燃料电池综合供能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池综合供能系统，该燃料电池综合供能系统包括氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制子系统、可编程控制子系统、热水储蓄与分配子系统、吸收式低温余热制冷子系统，可实现冷、热、电三联供，系统既可以独立离网运行，也可以并网运行。本发明专利技术通过利用燃料电池将氢气与氧气反应产生的化学能转化为用户需要的电能，实现对外供电；同时利用冷却水通过热交换将燃料电池内部电堆反应产生的热量进行合理化利用，在吸收式低温余热制冷系统的作用下，将燃料电池产出的低温热水进行二次利用，实现对外供冷与供热，可解决燃料电池能源供给单一的短板，实现了具备多场景适配能力的综合供能模式。景适配能力的综合供能模式。景适配能力的综合供能模式。

Fuel cell integrated energy supply system

【技术实现步骤摘要】
燃料电池综合供能系统


[0001]本专利技术涉及氢能
，尤其涉及到一种燃料电池综合供能系统。

技术介绍

[0002]分布式综合供能系统是一种基于用户侧需求的能源转换与高效利用系统，同传统的单一供能相比较，具备能源利用率高、输送能量损耗低、运行负荷调节灵活以及能源供给安全性高的优势，可以在一定条件下独立的输出冷、热、电，为用户侧按需提供定制化能源供给方式。以冷热电三联供为核心的综合供能系统是传统能源综合利用的有力补充，符合行业内降低碳排放的可持续发展要求，并可以有效减轻电网侧输配压力，是未来能源结构调整中的重点发展方向。目前常见的综合供能系统有基于燃机技术的天然气冷热电三联供系统、基于分布式可再生能源发电技术的冷热电三联供系统、基于地热能的冷热电三联供系统、基于生物质燃烧技术的冷热电三联供系统和基于燃料电池技术的冷热电三联供系统等。其中，燃料电池具有能量转化效率高、清洁无污染零碳排放等优势，是冷热电三联供系统建立的理想选择。国外基于燃料电池冷热电三联供系统已投入商业化运行，广泛应用于数据中心、居民住宅、商场、医院等场景；国内尚未开展大规模的应用。
[0003]氢气是一种洁净无污染的能源，依托燃料电池可实现高效的化学能到电能的转化，并同时产生热量，是一种理想的建立冷热电三联供系统的原料清洁气。以氢气为原料的基于燃料电池的冷热电三联供系统不仅能够实现40～60％的供电效率，高于天然气供能系统27～48％的供电效率，实现85％以上的综合能源利用率，而且还能满足用户侧对于冷、热量的需要，在实现能源利用过程的零碳排放的同时有利于拓展氢能的应用场景。目前燃料电池供能系统常采用单独发电和热电联供方式，不能有效覆盖多样化的应用场景，存在应用场景单一、成本过高、运行稳定性差等问题，导致目前应用较少。因此，如何改善燃料电池功能系统能源供给模式单一、能量转化利用效率不高，是一个亟需解决的技术问题。
[0004]上述内容仅用于辅助理解本专利技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种燃料电池综合供能系统，旨在解决目前燃料电池功能系统能源供给模式单一、能量转化利用效率不高的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种燃料电池综合供能系统，所述燃料电池综合供能系统包括氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制系统、可编程控制子系统、热水储蓄与分配子系统和吸收式低温余热制冷子系统；其中：
[0007]所述氢气气源子系统通过氢气输出端连接燃料电池子系统的氢气输入端；
[0008]所述燃料电池子系统的热水输出端连接热水储蓄与分配子系统，所述燃料电池子系统的电能输出端连接供电控制系统的电能输入端；
[0009]所述供电控制系统的电能输出端分别连接热水储蓄与分配子系统、可编程控制子
系统和用户输入端；
[0010]所述可编程控制子系统的控制输出端连接氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制系统、热水储蓄与分配子系统和吸收式低温余热制冷子系统的控制输入端；
[0011]所述热水储蓄与分配子系统的热水输出端分别连接吸收式低温余热制冷子系统的热水输入端和用户输入端；
[0012]所述吸收式低温余热制冷系统的热水输出端和冷冻水输出端分别连接用户输入端。
[0013]可选的，所述氢气气源子系统包括氢源、减压阀组和氢气管道，所述氢源通过氢气管道向燃料电池子系统供给氢气，所述减压阀组设置于所述氢气管道，对氢源提供的氢气进行减压。
[0014]本专利技术所述的氢气气源子系统指可为燃料电池提供符合要求的高纯氢气的系统，其氢气纯度≥99.97％，杂质含量符合国家标准GB/T 37244
‑
2018《燃料电池汽车用燃料氢气》的有关要求。其供氢压力为0.7～1.0MPa，氢气可来源于电解水制氢、工业副产氢提纯或其他工艺，由氢气长管拖车或氢气集装瓶束运输提供或直接在现场制取和提供。
[0015]可选的，所述燃料电池子系统包括燃料电池发电模组、氢气循环泵和空气循环泵，所述燃料电池发电模组的输入端分别连接氢气循环泵和空气循环泵，利用输入的氢气与空气进行电化学反应。
