用于燃料电池的热电联合联产系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术涉及用于燃料电池的热电联合联产系统及其操作方法，其能够矫正被产生的电力和电力需求之间的量的不平衡，并且能够更有效地利用在电力产生期间被回收的热源。所述用于燃料电池的热电联合联产系统包括通过氢和氧的电化学反应产生电力的燃料电池发电机、将在电力产生期间被产生的废热回收并且存储为热源的废热回收单元以及向所述废热回收单元提供由所述燃料电池发电机产生的剩余电力以便所述剩余电力被转换成热源并且被存储的功率平衡器。另外，所述用于燃料电池的热电联合联产系统包括系统控制器，所述系统控制器预期并且计算从外部所需要的热使用模式并且通过分别操作所述燃料电池发电机和所述功率平衡器将热源存储在所述废热回收单元中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于燃料电池的热电联合联产系统，所述热电联合联产系统能够将通 过电化学反应的电力生产中所产生的废热回收并且存储为热源，并且更具体地，涉及能够 矫正(redress)所述被产生的电力和外部功率负载所需要的电力之间的不平衡并且能够 有效地利用在电力产生期间被回收的热源的用于燃料电池的热电联合联产系统，以及其操 作方法。
技术介绍
燃料电池是通过氢的氧化以及氧的减少产生电能量的发电机。存在两类燃料电 池高分子电解质膜燃料电池以及直接甲醇燃料电池。高分子电解质膜燃料电池将允许氢_离子交换的高分子膜用作电解质，并且通过 引起含氢的燃料和含氧的空气的电化学反应来产生电能量。所述高分子电解质膜燃料电 池被用在用于热电联合(CHP)联产的发电装置的领域中，因为其启动快速并且容易减小尺 寸。燃料电池CHP联产系统包括以下元件。就是说，所述燃料电池CHP联产系统包括 燃料电池发电机、功率转换器、废热回收单元以及控制器作为主要元件。所述燃料电池发电 机引起氢和氧的电化学反应以便产生DC电功率(DC power) 0所述功率转换器将由所述燃 料电池发电机产生的直流电(DC electricity)转换成可以被用作外部功率负载的功率源 的交流电(AC electricity)。所述废热回收单元回收在所述燃料电池发电机中的电力产生 期间所产生的废热，并且接着将所述废热存储在储热器中作为热源，诸如热水或者用于供 热的水。所述燃料电池CHP联产系统一般根据外部操作条件产生一定量的电力。然而，房 屋或者工厂(plant)中的外部功率负载不具有始终如一的电力需求模式。因此，由所述燃 料电池发电机产生的电力和由所述外部功率负载所需要的电力之间量的不平衡通过所述 燃料电池CHP联产而被产生。如上所述，所述燃料电池CHP联产系统具有如下问题其产生 比所述外部功率负载的需求更多的电力或者更少的电力。为了解决上述问题，现有的燃料电池CHP联产系统还包括能够测量由所述燃料电 池发电机产生的电力的量以及由功率负载所实际需要的用于外部功率供应的电力的量的 瓦特计。另外，现有的燃料电池CHP联产系统意在通过根据由所述瓦特计测量的电力的量 控制由所述燃料电池发电机产生的电力的量来解决电力生产过剩或者生产不足。此处，所述燃料电池CHP联产系统应当能够回收由所述燃料电池发电机在电力产 生中产生的废热并且将其存储在储热器中作为热源，诸如热水或者用于供热的水。因此，在 现有的燃料电池CHP联产系统根据由所述瓦特计测量的电力的量控制由所述燃料电池发 电机产生的电力的量的情况下，被存储在所述储热器中的热源的量不断地变化。然而，举例 来说，在普通的房屋中废热回收单元需要的热消耗不是保持恒定的。就是说，热水或者用于 供热的水趋向于在一天的特定的时间周期期间集中地被使用。因此，现有的燃料电池CHP联产系统不能够响应所述热消耗而控制所述燃料电池发电机，即使其能够响应电力需求而 控制由所述燃料电池发电机产生的电力的量。因此，尽管现有的燃料电池CHP联产系统能 够用所述废热回收单元中的辅助燃烧器直接加热热水或者用于供热的水，但是其具有如下 问题燃料效率由于所述辅助燃烧器的额外燃料消耗而降低。公开内容技术问题已经在努力提供操作燃料电池发电机以便其能够矫正由所述燃料电池发电机产 生的电力和来自外部功率负载的实际需求之间的量的不平衡的燃料电池CHP联产系统以 及提供其操作方法的过程中获得了本专利技术。另外，本专利技术提供了既通过预期由外部功率负载消耗的热的量来操作燃料电池发 电机以及矫正被产生的电力和实际电力需求之间的不平衡的燃料电池CHP联产系统，并且 提供了其操作方法。