部热力负载。本实用新型将光伏发电技术和固体氧化物燃料电池技术有机融合，构建了孤网运行的新能源结构的热电联供系统，保证了能源供给的可靠性，节能环保。
Description
技术领域
本实用新型属于清洁能源技术应用领域，尤其涉及一种由光电和固体氧化物燃料电池构成的热电联供系统。
背景技术
在2011中日绿博会上，日本吉坤日矿日石能源公司展示了“能源创造之家”的ENEOS创能住宅，其包括由太阳能发电和家用燃料电池ENE-FARM组合发电系统，及太阳能热水系统、高效燃油热水器、高效燃气热水器、蓄电池、家庭能源管理系统（HEMS）、电热地暖等。新开发的SOFC（固体氧化物型家用燃料电池）ENE-FARM，用液化气（或天然气）与水在电池内的重整反应器生成氢，然后与空气中的氧气在燃料电池堆内进行化学反应，产生直流电，通过功率调节器（逆变器），提供家用交流电；另外，回收发电时产生的热能，通过热交换器，为90升的家用贮水槽提供非饮用生活热水。但是家用燃料电池ENE-FARM在启动时，需要电网的辅助。
目前，将太阳能与燃料电池结合构成联合发电系统在国内处于理论研究阶段。专利公开号201444622U公开了一种应用太阳能与燃料电池的智能家居控制系统，将太阳能与燃料电池作为双供电系统，互为补充，通过微机智能控制装置实现对家居进行供电，着重在于智能控制系统的设计上，未能实现热电联产。另外，在燃料电池热电联供方面，专利公开号101520234A以固体氧化物燃料电池为发电装置的热泵型热电联供系统，未将燃料电池与太阳能可再生能源结合，在供热方面采用热泵的形式，采用天然气作为燃料，对传统能源仍有依赖。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种热电联供系统，克服系统对常规能源的依赖，将光伏发电技术以及固体氧化物燃料电池技术进行有机融合，互为补充并相互依赖，不仅实现了光伏--电池联供，保证了能源供给的可靠性，而且构建了一个完全由新能源组成的独立热电联供系统，节能环保。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供了一种热电联供系统，包括太阳能光伏发电子系统和固体氧化物燃料电池子系统，所述太阳能光伏发电子系统包括光伏电池板和蓄电池，所述固体氧化物燃料电池子系统包括电加热器、电堆、电力输出端和热力输出端；
所述光伏电池板的电力输出端连接外部电力负载和所述蓄电池的充电端，所述蓄电池的放电端连接所述电加热器的电力输入端；
所述固体氧化物燃料电池子系统的电力输出端连接外部电力负载和所述蓄电池的充电端，所述固体氧化物燃料电池子系统的热力输出端连接外部热力负载。
作为本实用新型的优选方案，所述固体氧化物燃料电池子系统还包括依次连接的进气预热器和进气加热换热器，所述固体氧化物燃料电池子系统的燃料气体依次通过所述进气预热器和所述进气加热换热器预热后，最后进入所述电堆。
作为本实用新型的优选方案，所述电加热器连接所述电堆，且为所述电堆的启动提供热源。
作为本实用新型的优选方案，所述太阳能光伏发电子系统还包括与所述光伏电池板连接的电能控制器，所述电能控制器的电力输出端与所述蓄电池的充电端和/或直流负载连接。
作为本实用新型的优选方案，所述太阳能光伏发电子系统还包括与所述光伏电池板连接的电能控制器，所述电能控制器的电力输出端依次连接有逆变器和交流负载。
作为本实用新型的优选方案，所述光伏电池板为薄膜式、单晶硅式、多晶硅式中的一种或几种。
作为本实用新型的优选方案，还包括太阳能集热子系统，所述太阳能集热子系统的热力输出端依次连接所述进气预热器和外部热力负载。
作为本实用新型的优选方案，所述太阳能集热子系统为太阳能集热器，所述太阳能集热器的类型为平板式或真空管式或U型管式。
作为本实用新型的优选方案，所述外部热力负载为热水换热器。
作为本实用新型的优选方案，所述电堆的热力输出端依次连接所述进气加热换热器和所述热水换热器。
本实用新型的有益效果为：本实用新型将光伏发电技术以及固体氧化物燃料电池技术进行有机融合，构建了一个能孤网运行的新能源结构的热电联供系统，不仅解决了目前运行的燃料电池需要借助外部电网或其它传统化石燃料的问题，实现了热电联供，保证了能源供给的可靠性，节能且环保。
附图说明
图1是本实用新型实施方式提供的热电联供系统的连接示意图；
图2是本实用新型实施方式提供的热电联供系统的太阳能光伏发电子系统的连接示意图；
图3是本实用新型实施方式提供的热电联供系统的太阳能集热子系统的连接示意图；
图4是本实用新型实施方式提供的热电联供系统的固体氧化物燃料电池子系统的连接示意图。
其中：
图1-图4中的实箭头代表电力线路走向，虚箭头代表热力（水或气）线路走向；
101、光伏电池板；102、电能控制器；103、蓄电池；104、逆变器；105、交流负载；106、直流负载；201、太阳能集热器；301、进气预热器；202、供暖装置；203、供热水装置；302、进气加热换热器；303、电加热器；304、电堆；305、热水换热器。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式进一步说明本实用新型的技术方案。
