【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高温固体氧化物电池，尤其涉及一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统及方法。
技术介绍
1、固体氧化物电池(solid oxide cell，soc)是一种新型高效率的可再生能源利用技术，是目前最有前景的可再生能源转换系统之一，具有高效率、低能耗等特点。固体氧化物电池不仅可以在燃料电池模式下可以通过电化学反应将燃料直接转化为电能，还可以在电解制氢模式下通过电解制氢将电能转化为化学能进行存储，因此在可再生综合能源系统中作为氢-电转化装置具有广泛的应用前景。
2、然而，目前固体氧化物电池一般仅仅在一种模式下运行，例如固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,sofc)或者固体氧化物电解池(solid oxide electrolysiscell,soec)，相应的发电与电解也是两套系统。此外，在可再生综合能源系统中，氢电转化装置也往往是采用发电与电解两套单独的运行系统，因此装置投资成本高，调控困难。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统及方法，以解决上述问题，通过同一个固体氧化物电堆来实现制氢与发电两个过程，制氢与发电可以相互切换，达到降低电解制氢与燃料电池发电系统制造成本的目的。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统，包括固体氧化物电堆，所述固体氧化物电堆的燃料入口连通有供水结构，所述固体氧化物电堆的空气入口
4、优选的，所述电解制氢结构包括沿供水方向依次连通的第一热交换器、第三热交换器、第四热交换器和第一电加热器，所述第一热交换器与所述供水结构连通，所述第一电加热器与所述固体氧化物电堆的燃料入口连通，所述固体氧化物电堆的燃料出口依次与所述第四热交换器、第一热交换器连通，所述第一热交换器沿氢气输出方向依次连通有气水分离器、干燥器、氢气压缩机、储氢罐；
5、所述供水结构与所述第一热交换器之间设置有第一阀门，所述第一电加热器与所述固体氧化物电堆的燃料入口之间设置有第三阀门，所述固体氧化物电堆的燃料出口与所述第四热交换器之间设置有第七阀门；
6、所述空气压缩机沿供气方向依次连通有第五热交换器和第二电加热器，所述第二电加热器与所述固体氧化物电堆的空气入口连通，所述固体氧化物电堆的空气出口依次与所述第五热交换器、第三热交换器连通；
7、所述空气压缩机与所述第五热交换器之间设置有第五阀门，所述固体氧化物电堆的空气出口与所述第五热交换器之间设置有第九阀门；
8、所述第一热交换器、第三热交换器、第四热交换器用于对进入所述固体氧化物电堆的原料进行预热，所述第五热交换器用于对进入所述固体氧化物电堆的空气进行预热。
9、优选的，所述供水结构与所述第一热交换器之间设置有蒸汽发生器，所述蒸汽发生器与所述第一阀门之间设置有第十四阀门，所述蒸汽发生器与所述第一热交换器之间设置有第十三阀门，所述第一阀门与所述第一热交换器之间设置有第十五阀门，所述第十五阀门与所述蒸汽发生器并联。
10、优选的，所述燃料电池结构包括沿供水方向依次连通的第二热交换器和重整器，所述第二热交换器与所述供水结构连通，所述重整器的入口连通有脱硫器的出口，所述脱硫器的入口输入天然气，所述重整器的出口与所述固体氧化物电堆的燃料入口连通，所述空气压缩机沿供气方向连通有第六热交换器，所述第六热交换器与所述固体氧化物电堆的空气入口连通，所述固体氧化物电堆的燃料出口、空气出口均与燃烧器连通，所述燃烧器沿烟气放出的方向依次与所述第六热交换器、第二热交换器连通；
11、所述供水结构与所述第二热交换器之间设置有第二阀门，所述重整器与所述固体氧化物电堆的燃料入口之间设置有第四阀门，所述空气压缩机与所述第六热交换器之间设置有第六阀门，所述固体氧化物电堆的燃料出口与所述燃烧器之间设置有第八阀门，所述固体氧化物电堆的空气出口与所述燃烧器之间设置有第十阀门；
12、所述第二热交换器用于对进入固体氧化物电堆的原料进行预热，所述第六热交换器用于对进入固体氧化物电堆的空气进行预热。
13、优选的，所述脱硫器的出料口与所述燃烧器的燃料进料口连通，所述脱硫器与所述燃烧器的燃料进料口之间设置有第十一阀门，所述空气压缩机与所述燃烧器的空气进入口连通，所述空气压缩机与所述燃烧器的空气进入口之间设置有第十二阀门。
14、优选的，所述供水结构包括水箱，所述水箱连通有给水泵，所述给水泵与所述第一阀门以及所述第二阀门连通。
15、优选的，包括电解制氢模式和燃料电池模式，所述电解制氢模式与所述燃料电池模式能够相互切换；
16、由所述电解制氢模式切换至所述燃料电池模式包括以下步骤：
17、s11、将电解电流降为0，并关闭电解制氢结构；
18、s12、打开燃料电池结构；
19、s13、向所述燃料电池结构内通入水和空气，加热水和空气进行预热；
20、s14、当系统温度达到要求后，停止加热；
21、s15、连接负载，开始发电；
22、由所述燃料电池模式切换至所述电解制氢模式包括以下步骤：
23、s21、将发电电流降为0，并关闭燃料电池结构；
24、s22、打开电解制氢结构；
25、s23、向所述电解制氢结构内输送水和空气，加热水和空气进行预热；
26、s24、当系统温度达到要求后，停止加热；
27、s25、通入电流，调控电解功率。
28、优选的，所述电解制氢模式切换至所述燃料电池模式时，在步骤s14中，系统温度达到要求后，不再对水和空气进行加热，通过燃料电池结构产生的热量对水和空气进行预热。
29、优选的，所述燃料电池模式切换至所述电解制氢模式时，在步骤s24中，系统温度达到要求后，不再对水和空气进行加热，通过电解制氢结构产生的热量对水和空气进行预热。
30、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
31、本专利技术使用同一个固体氧化物电堆来实现制氢与发电两个过程，制氢与发电可以相互切换，降低了电解制氢与燃料电池发电系统制造成本。
