CN213341659U

CN213341659U - 一种近零碳排放的分布式能源供给系统

Info

Publication number: CN213341659U
Application number: CN202022641334.0U
Authority: CN
Inventors: 廖勇; 张琳东; 陈石义; 刘武; 董立臣; 许攸; 胡强; 李汶颖; 罗子萱; 贺奇; 薛贺来
Original assignee: Chengdu Jingzhiyi Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Jingzhiyi Technology Co ltd
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2021-06-01
Anticipated expiration: 2030-11-16

Abstract

本实用新型公开了一种近零碳排放的分布式能源供给系统，包括储供能单元和分别与储供能单元连接的光伏发电单元、风力发电单元、外部电网接入单元和燃料电池发电单元，所述燃料电池发电单元与碳捕集单元连接。与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：本实用新型提供了一套近零碳排放的分布式供给电力、热力、氢气的方案，首次提出了一种整合光伏、风电、氢能、燃料电池、碳捕集等多种新能源技术，最终实现进行多能互补、供应耦合，二氧化碳捕集回收下供应电能、氢能、热能的分布式能源系统，为实现碳中和目标提出了一种可实施的技术方案。

Description

一种近零碳排放的分布式能源供给系统

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，尤其是涉及一种整合光伏、风电、氢能、燃料电池、碳捕集等新能源技术，最终实现进行多能互补、供应耦合，近零碳排放下供应电能、氢能、热能的分布式能源供给系统。

背景技术

2015年12月联合国巴黎气候变化大会通过了《巴黎协定》要求，根据协定各国以“自主贡献”的方式参与全球应对气候变化行动，发达国家继续带头减缓碳排放，并对发展中国家减缓碳排放和适应气候变化提供资金、技术和能力建设的支持。根据协定要求，2019年12月欧盟明确提出了2050年实现碳中和。因此研发出具有可操作性、可实施性和经济性的近零碳排放能源供应系统成为世界各国的达到碳中和目标的重要手段之一。

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳能电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

风力发电是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的风速(微风的程度)，便可以开始发电。

全球风能、水能、太阳能等清洁能源资源非常丰富，理论年可开采量相当于全球化石能源剩余探明可采储量的38倍。但他们致命缺点是不能长期稳定的提供能源输出，需要依靠现有能源系统补能调峰或单独配置储能调峰系统。

电解水制氢过程实际上是一种能量转换过程，即将一次能源转换为能源载体氢能的过程。目前两大类水电解制氢技术可以在低温条件下进行实际应用，分别是碱性液体水电解与固体聚合物(PEM)水电解两类。碱性液体水电解技术是以KOH、NaOH水溶液为电解质，如采用石棉布等作为隔膜，在直流电的作用下，将水电解，生成氢气和氧气。产出的气体需要进行脱碱雾处理。典型的PEM水电解技术主要部件包括阴阳极气体扩散层、阴阳极催化层和质子交换膜等。在PEM技术中，水中的氢离子穿过质子交换膜与电子结合成为氢原子，氢原子相互结合形成氢分子。PEM质子交换膜作为固体电解质，一般使用全氟磺酸膜，起到隔绝阴阳极生成气，阻止电子的传递，同时传递质子的作用。质子交换膜替代了石棉膜隔绝电极两侧的气体，避免了碱性液体电解质电解槽使用强碱性液体电解质所带来的缺点。此外，PEM水电解池采用零间隙结构，电解池体积更为紧凑精简降低了电解池的欧姆电阻，大幅提高了电解池的整体性能。

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气、甲醇及生物质气等多种碳氢燃料。SOFC的应用范围相当广泛，几乎涵盖了所有的传统的电力市场，包括宅用、商业用、工业用以及公共事业用发电厂等，甚至便携式电源、移动电源、偏远地区用电及高品质电源等，还可作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源。

富氧燃烧捕集技术是一种燃烧中捕集技术。与传统直接用空气助燃的燃烧技术不同，富氧燃烧是用纯度非常高的氧气助燃，用燃烧生成的CO₂代替空气中的N₂反复循环使用，通过调整助燃空气与循环烟气的比例控制O₂/CO₂配比以适应不同的燃烧要求。富氧燃烧排烟中富含高浓度CO₂，便于后续实施低成本的二氧化碳捕集。

