一种燃料电池与压缩空气储能相耦合的发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种燃料电池与压缩空气储能相耦合的发电系统，包含压缩机组、透平膨胀机组、燃料电池发电系统、压缩空气储罐、冷水储罐、热水储罐、电动机、发电机及若干管路；通过对于燃料电池与压缩空气储能的耦合以及相应热交换网络的设计，实现了对于燃料电池及剩余的氢气和空气的热量收集，更大程度利用了系统热量。这部分余热用于加热透平膨胀机前的空气，提高了压缩空气在发电过程中的发电效率；相比起其他的燃料电池与压缩空气储能的耦合系统，本实用新型专利技术不涉及燃烧等需要较精确控制的过程，操作简易，并且增大氢气的利用率。并且增大氢气的利用率。并且增大氢气的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池与压缩空气储能相耦合的发电系统


[0001]本技术涉及分布式能源利用
，主要涉及一种燃料电池与压缩空气储能相耦合的发电系统。

技术介绍

[0002]近年来，氢能的应用已经从传统的化工原料气和保护气拓展延伸到交通动力、能源电力与电网储能等诸多领域。尤其是综合能源供给方面，利用燃料电池建设分布式能源供给站提供热电气供给，可以大幅改善能源消费与温室气体排放。质子交换膜燃料电池具有高能效、低噪音、高温启动性能好和环境友好等特点，已经成为能源领域研究的热点。质子交换膜燃料电池运行温度在65℃
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85℃，运行期间系统可将氢气化学能近似对半转化为电能和热能，其中电能经调压稳定后直接输出直流电。然而目前质子交换膜燃料电池系统设计中存在较多热量废弃，造成燃料电池系统热能回收效率不高。
[0003]现代化的储能系统从第一个实用的铅酸电池发展至今已有近170年的历史，从铅酸蓄电池、镍氢电池、超级电容器、飞轮储能、超导储能、液流电池到锂离子电池，还包括抽水蓄能电站、压缩空气储能等。如何将燃料电池和储能系统耦合，以更大程度增加能量利用率，是重要的研究方向。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是利用了压缩空气储能与燃料电池有着功能上的互补性，减少空压机耗功成本及系统成本，并回收燃料电池反应产生的余热，提高压缩空气在发电过程中的发电效率。
[0005]为了达到上述目的，本技术提供了一种燃料电池与压缩空气储能相耦合的发电系统，包含压缩机组、透平膨胀机组、燃料电池发电系统、压缩空气储罐、冷水储罐、热水储罐、电动机、发电机及若干管路；
[0006]压缩机组由所述的电动机驱动；包含多个串联的压缩机，每个压缩机的输出端连接一个热回收器，压缩机组的输入端与大气连通，热回收器与压缩空气储罐的输入端连接；
[0007]所述压缩空气储罐设有两个输出端，分别连通所述的燃料电池发电系统和透平膨胀机组；
[0008]所述透平膨胀机组用于驱动发电机发电；包含多个串联的透平膨胀机，每个透平膨胀机输入端设置一个加热器；透平膨胀机组的输出端与大气连通；
[0009]所述燃料电池发电系统包含燃料电池本体、尾气换热器、储氢设备；燃料电池本体分别从压缩空气储罐和储氢设备输入压缩空气和氢气；反应剩余的氢气和空气进入尾气换热器；
[0010]所述的热水储罐的输出端分别连通透平膨胀机组的若干加热器；输入端分别连通压缩机组的若干热回收器和燃料电池本体；
[0011]所述的冷水储罐的输出端分别连通压缩机组的若干热回收器和燃料电池发电系
统的尾气换热器，对尾气换热器换热后的流股继续用于冷却燃料电池本体；输入端分别连通透平膨胀机组的若干加热器。
[0012]较佳地，所述的尾气换热器包含氢气换热器与空气换热器，分别回收反应剩余的氢气和空气的余热。
[0013]较佳地，所述的氢气换热器的氢气输出端分为两股，分别连通大气和燃料电池本体。
[0014]较佳地，从冷水储罐连通所述的尾气换热器的流股为并联的两股，分别用于冷却所述的氢气换热器与空气换热器后再汇合。
[0015]较佳地，所述压缩空气储罐与燃料电池发电系统之间设有一个减压阀。
[0016]较佳地，所述热水储罐和冷水储罐中的水为去离子水。
[0017]本技术的技术效果包含：
[0018](1)通过对于燃料电池与压缩空气储能的耦合以及相应热交换网络的设计，实现了对于燃料电池及剩余的氢气和空气的热量收集，更大程度利用了系统热量。这部分余热用于加热透平膨胀机前的空气，提高了压缩空气在发电过程中的发电效率。
[0019](2)相比起其他的燃料电池与压缩空气储能的耦合系统，本技术不涉及燃烧等需要较精确控制的过程，操作简易，并且增大氢气的利用率。
附图说明
[0020]图1为本技术的一种燃料电池与压缩空气储能相耦合的发电系统示意图；
[0021]附图标记：10
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热水储罐；11
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冷水储罐；12
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压缩空气储罐；13
