一种基于有机液体储氢的综合储供能系统及运行方法技术方案

本发明专利技术属于氢能技术领域，特别涉及一种基于有机液体储氢的综合储供能系统及运行方法。其技术方案为：一种基于有机液体储氢的综合储供能系统，包括高纯氢气气源子系统、固体氧化物燃料电池子系统、DC/AC逆变器子系统、可编程控制子系统、有机液体储供氢子系统。本发明专利技术提供基于有机液体储氢耦合固体氧化物燃料电池的综合储供能系统，旨在以氢气为储能媒介、无毒无污染的液体有机物为储氢载体，实现高密度储能，通过耦合固体氧化物燃料电池，形成以氢气为能量来源的综合储供能系统，实现为用户供给氢、电、热能，提高氢气高效综合利用率。提高氢气高效综合利用率。提高氢气高效综合利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有机液体储氢的综合储供能系统及运行方法


[0001]本专利技术属于氢能
，特别涉及一种基于有机液体储氢的综合储供能系统及运行方法。

技术介绍

[0002]综合储供能系统是一种基于发电端和用户侧需求的能源储存与高效利用系统，同传统的电化学储能、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氢、热、电，为氢电一体化综合能源站建设提供新的发展思路。目前常见的综合储供能系统有基于电化学储能的供电系统、基于分布式可再生能源发电技术的热电联供系统、基于高压气态储氢的供氢系统等。其中，高密度储能技术具备因时因地的动态吸收能量并适时平稳释放的特点，能有效弥补类似于可再生能源发电的间歇性、波动性等不足，提升氢能产业链发电端的可控性和稳定性。基于中低温燃料电池的热电联供系统已投入商业化运行，基于有机液体储供氢系统耦合中高温燃料电池方案尚未开展相应的技术应用。
[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，被广泛地视为一种理想的储能介质。常温常压下呈现气态的氢气具有密度最小、且易燃、易爆、易扩散，难于储存和运输等特点制约了其在储能领域的大规模应用，而现有市场普遍存在的高压气态储氢、低温液态储氢均存在运输量小、成本高等技术问题，难以满足现有氢气的大规模运输。有机液体储氢以其储氢密度高、安全性高等特点成为高密度储氢领域的重点研究对象。通过温和的催化作用，利用液体有机物在不破坏有机物主体结构的前提下通过加氢和脱氢可逆过程来实现氢气的储运。与传统储氢技术相比，有机液体储氢技术兼具安全性和经济性，具有更高的推广价值。
[0004]目前有机液体储供氢过程需要大量的热源，但如果单独使用电能供应，导致储氢、供氢过程能耗高，经济性、市场竞争力不强。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种可完全离网、运行方式灵活的基于有机液体储供氢技术耦合固体氧化物燃料电池的综合储供能系统。
[0006]本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种基于有机液体储氢的综合储供能系统，包括高纯氢气气源子系统1，高纯氢气气源子系统1通过管道连接有固体氧化物燃料电池子系统2，固体氧化物燃料电池子系统2电连接有DC/AC逆变器子系统3，DC/AC逆变器子系统3电连接有可编程控制子系统4，固体氧化物燃料电池子系统2的高温蒸汽出口通过管道连接有有机液体储供氢子系统5，有机液体储供氢子系统5的氢气出口通过管道与固体氧化物燃料电池子系统2连接，高纯氢气气源子系统1通过管道与有机液体储供氢子系统5连接，DC/AC逆变器子系统3与有机液体储供氢子系统5电连接，可编程控制子系统4通过控制信号分别连接高纯氢气气源子系统1、固体氧化
物燃料电池子系统2、DC/AC逆变器子系统3、有机液体储供氢子系统5；所述有机液体储供氢子系统5的氢气出口还通过管道连接用户供氢系统，有机液体储供氢子系统5的蒸汽出口还通过管道连接用户供热系统，DC/AC逆变器子系统3电连接用户供电系统。
[0008]作为本专利技术的优选方案，所述固体氧化物燃料电池子系统2包括空气循环泵，空气循环泵连通有燃烧室，燃烧室连通有燃料电池电堆，高纯氢气气源子系统1通过管道连接有氢气循环泵，氢气循环泵与燃料电池电堆连通。