微电网是相对传统大电网的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。直流微电网和交流微电网是典型的微电网模式，两者之间主要区别在于采用的是直流电还是交流电作为能量传输载体。据相关机构测算，若直接由直流供电，节能会大于15％，相当可观。但因为历史的原因，1880年“电灯之父”托马斯·爱迪生与铁路大亨乔治·威斯汀豪斯为争夺全美乃至全世界的电力供应系统标准对决，限于历史背景下只有交流电能提供长距离输送技术而胜出至今占据世界电力负荷的80％份额，直流负荷仅20％份额，但随着双向DC/AC转换器和双向DC/DC转换器的发展成熟，相关机构预测未来世界以直流输电技术有望占据世界电力负荷的50％。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本实用新型提出了一种近零碳排放的分布式能源供给系统，旨在实现近零碳排放下提供电能、氢能、热能，符合低碳的社会需求，应用前景广阔。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种近零碳排放的分布式能源供给系统，包括储供能单元和分别与储供能单元连接的光伏发电单元、风力发电单元、外部电网接入单元和燃料电池发电单元，所述燃料电池发电单元与碳捕集单元连接，所述碳捕集单元包括依次连接的多股流换热装置、第一气液分离器、二氧化碳压缩机、二氧化碳液化冷箱和第二气液分离器，所述第一气液分离器和冷凝水泵连接。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：

本实用新型提供了一套近零碳排放的分布式供给电力、热力、氢气的方案，首次提出了一种整合光伏、风电、氢能、燃料电池、碳捕集等多种新能源技术，最终实现进行多能互补、供应耦合，二氧化碳捕集回收下供应电能、氢能、热能的分布式能源系统，为实现碳中和目标提出了一种可实施的技术方案。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是一种近零碳排放的分布式能源供给系统的示意图(直流微电网系统)；

图2是一种近零碳排放的分布式能源供给系统的示意图(交流微电网系统)。

具体实施方式

一种近零碳排放的分布式能源供给系统，如图1所示，包括：LNG储罐1、BOG压缩机2、LNG增压泵3、LNG增压气化器4、燃料LNG气化器5、空气压缩机6、空气缓冲罐7、固态氧化物电池堆8、富氧燃烧装置9、第一DC/DC转换器10、直流微电网母线11、第二DC/DC转换器12、蓄电池组13、超级电容组14、DC/AC逆变器15、网电接入装置16、第一AC/DC转换器17、太阳能电池方阵18、汇流箱19、第三DC/DC转换器20、风力发电机21、第二AC/DC转换器22、多股流换热器23、第一气液分离器24、冷凝水泵25、二氧化碳压缩机26、二氧化碳液化冷箱27、第二气液分离器28，智慧能量管理系统29。

具体地，

1)由太阳能电池方阵18、汇流箱19、第三DC/DC转换器20组成了光伏发电单元。

所述太阳能电池方阵18通过电缆与汇流箱19连接汇集太阳能电池组生产的电力，汇流箱19汇集后的电力通过电缆与第三DC/DC转换器20调节到基准电压并最终连接至直流微电网母线。

2)由风力发电机21、第二AC/DC转换器22组成了风力发电单元。

所述风力发电机21生产电力并通过电缆与第二AC/DC转换器22调节到基准电压并最终连接至直流微电网母线。

3)由网电接入装置16、第一AC/DC转换器17组成了外部电网接入系统。

所述网电接入装置16通过电缆与第一AC/DC转换器17连接并最终连接至直流微电网母线。

4)由LNG储罐1、BOG压缩机2、LNG增压泵3、LNG增压气化器4、燃料LNG气化器5共同组成了LNG燃料储存及供应系统。

LNG燃料储存于LNG储罐1。LNG储罐1的液相出口由管道连接至增压泵3的入口，增压泵3的出口通过管道与LNG增压气化器4入口相连，LNG增压气化器4出口返回至LNG储罐1实现自增压。达到0.3～0.4MPa的LNG燃料从LNG储罐1的另一个液相出口由管道连接至燃料LNG气化器5的入口，气化为常温；LNG储罐1的气相出口通过管道连接到BOG压缩机2，经过BOG压缩机2增压的BOG(Boil Off Gas闪蒸气，LNG在静态储存时产生的静态蒸发)和LNG气化器5出口的天然气连通混合后通过管道被送至碳捕集单元的多股流换热装置加热，加热后的天然气被送至燃料电池发电单元参与发电。