技术方案根据本专利技术的示范性实施例的用于燃料电池的热电联合联产系统包括通过氢和 氧的电化学反应产生电力的燃料电池发电机、回收在所述燃料电池发电机中的电力产生期 间所产生的废热并且将所述废热存储为热源的废热回收单元以及向所述废热回收单元提 供由所述燃料电池发电机产生的剩余电力以便所述剩余电力被存储为所述热源的功率平 衡器。另外，所述用于燃料电池的热电联合联产系统包括系统控制器，所述系统控制器预期 并且测量所述热源的消耗模式并且分别操作所述燃料电池发电机和所述功率平衡器，以便 所述热源被存储在所述废热回收单元中。所述用于燃料电池的热电联合联产系统包括将由所述燃料电池发电机产生的DC 电力转换成AC电力并且将所述AC电力作为功率源提供给外部负载的功率转换器。所述功率转换器包括测量由所述燃料电池发电机产生的电力的量的第一瓦特计， 以及测量来自所述外部负载的对电力的实际需求的量的第二瓦特计。负载检测器被布置在所述系统控制器处。所述负载检测器被连接到所述燃料电池 发电机。所述负载检测器基于所述剩余电力来控制所述燃料电池发电机中的电力产生。所述功率平衡器被布置在所述废热回收单元内部并且包括将所述剩余电力转换 成所述热源的电加热器。热使用模式检测器被布置在所述系统控制器处。所述热使用模式检测器被连接到 被布置在所述废热回收单元处的温度传感器，并且通过基于由所述温度传感器测量的温度 重复地计算在所述废热回收单元中减少的热源的量而得出所述热使用模式。热存储检测器被布置在所述系统控制器处。所述热存储检测器通过分别识别在初 始时间点被存储在所述废热回收单元中的热的量以及直到某个时间点处被累积的热使用 模式的总量并且计算热需求的平均量来控制所述燃料电池发电机中的电力产生。电力产生检测器被布置在所述系统控制器处。所述电力产生检测器根据电力产生 成本以及商业电力供应价格两者来判断，在所述热源达到被存储在所述废热回收单元中的 热的总量时控制所述燃料电池发电机中的电力产生。根据本专利技术的示范性实施例的用于燃料电池的热电联合联产系统的操作方法包 括通过氢和氧的电化学反应在燃料电池发电机中产生电力并且回收在所述燃料电池发电机中的电力产生期间所产生的废热以及将所述废热存储在废热回收单元中作为热源的步 骤。另外，所述用于燃料电池的热电联合联产系统的操作方法包括通过测量从外部所需要 的热使用模式在对于热使用模式恰当的阶段(stage)优化所述燃料电池发电机的操作的步骤。所述用于燃料电池的热电联合联产系统的操作方法还包括通过求在每个阶段 (stage)的热消耗的量的平均并且在每个预先确定的时间周期重复在所述废热回收单元处 减少的热的量的计算而得出所述热使用模式的步骤，该步骤在优化所述燃料电池发电机的 操作的步骤之前。所述得出所述热使用模式的步骤通过用所述废热回收单元中的温度传感器检测 所述热源的温度下降并且通过检测所述热源被存储于其中的储热器的容量来计算减少的 热的量。所述得出所述热使用模式的步骤通过基于24小时一天将每个小时设定为一个阶 段并且求在每个阶段处的热消耗的量的平均而得出所述热源的热使用模式。所述优化所述燃料电池发电机的操作的步骤通过分别识别在初始时间点被存储 在所述废热回收单元中的热的量以及直到某个时间点被累积的热使用模式的总量并且计 算热需求的平均量而响应所述热需求的平均量在恰当的阶段操作所述燃料电池发电机。所述用于燃料电池的热电联合联产系统的操作方法还包括平衡功率的步骤，该步 骤向所述废热回收单元提供由所述燃料电池发电机产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的热电联合联产系统，所述系统包括：燃料电池发电机，所述燃料电池发电机通过氢和氧的电化学反应产生电力；废热回收单元，所述废热回收单元回收在所述燃料电池发电机中的电力产生期间产生的废热并且将所述废热存储为热源；功率平衡器，所述功率平衡器向所述废热回收单元提供由所述燃料电池发电机产生的剩余电力，以便所述剩余电力被存储为所述热源；以及系统控制器，所述系统控制器预期并且测量所述热源的消耗模式并且分别操作所述燃料电池发电机和所述功率平衡器，以便所述热源被存储在所述废热回收单元中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金淏硕，洪炳善，辛美男，
申请(专利权)人：燃料电池能量公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]