[0009]作为本专利技术的优选方案，所述燃料电池电堆的高温尾气出口通过管道连接有蓄热罐，蓄热罐通过管道与有机液体储供氢子系统5连接。
[0010]作为本专利技术的优选方案，所述有机液体储供氢子系统5包括原料有机物储罐51，原料有机物储罐51通过管道连接有预热器52，预热器52通过管道连接有催化加氢反应器53，催化加氢反应器53的产物出口通过管道连接有产品有机物存储系统54；所述固体氧化物燃料电池子系统2的高温蒸汽出口分别通过管道连接预热器52和产品有机物存储系统54；所述预热器52的蒸汽出口连接用户供热系统，产品有机物存储系统54的氢气出口通过管道连接用户供氢系统。
[0011]作为本专利技术的优选方案，所述产品有机物存储系统54的蒸汽出口通过管道连接预热器52。
[0012]一种基于有机液体储氢的综合储供能系统的运行方法，包括以下步骤：
[0013]S1：启动可编程控制子系统4，将按照预设的工作逻辑控制固体氧化物燃料电池子系统2、DC/AC逆变器子系统3、有机液体储供氢子系统5的启动；
[0014]S2：打开高纯氢气气源子系统1中的管道输氢阀门，可编程控制子系统4读取到固体氧化物燃料电池子系统2入口氢气压力满足运行要求时，自动启动固体氧化物燃料电池子系统2，将高纯氢气气源子系统1提供的高纯氢气通入固体氧化物燃料电池子系统2，进行发电；固体氧化物燃料电池子系统2产出高温蒸汽，高温蒸汽通过进入蓄热罐中储存；由可编程控制子系统4分配蓄热罐中的高温蒸汽，部分供给用户供热系统，部分供给有机液体储供氢子系统5的放氢过程，小部分作为备用供给有机液体储供氢子系统5的加氢过程；
[0015]S3：高纯氢气气源子系统1的氢气来自于可再生能源发电的电解水制氢装置；
[0016]S4：经过催化加氢反应将高纯氢气储存在特定液体有机物中，可编程控制子系统4检测到加氢反应结束后，将反应后的产品输送至产品有机物存储系统54中。
[0017]S5：经过DC/AC逆变器子系统3将直流电转变为交流电，交流电为用户侧用电设备、可编程控制子系统4、有机液体储供氢子系统5中预处理的电加热器供电。
[0018]S6：本系统的供热方式为：
[0019]S61：当电量、氢气量较大时，系统在可编程控制子系统4的作用下，自动启动有机液体吸氢过程，初始时利用蓄热罐的高温蒸汽或者DC/AC逆变器子系统3的电能将原料油进行加热，开始加氢反应；预热结束后，加氢为强放热反应，将热源进行收集进入蓄热罐；
[0020]S62：当电量、氢气量不足，无法供应燃料电池运行时，可编程控制子系统4通过控制阀门将固体氧化物燃料电池子系统2产生热量储存到蓄热罐，蓄热罐为有机液体放氢过程供热，将产品有机物存储系统54的氢气释放满足燃料电池运行或者向外供氢；若存在富余热量时，为用户供热。
[0021]作为本专利技术的优选方案，在步骤S3中，可再生能源发电发电量影响燃料电池和有
机液体储运氢系统的运行方式，高纯氢气气源子系统1的供氢方式包括以下情况：
[0022]S31：当上游富余电量较大时，其产氢量大于固体氧化物燃料电池子系统2运行耗氢量，可编程控制子系统4通过控制阀门将高纯氢气气源子系统1的氢气引入有机液体储供氢子系统5；可编程控制子系统4读取到有机液体储供氢子系统5入口氢气压力、原料有机物温度满足运行要求时，自动启动有机液体储供氢子系统5，将高纯氢气气源子系统1提供的高纯氢气通入到有机液体储供氢子系统5的催化加氢反应器53内，进行加氢反应；
[0023]S32：当上游富余电量较小时，其产氢量小于固体氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有机液体储氢的综合储供能系统，其特征在于：包括高纯氢气气源子系统(1)，高纯氢气气源子系统(1)通过管道连接有固体氧化物燃料电池子系统(2)，固体氧化物燃料电池子系统(2)电连接有DC/AC逆变器子系统(3)，DC/AC逆变器子系统(3)电连接有可编程控制子系统(4)，固体氧化物燃料电池子系统(2)的高温蒸汽出口通过管道连接有有机液体储供氢子系统(5)，有机液体储供氢子系统(5)的氢气出口通过管道与固体氧化物燃料电池子系统(2)连接，高纯氢气气源子系统(1)通过管道与有机液体储供氢子系统(5)连接，DC/AC逆变器子系统(3)与有机液体储供氢子系统(5)电连接，可编程控制子系统(4)通过控制信号分别连接高纯氢气气源子系统(1)、固体氧化物燃料电池子系统(2)、DC/AC逆变器子系统(3)、有机液体储供氢子系统(5)；所述有机液体储供氢子系统(5)的氢气出口还通过管道连接用户供氢系统，有机液体储供氢子系统(5)的蒸汽出口还通过管道连接用户供热系统，DC/AC逆变器子系统(3)电连接用户供电系统。