其中：

LNG储罐1可以是真空粉末绝热罐、高真空杜瓦瓶；BOG压缩机2可以是螺杆压缩机、迷宫压缩机、平衡式往复式压缩机；LNG增压泵3可以是筒袋潜液泵、外置离心泵。

5)由空气压缩机6、空气缓冲罐7、共同组成了空气供给系统。

空气自大气中吸入空气压缩机6，空气压缩机6的出口通过管道与空气缓冲罐7入口相连，实现增压空气缓冲储存，空气缓冲罐7出口的空气通过管道被送至碳捕集单元的多股流换热装置加热，加热后的空气被送至燃料电池发电单元参与发电。

其中：

空气压缩机6可以是螺杆压缩机、往复压缩机等。

6)由固态氧化物电池堆8、富氧燃烧装置9、第一DC/DC转换器10等共同组成了燃料电池发电单元。

由碳捕集单元送至来的高温天然气和蒸汽(所述蒸汽来自多股流换热装置23)按一定比例混合增湿(根据燃料气组分不同采用不同的增湿混合比例，有利于多组分碳氢燃料实现内部重整)，同送来的热空气在固态氧化物电池堆8中产生电化学反应，生产出直流电通过电缆接入第一DC/DC转换器10。固态氧化物电池堆8会产生高温燃料尾气(其中可能含有一氧化碳)，通过管道将高温燃料尾气连接至富氧燃烧装置9和热空气混合后燃烧产生高温尾气再通过管道连接至多股流换热器23进行热量回收。

其中：所述固态氧化物电池堆8包含多个固态氧化物电池的堆叠；所述燃料气不限于天然气，可以包括碳氢组分的化石燃料和液氮、甲醇、乙醇等可再生燃料。

7)由直流微电网母线11、第二DC/DC转换器12、蓄电池组13、超级电容组14、DC/AC逆变器15等共同组成了储供能单元。

光伏发电单元、风力发电单元通过各类DC/DC转换器调节到基准电压并最终连接至直流微电网母线。

燃料电池发电单元生产的电能通过电缆连接到直流微电网母线11分配，直流微电网母线11通过电缆分别连接第二DC/DC转换器12、DC/AC逆变器15维持微电网的用电需求。第二DC/DC转换器12通过电缆连接蓄电池组13、超级电容组14等电能的储存装置。

其中：

直流微电网母线11是能源系统的汇合点，所有的能源都以直流的方式汇总到直流微电网母线11上，再进行分配。

8)由多股流换热装置23、第一气液分离器24、冷凝水泵25、二氧化碳压缩机26、二氧化碳液化冷箱27、第二气液分离器28等共同组成了碳捕集单元。

从燃料电池发电单元来的高温尾气，通过管道接入多股流换热装置23中分别与常温天然气、空气、水分别发生换热交换，生成高温天然气、热空气、蒸汽、热水等。多股流换热装置23出口尾气通过管道连接到第一气液分离器24进行冷凝水分离，第一气液分离器24底部产生的冷凝水通过管道接入冷凝水泵25增压后送至本系统外的冷凝水收集装置处理回收，第一气液分离器24顶部产生的脱水尾气再通过管道接入二氧化碳压缩机26，二氧化碳压缩机26将尾气压缩至临界压力后再送至二氧化碳液化冷箱27液化成液体二氧化碳。二氧化碳液化冷箱27出口液体通过管道送至第二气液分离器28经过气液分离后再将液体二氧化碳外送装车，第二气液分离器28产生的气相与氧气混合后返回富氧燃烧装置9循环燃烧。

其中：

多股流换热装置23可以是板式换热器，或缠绕管式换热器。二氧化碳液化冷箱27的冷能可以来自冰机、丙烷冷却机、声波制冷机等设备。

智慧能量管理系统29，是本系统的神经中枢和能量管理中心，对区域内设备进行采集管理和协调控制，是系统安全、稳定、高效运行的保障。管理系统将对各类设备(光伏、逆变器、开关、电解设备、储氢/氧设备、固体氧化物电池等)运行、环境状态及人员管理进行综合的信息感知，实现实时监控、协调控制、削峰填谷、经济运行管理，并可支持负荷跟踪、光伏发电预测、需求侧管理、售能等功能。