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减压阀；101
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一级压缩机；102
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二级压缩机；103
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一级热回收器；104
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二级热回收器；105
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截止阀；106
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电动机；111
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一级膨胀机；112
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二级膨胀机；113
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一级加热器；114
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二级加热器；115
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发电机；21
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空气换热器；22
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氢气换热器；23
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燃料电池本体；24
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交直流转换器。
具体实施方式
[0022]下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
[0023]在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0024]压缩空气储能系统(Compressed air energy storage,CAES)是通过局部压缩的空气形式来进行电力存储，它是一种成本较低、容量大的电力储能技术。该技术是少数几种能够适应于长时间(数十小时)和大功率等级电站(几百到数千兆瓦)储能应用的技术同其他储能技术相比，压缩空气储能系统具有容量大、工作时间长、经济性能好、充放电循环寿命长等优点。
[0025]本技术公开的燃料电池与压缩空气储能相耦合的发电系统包含电动机106、发电机115、压缩机组、透平膨胀机组、燃料电池本体23、压缩空气储罐12、冷水储罐11和热水储罐10以及若干管路。
[0026]压缩机组由所述的电动机106驱动；包含至少两级串联的压缩机，每个压缩机的输出端连接一个热回收器，以逐级吸收压缩热；使空气交替通过压缩机和热回收器，压缩机组的输入端与大气连通，热回收器与压缩空气储罐12的输入端连接。
[0027]所述压缩空气储罐12设有两个输出端，分别连通所述的燃料电池发电系统和透平膨胀机组，对应两种不同的发电方式；为了保证压缩空气储罐12的安全，还应在压缩空气储罐12上设置安全阀，当压缩空气储罐12内部的压强过大时，部分压缩空气可通过安全阀排出，使压缩空气储罐12的压强恢复正常。
[0028]所述透平膨胀机组用于驱动发电机1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池与压缩空气储能相耦合的发电系统，其特征在于，包含压缩机组、透平膨胀机组、燃料电池发电系统、压缩空气储罐、冷水储罐、热水储罐、电动机、发电机及若干管路；压缩机组由所述的电动机驱动；包含多个串联的压缩机，每个压缩机的输出端连接一个热回收器，压缩机组的输入端与大气连通，热回收器与压缩空气储罐的输入端连接；所述压缩空气储罐设有两个输出端，分别连通所述的燃料电池发电系统和透平膨胀机组；所述透平膨胀机组用于驱动发电机发电；包含多个串联的透平膨胀机，每个透平膨胀机输入端设置一个加热器；透平膨胀机组的输出端与大气连通；所述燃料电池发电系统包含燃料电池本体、尾气换热器、储氢设备；燃料电池本体分别从压缩空气储罐和储氢设备输入压缩空气和氢气；反应剩余的氢气和空气进入尾气换热器；所述的热水储罐的输出端分别连通透平膨胀机组的若干加热器；输入端分别连通压缩机组的若干热回收器和燃料电池本体；所述的冷水储罐的输出端分别连通压缩机组的若干热回收器和...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆浩，白清友，赵邓玉，孙毅，蒋永伟，李瑾，
申请(专利权)人：航天氢能上海科技有限公司，
类型：新型
国别省市：