[0016]本专利技术所述的燃料电池子系统由燃料电池发电模组、模组冷却器、氢气循环泵、空气泵等组成。系统接受来自高纯氢气气源子系统的高纯度氢气，并采用空气泵向系统提供空气，二者在燃料电池内部发生电化学反应，在生成产物水的过程中，形成电流。本系统中燃料电池可采用质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等类型的燃料电池。
[0017]可选的，所述燃料电池子系统还包括入口氢气压力传感器。
[0018]可选的，所述供电控制子系统还包括直流变压器、逆变器、锂电池储能模块和配电柜，所述直流变压器、逆变器、锂电池储能模块和配电柜依次连接，所述配电柜的输出端分别连接热水储蓄与分配子系统、可编程控制子系统和用户输入端。
[0019]本专利技术所述的供电控制子系统由直流变压器、逆变器、锂电池储能模块、配电柜等组成，可将燃料电池产出的直流电进行升压、逆变、储蓄和外供。
[0020]可选的，所述可编程控制子系统包括一组或多组可编程逻辑控制器、触摸屏和控制电缆，所述可编程逻辑控制器分别连接触摸屏和控制电缆，所述控制电缆连接氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制系统、热水储蓄与分配子系统和吸收式低温余热制冷子系统的控制输入端，用于获取各设备的运行状态，并通过触摸屏向各设备发送指令。
[0021]本专利技术所述的可编程逻辑控制子系统由一组或多组可编程逻辑控制器、触摸显示屏、控制电缆等组成，可实现对全系统的控制，为全系统的运行、停止、参数调节等提供指令。
[0022]可选的，所述热水储蓄与分配子系统包括热水储罐、置于所述热水储罐内的电加热器、热水泵、供水管道，所述热水储罐通过供水管道与燃料电池子系统的热水输出端连接，所述热水泵连接热水储罐和吸收式低温余热制冷系统的热水输入端。
[0023]本专利技术所述的热水储蓄与分配子系统由热水储罐、热水储罐内的电加热器、高温热泵、热水泵、热水供水管道等组成，系统可将燃料电池子系统产出的热水进行储存，并通
过热水泵和供水管道为下游提供热水。在燃料电池子系统产出的热水提供的热量不足以满足下游需求时，可利用燃料电池子系统产出的电能通过电加热器或高温热泵进行辅热，以提高热品位，实现更高的能量利用率。
[0024]可选的，所述热水储蓄与分配子系统还包括溢流排水管路，所述溢流排水管路连接外部污水管道。
[0025]可选的，所述热水储蓄与分配子系统还包括高温热泵，所述高温热泵的供电输入端连接供电控制子系统，所述高温热泵的热水输入端连接热水储罐，所述高温热泵的热水输出端连接吸收式低温余热制冷系统的热水输入端。
[0026]可选的，所述吸收式低温余热制冷子系统包括吸收式制冷机组、冷却塔和空调系统，所述吸收式制冷机组通过热水输入端连接热水储蓄与分配子系统，通过第一冷剂水循环管路和第二冷剂水循环管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述燃料电池综合供能系统包括氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制系统、可编程控制子系统、热水储蓄与分配子系统和吸收式低温余热制冷子系统；其中：所述氢气气源子系统通过氢气输出端连接燃料电池子系统的氢气输入端；所述燃料电池子系统的热水输出端连接热水储蓄与分配子系统，所述燃料电池子系统的电能输出端连接供电控制系统的电能输入端；所述供电控制系统的电能输出端分别连接热水储蓄与分配子系统、可编程控制子系统和用户输入端；所述可编程控制子系统的控制输出端连接氢气气源子系统、燃料电池子系统、供电控制系统、热水储蓄与分配子系统和吸收式低温余热制冷子系统的控制输入端；所述热水储蓄与分配子系统的热水输出端分别连接吸收式低温余热制冷子系统的热水输入端和用户输入端；所述吸收式低温余热制冷系统的热水输出端和冷冻水输出端分别连接用户输入端。2.如权利要求1所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述氢气气源子系统包括氢源、减压阀组和氢气管道，所述氢源通过氢气管道向燃料电池子系统供给氢气，所述减压阀组设置于所述氢气管道，对氢源提供的氢气进行减压。3.如权利要求1所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述燃料电池子系统包括燃料电池发电模组、氢气循环泵和空气循环泵，所述燃料电池发电模组的输入端分别连接氢气循环泵和空气循环泵，利用输入的氢气与空气进行电化学反应。4.如权利要求3所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述燃料电池子系统还包括入口氢气压力传感器。5.如权利要求1所述的燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述供电控制子系统还包括直流变压器、逆变器、锂电池储能模块和配电柜，所述直流变压器、逆变器、锂电池储能模块和配电柜依次连...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳彦超，张定海，杨锦，胡洋，廖绍松，仇甜根，毕诗方，何田，粟勇，蒲国庆，
申请(专利权)人：中国华电集团有限公司四川分公司四川华电泸定水电有限公司，
类型：发明
国别省市：