电解水制氢系统主要指PEM纯水电解系统，但不排除采用碱性电解槽、SOCE电解水系统及多种系统组合的方式来电解水制得氢气和氧气。

采用本实用新型的系统进行分布式能源供给的方法包括如下内容：

一、多能互补的直流微电网供电方法：

光伏发电单元的太阳能电池方阵18通过电缆与汇流箱19连接，汇流箱19通过电缆与第三DC/DC转换器20连接并最终连接至直流微电网母线。本系统在具备阳光资源地区依托太阳能电池方阵发电每年可实现有效发电时间1500小时左右，供给微电网。

风力发电单元的风力发电机通过电缆与第二AC/DC转换器22并最终连接至直流微电网母线。本系统在具备风力资源地区依托风力发电机发电可实现每年有效发电时间2500小时左右，供给微电网。

第二DC/DC转换器12通过电缆与直流微电网母线11相连接，同时第二DC/DC转换器12分别与蓄电池组13和超级电容组14电缆连接；本系统的光伏发电和风力发电可以短时间(根据实际需求可配合1～12小时的储能规模)由蓄电池组和超级电容进行储存和释放，保障微电网的供电。

电解水制氢系统，光伏和风力发电的富裕可以通过电解水制氢系统制成氢气并长期在氢气储罐内储存，并在必要的时候将氢气返回燃料电池单元与空气反应而产生电力供给微电网，也可以对外提供加压的氢气。

燃料电池发电单元包括固态氧化物电池堆8、富氧燃烧装置9，其中：多股流换热装置23的高温天然气出口和热空气出口分别接入固态氧化物电池堆；所述固态氧化物电池堆通过电缆接入第一DC/DC转换器10，经转换后的电流接入直流微电网母线11，所述固态氧化物电池堆的高温燃料尾气出口通过管道与电解水产生的氧气一起接入富氧燃烧装置9，所述富氧燃烧装置的高温尾气出口通过管道连接至碳捕集单元的多股流换热装置23。本系统可以接卸并储存外部的液化天然气，并在必要的时候将气化后的天然气送至燃料电池单元与空气反应而产生电力供给微电网，以实现跨季调峰或极端工况从而增强整个系统在调峰供能的可靠性。

其中

利用本系统也可以接卸其他碳氢燃料(燃料不限于天然气，可以包括碳氢组分的化石燃料和液氮、甲醇、乙醇等可再生燃料)。

二、多能互补的交流微电网供电系统：

只要本实用新型的直流微电网系统中的设备进行少许改变就能变成交流微电网系统进行供电。

第一AC/DC转换器17调整成第一变压器117；第三DC/DC转换器20调整成第三DC/AC逆变器120；第二DC/DC转换器12调整成第二DC/AC逆变器112；第一DC/DC转换器10调整成第一DC/AC逆变器110；第二AC/DC转换器22调整成第二变压器122；DC/AC逆变器15调整成第三变压器115。

最终变换后如图2一种近零碳排放的分布式能源的具体实施案例示意图(交流微电网系统)所示。

光伏发电单元的太阳能电池方阵118通过电缆与汇流箱119连接，汇流箱119通过电缆与第三DC/AC逆变器120连接并最终连接至交流微电网母线。本系统在具备阳光资源地区依托太阳能电池方阵发电每年可实现有效发电时间1500小时左右，供给微电网。

风力发电单元的风力发电机通过电缆与第二变压器122并最终连接至交流微电网母线。本系统在具备风力资源地区依托风力发电机发电可实现每年有效发电时间2500小时左右，供给微电网。

第二DC/AC逆变器112通过电缆与交流微电网母线111相连接，同时第二DC/AC逆变器112分别与蓄电池组113和超级电容组114电缆连接；本系统的光伏发电和风力发电可以短时间(根据实际需求可配合1～12小时的储能规模)由蓄电池组和超级电容进行储存和释放，保障微电网的供电。