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1.一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统，其特征在于，包括固体氧化物电堆(15)，所述固体氧化物电堆(15)的燃料入口连通有供水结构，所述固体氧化物电堆(15)的空气入口连通有空气压缩机(19)，所述固体氧化物电堆(15)连通有电解制氢结构和燃料电池结构，所述电解制氢结构、燃料电池结构的燃料入口均与供水结构连通，所述电解制氢结构、燃料电池结构的空气入口与空气压缩机(19)连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统，其特征在于，所述电解制氢结构包括沿供水方向依次连通的第一热交换器(4)、第三热交换器(13)、第四热交换器(12)和第一电加热器(14)，所述第一热交换器(4)与所述供水结构连通，所述第一电加热器(14)与所述固体氧化物电堆(15)的燃料入口连通，所述固体氧化物电堆(15)的燃料出口依次与所述第四热交换器(12)、第一热交换器(4)连通，所述第一热交换器(4)沿氢气输出方向依次连通有气水分离器(5)、干燥器(6)、氢气压缩机(7)、储氢罐(8)；
3.根据权利要求2所述的一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换
4.根据权利要求3所述的一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统，其特征在于，所述燃料电池结构包括沿供水方向依次连通的第二热交换器(9)和重整器(11)，所述第二热交换器(9)与所述供水结构连通，所述重整器(11)的入口连通有脱硫器(10)的出口，所述脱硫器(10)的入口输入天然气，所述重整器(11)的出口与所述固体氧化物电堆(15)的燃料入口连通，所述空气压缩机(19)沿供气方向连通有第六热交换器(20)，所述第六热交换器(20)与所述固体氧化物电堆(15)的空气入口连通，所述固体氧化物电堆(15)的燃料出口、空气出口均与燃烧器(16)连通，所述燃烧器(16)沿烟气放出的方向依次与所述第六热交换器(20)、第二热交换器(9)连通；
5.根据权利要求4所述的一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统，其特征在于，所述脱硫器(10)的出料口与所述燃烧器(16)的燃料进料口连通，所述脱硫器(10)与所述燃烧器(16)的燃料进料口之间设置有第十一阀门(V6-1)，所述空气压缩机(19)与所述燃烧器(16)的空气进入口连通，所述空气压缩机(19)与所述燃烧器(16)的空气进入口之间设置有第十二阀门(6-2)。
6.根据权利要求4所述的一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统，其特征在于，所述供水结构包括水箱(1)，所述水箱(1)连通有给水泵(2)，所述给水泵(2)与所述第一阀门(V1-1)以及所述第二阀门(V1-2)连通。
7.根据权利要求1-6所述的一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统的方法，其特征在于，包括电解制氢模式和燃料电池模式，所述电解制氢模式与所述燃料电池模式能够相互切换；
8.根据权利要求7所述的一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换方法，其特征在于，所述电解制氢模式切换至所述燃料电池模式时，在步骤S14中，系统温度达到要求后，不再对水和空气进行加热，通过燃料电池结构产生的热量对水和空气进行预热。
9.根据权利要求7所述的一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换方法，其特征在于，所述燃料电池模式切换至所述电解制氢模式时，在步骤S24中，系统温度达到要求后，不再对水和空气进行加热，通过电解制氢结构产生的热量对水和空气进行预热。
...【技术特征摘要】
1.一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统，其特征在于，包括固体氧化物电堆(15)，所述固体氧化物电堆(15)的燃料入口连通有供水结构，所述固体氧化物电堆(15)的空气入口连通有空气压缩机(19)，所述固体氧化物电堆(15)连通有电解制氢结构和燃料电池结构，所述电解制氢结构、燃料电池结构的燃料入口均与供水结构连通，所述电解制氢结构、燃料电池结构的空气入口与空气压缩机(19)连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统，其特征在于，所述电解制氢结构包括沿供水方向依次连通的第一热交换器(4)、第三热交换器(13)、第四热交换器(12)和第一电加热器(14)，所述第一热交换器(4)与所述供水结构连通，所述第一电加热器(14)与所述固体氧化物电堆(15)的燃料入口连通，所述固体氧化物电堆(15)的燃料出口依次与所述第四热交换器(12)、第一热交换器(4)连通，所述第一热交换器(4)沿氢气输出方向依次连通有气水分离器(5)、干燥器(6)、氢气压缩机(7)、储氢罐(8)；
3.根据权利要求2所述的一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统，其特征在于，所述供水结构与所述第一热交换器(4)之间设置有蒸汽发生器(3)，所述蒸汽发生器(3)与所述第一阀门(v1-1)之间设置有第十四阀门(v7-2)，所述蒸汽发生器(3)与所述第一热交换器(4)之间设置有第十三阀门(v7-1)，所述第一阀门(v1-1)与所述第一热交换器(4)之间设置有第十五阀门(7-3)，所述第十五阀门(7-3)与所述蒸汽发生器(3)并联。
4.根据权利要求3所述的一种基于固体氧化物电池的制氢与发电切换系统，其特征在于，所述燃料电池结构包括沿供水方向依次连通的第二热交换器(9)和重整器(11)，所述第二热交换器(9)与所述供水结构连通，所述重整器(11)的入口连通有脱硫器(10)的出口，所述脱硫器(10)的入口输...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐渊，雷金勇，潘军，于丰源，黄旭锐，杨怡萍，廖梓豪，杨瑛，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：
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