如图1-图4所示，本实施方式提供的一种热电联供系统,包括太阳能光伏发电子系统和固体氧化物燃料电池子系统。其中，太阳能光伏发电子系统包括光伏电池板101、与光伏电池板101连接的电能控制器102和蓄电池103，光伏电池板101为薄膜式、单晶硅式、多晶硅式中的一种或几种。固体氧化物燃料电池子系统包括进气预热器301、进气加热换热器302、电加热器303、电堆304、电力输出端和热力输出端。
光伏电池板101的电力输出端与电能控制器102的电力输入端相连，电能控制器102的电力输出端分别与蓄电池103的充电端和负载连接，蓄电池103的放电端连接电加热器303的电力输入端。电能控制器102根据负载情况和其他电能供电情况控制蓄电池103是否释放电能或控制是否给负载直接供电。其中,负载为直流负载106或交流负载105，交流负载105的电力输入端与逆变器104的电力输出端相连，逆变器104的电力输入端与电能控制器102的电力输出端相连。
也就是说，太阳能光伏发电子系统放电可以通过逆变器104供电给交流负载105，也可以直接供电给直流负载106，另外，通过电能控制器102对蓄电池103进行适当充电，蓄电池103放电给交流负载时也可以通过逆变器104连接。
本实施方式中，该系统还包括太阳能集热子系统，太阳能集热子系统的热力输出端依次连接进气预热器301和外部热力负载，此处的外部热力负载包括供热水装置203或供暖装置202。作为优选，太阳能集热子系统为太阳能集热器201，太阳能集热器201的类型为平板式或真空管式或U型管式。
太阳能集热器201的介质接受太阳热能升温后首先在进气预热器301处预热固体氧化物燃料电池子系统的进气（包括燃料气和空气），然后根据不同季节的负荷需要，确定进入供暖装置202还是供热水装置203，冬季用于供暖，春秋季用于提供生活热水。
在固体氧化物燃料电池子系统中，其电力输出端连接外部电力负载和蓄电池103的充电端，不仅可以为蓄电池103进行充电，还可以为负载供电，以保证在较长连续时间的阴雨天中系统能正常运行和使用。该子系统的供电结构和原理与太阳能光伏发电子系统的电力输出端的一致，故在此不重复。
固体氧化物燃料电池子系统的热力输出端连接外部热力负载，即电堆304的热力输出端输出的气体经过进气加热换热器302后连接外部热力负载，在这里，外部热力负载主要是通过热水换热器305为用户提供生活热水。
进气加热换热器302的热力输入端与进气预热器301的热力输出端连接，进气加热换热器302的热力输出端与电加热器303的热力输入端相连。电加热器303连接电堆304，且为电堆304的启动提供热源，这是由于固体氧化物燃料电池子系统启动时，其电堆304需要加热到工作温度为700℃-1000℃才能正常工作。
另外，当固体氧化物燃料电池子系统启动时，光伏电力不足时，可以采取外部电源为电加热器303提供电力来源；一旦启动完成，便脱离外部电源，可利用太阳能光伏发电子系统和太阳能集热器201在本系统内完成加热的目的。而固体氧化物燃料电池子系统的燃料气和空气依次通过进气预热器301和进气加热换热器302预热后，最后进入电堆304进行反应。
在整个系统的实际运行过程中，固体氧化物燃料电池子系统运行时首先由太阳能发电子系统的蓄电池103放电给电加热器303，将燃料电池的电堆304逐步加热到工作温度700℃-1000℃。另外，由于电堆304的阳极和阴极通道温度均较高，为避免热伸缩效应，进气温度也必须加热到启动温度600℃左右，因此，同时启动进气预热器301，太阳能集热器201的热源介质对空气和燃料气进行预热，经过进气预热器301预热后的空气和燃料气进入进气加热换热器302，其温度提高后进入电堆304。
当没有阳光的情况下，进气预热器301无法使用，需要利用电加热器303将燃料电池的进气加热到启动温度，待燃料电池稳定运转后，燃料电池自身的高温排气可以进入进气加热换热器302将进气加热到工作温度，不再需要使用电加热器303，燃料电池可以保持其自身的热平衡，保证电堆304达到所需要的工作温度，此时电加热器303停止工作，而排气则经过热水换热器305产生生活热水供用户使用，最终排放出去。
以上结合具体实施方式描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种热电联供系统,其特征在于，
包括太阳能光伏发电子系统和固体氧化物燃料电池子系统，所述太阳能光伏发电子系统包括光伏电池板（101）和蓄电池（103），所述固体氧化物燃料电池子系统包括电加热器（303）、电堆（304）、电力输出端和热力输出端；
所述光伏电池板（101）的电力输出端连接外部电力负载和所述蓄电池（103）的充电端，所述蓄电池（103）的放电端连接所述电加热器（303）的电力输入端；