燃料电池发电单元包括固态氧化物电池堆108、富氧燃烧装置109，其中：多股流换热装置123的高温天然气出口和热空气出口分别接入固态氧化物电池堆；所述固态氧化物电池堆通过电缆接入第一DC/AC转换器110，经转换后的电流接入交流微电网母线111，所述固态氧化物电池堆的高温燃料尾气出口通过管道与电解水产生的氧气一起接入富氧燃烧装置109，所述富氧燃烧装置的高温尾气出口通过管道连接至碳捕集单元的多股流换热装置123。本系统的可以接卸并储存外部的液化天然气，并在必要的时候将气化后的天然气送至燃料电池单元与空气反应而产生电力供给微电网，以实现跨季调峰或极端工况从而增强整个系统在调峰供能的可靠性。

其中

三、电解水制氢系统对外提供高纯氢气：

所述电解水制氢系统，光伏和风力发电的富裕可以通过电解水制氢系统制成氢气并长期在氢气储罐内储存，并在必要的时候将氢气返回燃料电池单元与空气反应而产生电力供给微电网，也可以对外提供加压/或液化的氢气产品供应给加氢站。

四、碳捕集单元利用回收的热能生产高品位蒸汽和低品位热水：

所述燃料电池发电系统副产的高温尾气通向碳捕集单元进行梯级换热，回收的热能将脱盐水加热成为高品位蒸汽和低品位热水。其中低品位热水可供分布式系统上的生产生活用热水，高品位蒸汽可用于燃料电池反应增湿或蒸汽管道热力外输。

五、二氧化碳捕集：

碳捕集单元包括多股流换热装置23、气液分离器24和28、冷凝水泵25、二氧化碳压缩机26、二氧化碳液化冷箱27，所述多股流换热装置23的尾气出口通过管道与第一气液分离器24连接，所述第一气液分离器24的底部冷凝水出口通过管道接入冷凝水泵25，并最终送至冷凝水收集装置。所述第一气液分离器24的顶部脱水尾气出口通过管道接入二氧化碳压缩机26，压缩后连接至二氧化碳液化冷箱27降温，再经过第二气液分离器28分离后液态二氧化碳装车外输，含氧气态二氧化碳则返回氧气管道通向富氧燃烧装置9参与尾气燃烧。本系统利用了富氧燃烧能实现高效二氧化碳回收原理，因为燃料电池特殊的运行特性最终尾气只会包含二氧化碳和少量一氧化碳，因此我们利用循环二氧化碳+富氧对尾气燃烧、余热回收、脱水、压缩、冷却、分离的方法可以较低成本的回收液态二氧化气装车外输，分离剩余的含氧二氧化碳气则与氧气混合后返回富氧燃烧装置循环，进而即使本系统在采用石化碳氢燃料时也可实现近零碳排放。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型主要采用光伏发电和风力发电作为主体供能单元，富裕的电力采用PEM纯水分解制成氢气和氧气进行储存；在光伏和风电出力不足时，启动SOFC燃料电池进行氢氧电化学反应进行电力补充供应；当储存的氢气不足时则启动碳氢燃料供应SOFC燃料进行碳氢氧电化学反应进行电力补充供应，由于碳氢燃料尾气中含有CO₂，因此需要同时启动碳捕集装置将CO₂进行捕集后储存，并运送至CO₂封存地或加氢工厂制作清洁甲醇。

本实用新型公开了一种近零碳排放的分布式能源的系统及方法，系统主要由外部电网接入系统、光伏发电单元、风力发电单元、燃料电池发电系统，电解水制氢系统、交流电用户、直流电用户、热力用户、电解水制氢系统及氢能用户、直流微电网母线及储能系统等组成。由所述光伏发电单元、风力发电单元、燃料电池发电系统、外部电网接入系统组成供能端；由所述交流电用户、直流电用户、热力用户、电解水制氢系统及氢能用户等组成用户需求端；由直流微电网母线及储供能单元来连接和协调电力分配。所述燃料电池发电系统副产的高温尾气通向碳捕集单元进行梯级换热，回收的热能将脱盐水加热成为高品位蒸汽和低品位热水。其中低品位热水可供分布式上生产生活用热水，高品位蒸汽可用于燃料电池反应增湿或蒸汽管道热力外输。本实用新型利用了富氧燃烧能实现二氧化碳回收原理，因为燃料电池特殊的运行特性最终尾气只包含二氧化碳和少量氧气，因此我们利用压缩机、冷却、分离的方法可以较低成本地回收液态二氧化气装车外输，进而即使本系统在采用石化碳氢燃料时也可实现近零碳排放。