2.根据权利要求1所述的一种基于有机液体储氢的综合储供能系统，其特征在于：所述固体氧化物燃料电池子系统(2)包括空气循环泵，空气循环泵连通有燃烧室，燃烧室连通有燃料电池电堆，高纯氢气气源子系统(1)通过管道连接有氢气循环泵，氢气循环泵与燃料电池电堆连通。3.根据权利要求2所述的一种基于有机液体储氢的综合储供能系统，其特征在于：所述燃料电池电堆的高温尾气出口通过管道连接有蓄热罐，蓄热罐通过管道与有机液体储供氢子系统(5)连接。4.根据权利要求1所述的一种基于有机液体储氢的综合储供能系统，其特征在于：所述有机液体储供氢子系统(5)包括原料有机物储罐(51)，原料有机物储罐(51)通过管道连接有预热器(52)，预热器(52)通过管道连接有催化加氢反应器(53)，催化加氢反应器(53)的产物出口通过管道连接有产品有机物存储系统(54)；所述固体氧化物燃料电池子系统(2)的高温蒸汽出口分别通过管道连接预热器(52)和产品有机物存储系统(54)；所述预热器(52)的蒸汽出口连接用户供热系统，产品有机物存储系统(54)的氢气出口通过管道连接用户供氢系统。5.根据权利要求4所述的一种基于有机液体储氢的综合储供能系统，其特征在于：所述产品有机物存储系统(54)的蒸汽出口通过管道连接预热器(52)。6.根据权利要求3所述的一种基于有机液体储氢的综合储供能系统的运行方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：启动可编程控制子系统(4)，将按照预设的工作逻辑控制固体氧化物燃料电池子系统(2)、DC/AC逆变器子系统(3)、有机液体储供氢子系统(5)的启动；S2：打开高纯氢气气源子系统(1)中的管道输氢阀门，可编程控制子系统(4)读取到固体氧化物燃料电池子系统(2)入口氢气压力满足运行要求时，自动启动固体氧化物燃料电池子系统(2)，将高纯氢气气源子系统(1)提供的高纯氢气通入固体氧化物燃料电池子系统(2)，进行发电；固体氧化物燃料电池子系统(2)产出高温蒸汽，高温蒸汽通过进入蓄热罐中储存；由可编程控制子系统(4)分配蓄热罐中的高温蒸汽，部分供给用户供热系统，部分供给有机液体储供氢子系统(5)的放氢过程，小部分作为备用供给有机液体储供氢子系统(5)的加氢过程；S3：高纯氢气气源子系统(1)的氢气来自于可再生能源发电的电解水制氢装置；
S4：经过催化加氢反应将高纯氢气储存在特定液体有机物中，可编程控制子系统(4)检测到加氢反应结束后，将反应后的产品输送至产品有机物存储系统(54)中。S5：经过DC/AC逆变器子系统(3)将直流电转变为交流电，交流电为用户侧用电设备、可编程控制子系统(4)、有机液体储供氢子系统(5)中预处理的电加热器供电。S6：本系统的供热方式为：S61：当电量、氢气量较大时，系统在可编程控制子系统(4)的作用下，自动启动有机液体吸氢过程，初始时利用蓄热罐的高温蒸汽或者DC/AC逆变器子系统(3)的电能将原料油进行加热，开始加氢反应；预热结束后，加氢为强放热反应，将热源进行收集进入蓄热罐；S62：当电量、氢气量不足，无法供应燃料电池运行时，可编程控制子系统(4)通过控制阀门将固体氧化物燃料电池子系统(2)产生热量储存到蓄热罐，蓄热罐为有机液体放氢过程供热，将产品有机物存储系统(54)的氢气释放满足燃料电池运行或者向外供氢；若存在富余热量时，为用户供热。7.根据权利要求6所述的一种基于有机液体储氢的综合储供能系统的运行方法，其特征在于：在步骤S3中，可再生能源发电发电量影响燃料电池和有机液体储运氢系统的运行方式，高纯氢气气源子系统(1)的供氢方式包括以下情况：S31：当上游富余电量较大时，其产氢量大于固体氧化物燃料电池子系统(2)运行耗氢量，可编...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳彦超，杨锦，杨娟，钟勇斌，廖绍松，王志敏，毕诗方，周其平，廖运波，粟勇，刘密富，
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：