所述固体氧化物燃料电池子系统的电力输出端连接外部电力负载和所述蓄电池（103）的充电端，所述固体氧化物燃料电池子系统的热力输出端连接外部热力负载。
2.根据权利要求1所述的一种热电联供系统，其特征在于，
所述固体氧化物燃料电池子系统还包括依次连接的进气预热器（301）和进气加热换热器（302），所述固体氧化物燃料电池子系统的燃料气体依次通过所述进气预热器（301）和所述进气加热换热器（302）预热后，最后进入所述电堆（304）。
3.根据权利要求1所述的一种热电联供系统，其特征在于，
所述电加热器（303）连接所述电堆（304），且为所述电堆（304）的启动提供热源。
4.根据权利要求1所述的一种热电联供系统，其特征在于，
所述太阳能光伏发电子系统还包括与所述光伏电池板（101）连接的电能控制器（102），所述电能控制器（102）的电力输出端与所述蓄电池（103）的充电端和/或直流负载（106）连接。
5.根据权利要求1所述的一种热电联供系统，其特征在于，
所述太阳能光伏发电子系统还包括与所述光伏电池板（101）连接的电能控制器（102），所述电能控制器（102）的电力输出端依次连接有逆变器（104）和交流负载（105）。
6.根据权利要求1所述的一种热电联供系统，其特征在于，
所述光伏电池板(101)为薄膜式、单晶硅式、多晶硅式中的一种或几种。
7.根据权利要求2所述的一种热电联供系统，其特征在于，
还包括太阳能集热子系统，所述太阳能集热子系统的热力输出端依次连接所述进气预热器（301）和外部热力负载。
8.根据权利要求7所述的一种热电联供系统，其特征在于，
所述太阳能集热子系统为太阳能集热器（201），所述太阳能集热器（201）的类型为平板式或真空管式或U型管式。
9.根据权利要求2所述的一种热电联供系统，其特征在于，
所述外部热力负载为热水换热器（305）。
10.根据权利要求9所述的一种热电联供系统，其特征在于，
所述电堆（304）的热力输出端依次连接所述进气加热换热器（302）和所述热水换热器（305）。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Langfang Xin Ao energy conservation services Co.,Ltd. Assignor: SHANGHAI XINAO ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Contract record no.: 2015990000695 Denomination of utility model: Combined heat and power system Granted publication date: 20140521 License type: Exclusive License Record date: 20150727 |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| EM01 | Change of recordation of patent licensing contract |
Change date: 20171206 Contract record no.: 2015990000695 Assignee after: LANGFANG ENN PANERGY NETWORK TECHNOLOGY SERVICE CO.,LTD. Assignee before: Langfang Xin Ao energy conservation services Co.,Ltd. |
|
| EM01 | Change of recordation of patent licensing contract | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180321 Address after: 065000 Langfang City Development Zone of Hebei province Huaxiang No. 118, No. 0392 Building 1 Patentee after: LANGFANG ENN PANERGY NETWORK TECHNOLOGY SERVICE CO.,LTD. Address before: 201203, room 11, building 1388, 02 Zhang Dong Road, Zhangjiang hi tech park, Shanghai, Pudong New Area Patentee before: SHANGHAI XINAO ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140521 |
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| CX01 | Expiry of patent term |