流程1多能互补的直流微电网供电：

光伏发电单元的太阳能电池方阵通过电缆与汇流箱连接，汇流箱通过电缆与DC/DC转换器并最终连接至直流微电网母线。本系统在具备阳光资源地区依托太阳能电池方阵发电每年可实现有效发电时间1500小时左右，供给微电网。

风力发电单元的风力发电机通过电缆与第二AC/DC逆变器并最终连接至直流微电网母线。本系统在具备风力资源地区依托风力发电机发电可实现每年有效发电时间2500小时左右，供给微电网。

储供能单元的DC/DC转换器通过电缆与直流微电网母线相连接，同时DC/DC转换器分别与蓄电池组和超级电容组电缆连接；本系统的光伏发电和风力发电可以短时间由蓄电池组和超级电容进行储存和释放，保障微电网的供电。

LNG燃料储存及供应系统的LNG燃料在LNG储罐中储存(储存压力0.1MPa左右)，储罐中的LNG通过LNG增压泵3增压到中压(0.4MPa左右)，中压LNG由LNG增压气化器4转化为气态天然气，并返回LNG储罐实现压力增压。LNG储罐中的LNG通过管道输送到燃料LNG气化器气化成常温天然气后会进一步在多股流换热装置中换热成高温天然气(600-1000℃)，并送至固态氧化物电池堆。空气供给系统将空气压缩到中压(0.4MPa左右，但需要比燃料气端略高，以保证氧离子的运动)后，在多股流换热装置中换热成热空气(600-1000℃)并送至固态氧化物电池堆；所述高温天然气和高温空气将在固态氧化物电池堆产生的电力供给微电网。

流程2多能互补的交流微电网供电：

光伏发电单元的太阳能电池方阵通过电缆与汇流箱连接，汇流箱通过电缆与第三DC/AC转换器并最终连接至交流微电网母线。本系统在具备阳光资源地区依托太阳能电池方阵发电每年可实现有效发电时间1500小时左右，供给微电网。

风力发电单元的风力发电机通过电缆与第二变压器并最终连接至交流微电网母线。本系统在具备风力资源地区依托风力发电机发电可实现每年有效发电时间2500小时左右，供给微电网。

储供能单元的DC/AC逆变器通过电缆与交流微电网母线相连接，同时DC/AC转换器分别与蓄电池组和超级电容组电缆连接；本系统的光伏发电和风力发电可以短时间由蓄电池组和超级电容进行储存和释放，保障微电网的供电。

LNG燃料储存及供应系统的LNG燃料在LNG储罐中储存(储存压力0.1MPa左右)，储罐中的LNG通过LNG增压泵103增压到中压(0.4MPa左右)，中压LNG由LNG增压气化器104转化为气态天然气，并返回LNG储罐实现压力增压。LNG储罐中的LNG通过管道输送到燃料LNG气化器气化成常温天然气后会进一步在多股流换热装置中换热成高温天然气(600-1000℃)，并送至固态氧化物电池堆。空气供给系统将空气压缩到中压(0.4MPa左右，但需要比燃料气端略高，以保证氧离子的运动)后，在多股流换热装置中换热成热空气(600-1000℃)并送至固态氧化物电池堆；所述高温天然气和高温空气将在固态氧化物电池堆产生的电力供给微电网。

流程3光伏、风能、电网余电制氢、氧：

太阳能电池方阵18和风力发电机21生产的富裕电力可以通过电解水制氢系统制成氢气并长期在氢气储罐内储存；夜晚也可以通过网电接入装置16从电网取便宜的谷电制氢；并在必要的时候将氢气返回燃料电池单元与空气反应而产生电力供给微电网，也可以对外提供加压高纯的燃料级氢气；并在必要的时候将氧气与固态氧化物电池堆的尾气进行富氧燃烧，燃烧之后回收热量和二氧化碳。

流程4液化天然气富氧燃烧供应热水、蒸汽：

当冬季热量需求量较大时，天然气和氧气(或空气)可大量进入富氧燃烧装置9产生热量，再通过碳捕集单元的多股流换热装置加热成热水供应热水、蒸汽。

流程5固体氧化物电池尾气燃烧实现二氧化碳捕集：

本系统主要利用了富氧燃烧能实现高效二氧化碳回收原理，因为燃料电池特殊的运行特性最终尾气只会包含二氧化碳和一氧化碳，因此我们利用循环二氧化碳+富氧对尾气燃烧、余热回收、脱水、压缩、冷却、分离的方法可以较低成本的回收液态二氧化气装车外输，分离剩余的含氧二氧化碳气则与氧气混合后返回富氧燃烧装置循环，进而即使本系统在采用石化碳氢燃料时也可实现近零碳排放。

Claims

1.一种近零碳排放的分布式能源供给系统，其特征在于：包括储供能单元和分别与储供能单元连接的光伏发电单元、风力发电单元、外部电网接入单元和燃料电池发电单元，所述燃料电池发电单元与碳捕集单元连接，所述碳捕集单元包括依次连接的多股流换热装置、第一气液分离器、二氧化碳压缩机、二氧化碳液化冷箱和第二气液分离器，所述第一气液分离器和冷凝水泵连接。

2.根据权利要求1所述的一种近零碳排放的分布式能源供给系统，其特征在于：所述光伏发电单元包括依次连接的太阳能电池方阵、汇流箱和第三DC/DC转换器；所述风力发电单元包括风力发电机和第二AC/DC转换器；所述外部电网接入单元包括网电接入装置和第一AC/DC转换器；所述燃料电池发电单元包括固态氧化物电池堆和分别与固态氧化物电池堆连接的富氧燃烧装置和第一DC/DC转换器；所述储供能单元包括直流微电网母线和分别与直流微电网母线连接的第二DC/DC转换器和DC/AC逆变器，所述第二DC/DC转换器分别与蓄电池组和超级电容组连接；所述直流微电网母线分别与燃料电池发电单元的第一DC/DC转换器、外部电网接入单元的第一AC/DC转换器、光伏发电单元的第三DC/DC转换器、风力发电单元的第二AC/DC转换器连接。

3.根据权利要求1所述的一种近零碳排放的分布式能源供给系统，其特征在于：所述光伏发电单元包括依次连接的太阳能电池方阵、汇流箱和第三DC/AC逆变器；所述风力发电单元包括风力发电机和第二变压器；所述外部电网接入单元包括网电接入装置和第一变压器；所述燃料电池发电单元包括固态氧化物电池堆和分别与固态氧化物电池堆连接的富氧燃烧装置和第一DC/AC逆变器；所述储供能单元包括交流微电网母线和分别与交流微电网母线连接的第二DC/AC逆变器和第三变压器，所述第二DC/AC逆变器分别与蓄电池组和超级电容组连接；所述交流微电网母线分别与燃料电池发电单元的第一DC/AC逆变器、外部电网接入单元的第一变压器、光伏发电单元的第三DC/AC逆变器、风力发电单元的第二变压器连接。

4.根据权利要求1所述的一种近零碳排放的分布式能源供给系统，其特征在于：所述储供能单元与电解水制氢系统连接。

5.根据权利要求4所述的一种近零碳排放的分布式能源供给系统，其特征在于：所述电解水制氢系统的氢气出口通过碳捕集单元的多股流换热装置后接入燃料电池发电单元。

6.根据权利要求4所述的一种近零碳排放的分布式能源供给系统，其特征在于：所述电解水制氢系统的氧气出口与所述燃料电池发电单元的富氧燃烧装置连接。

7.根据权利要求6所述的一种近零碳排放的分布式能源供给系统，其特征在于：所述第二气液分离器的气相出口与所述电解水制氢系统的氧气出口连接。

8.根据权利要求1所述的一种近零碳排放的分布式能源供给系统，其特征在于：所述碳捕集单元的多股流换热装置设置有脱盐水入口、热水出口和蒸汽出口，所述蒸汽出口通过管道连接至多股流换热装置的高温天然气出口。