燃料电池热电联产系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池热电联产系统，包括：燃料电池，其使用含氢的燃料气体和含氧的空气产生直流电；电力转换器，其将所述燃料电池生产的直流电转换为交流电；电力分配器，其在系统电源的商用电力和所述燃料电池的生产电力中进行选择，并将结果作为负载电力分配到负载上；废热回收器，其回收所述燃料电池所产生的热；以及燃料电池控制器，其控制所述燃料电池、所述电力转换器、所述电力分配器及所述废热回收器，并且控制商用电能使得商用电力价格和生产电力价格在设定值上一致。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种燃料电池热电联产系统，更具体地，涉及一种消除燃料电池的生产电力与用户的负载电力之间的电力失衡，从而具有经济性的。
技术介绍
例如，燃料电池使用碳氢类发电原料(LNG，LPG等)在燃料处理装置中置换成富氢重整气后，将重整气与空气中的氧气一同供给到燃料电池堆，进而通过电化学反应生产直流电，且利用电力转换器将所述直流电转换为交流电，对电力生产过程中产生的热进行回收并存储于贮热槽的水中。韩国专利第0661920号公开了一种可根据负载进行运转的燃料电池系统。所述燃料电池系统包括燃料供给单元，其用于调节发电原料的供给量；空气供给单元，其用于调节空气供给量；电输出单元，其用于转换燃料电池堆所生产的电力，以供给到负载；电力测量单元，其用于同时测出由电输出单元供给到负载之后所剩的剩余电能及通过商用电源来供给的补充电能；以及控制单元，其计算由电力测量单元检测出的剩余电能与补充电能之差，以调节燃料电池堆的电力生产量。但是，该燃料电池系统在通过燃料电池堆生产电力时，不对生产电力价格与所用发电原料价格之比即经济性进行判断。因此，作为燃料电池热电联产系统生产电力时，该燃料电池系统难以并用电力生产价格低廉的系统电源的商用电力及通过新再生能源(如风力，太阳光等)所生产的电力进行运转。因此，燃料电池系统在运转时，其经济性会受到限制。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种。所述燃料电池热电联产系统在低价范围内优先采用适用累进费用体系的系统电源的商用电力，以消除燃料电池的生产电力与用户的负载电力之间的电力失衡，从而具有经济性。根据本专利技术的一实施例的燃料电池热电联产系统，包括燃料电池，其使用含氢的燃料气体和含氧的空气而生产直流电；电力转换器，其将所述燃料电池生产的直流电转换为交流电；电力分配器，其在系统电源的商用电力和所述燃料电池的生产电力中进行选择， 并将结果作为负载电力分配到负载上；废热回收器，其回收所述燃料电池所产生的热；以及燃料电池控制器，其用于控制所述燃料电池、所述电力转换器、所述电力分配器及所述废热回收器，并且控制商用电能以使商用电力价格和生产电力价格在设定值上一致。所述燃料电池控制器，还可以包括经济性识别器。该经济性识别器通过比较所述述商用电力价格和所述生产电力价格来识别经济性。所述燃料电池控制器，还可以包括负载跟踪器，该负载跟踪器根据所述生产电力与负载电力的失衡差值，将电力生产方向判断为增加或减少。所述燃料电池控制器，还可以包括数据随机存储器(RAM)，其用于存储所述负载跟踪器实时计算出的所述商用电能及所述商用电力价格(WP)；运转控制器，其鉴于所述负载电力的变动，与额定发电相应地分步控制电力生产步骤。根据本专利技术一实施例的燃料电池热电联产系统的控制方法，包括第一计算步骤， 计算由燃料电池所生产的生产电力价格(MWP)；第二计算步骤，计算所用系统电源商用电力的商用电力价格(WP);经济性判断步骤，比较所述生产电力价格(MWP)和商用电力价格 (WP),以判断用于识别生产电力经济性的经济性指数(EW)为正还是负；以及电力供给步骤，若所述经济性指数为正(+ )，则供给商用电力，若所述经济性指数为负(_)，则供给生产电力。在所述第一计算步骤中，可由发电原料(F)的使用量、原料价格(FP，价格/Nm3)及生产电能算出生产电力价格(MWP)。所述第二计算步骤，可包括失衡差值计算步骤，计算所述生产电力(Pl)和所述负载电力(P2)的失衡差值(ΔΡ=Ρ2-Ρ1);范围判断步骤，判断所述失衡差值(Δ Ρ=Ρ2-Ρ1)是否超出预定的设定值范围；电力生产步骤，若所述失衡差值落入预定的设定值范围，则减少所述生产电力(Ρ1)，若超出预定的设定值范围，则增加所述生产电力(Pl);积算步骤，积算 (/ Δ P)所供给的与失衡差值相应的商用电力的电能；以及计算步骤，通过比较所述积算的商用电能和累进费用体系，计算所述商用电力价格。假设所述商用电力价格和所述生产电力价格在设定值上一致的商用电能称为一致商用电能Pe时，所述电力生产步骤可包括第一电力生产步骤，若所使用的商用电能在小于Pe/3的范围内，则生产比实际负载电能少的生产电力，以使电力失衡差值为额定发电的3/10 ；第二电力生产步骤，若所使用的商用电能在Pe/3以上且小于2Pe/3的范围内，则生产比实际负载电能少的生产电力，以使电力失衡差值为额定发电的2/10 ；第三电力生产步骤，若所使用的商用电能在2Pe/3以上且小于Pe的范围内，则生产比实际负载电能少的生产电力，以使电力失衡差值为额定发电的1/10 ；以及第四电力生产步骤，若所使用的商用电能在Pe以上的范围，则生产消除电力失衡的生产电力。如上所述，根据本专利技术的一实施例，由于具备燃料电池控制器，控制所使用的商用电能使得商用电力价格和生产电力价格在设定值上一致，因此在低价领域中优先使用采用适用累进费用体系的商用电力，因此具有提高经济性的效果。而且，根据燃料电池的生产电力与用户的负载电力之间的电力失衡差值范围，增减燃料电池的生产电力，因此在消除电力失衡的过程中也具有提高经济性的效果。附图说明图1是示意地表示根据本专利技术的一实施例的燃料电池热电联产系统的结构图。图2是表示图1所示燃料电池热电联产系统的控制方法的流程图。图3是将系统电源的商用电力与燃料电池的生产电力各自的电能和电力价格相比较的曲线图。具体实施例方式下面，参照附图对本专利技术的实施例进行详细说明，以便所属领域的技术人员能够容易实施。但是，本专利技术可用各种不同的方式实现，不限于在此说明的实施例。为了明确说明本专利技术，在附图中省略了与说明无关的部分，对于同样或类似的结构要素，在通篇说明中采用了相同的附图标记。图1是示意地表示根据本专利技术一实施例的燃料电池热电联产系统的结构图。参照图1可见，一实施例的燃料电池热电联产系统100 (以下简称“系统”)，包括燃料电池10、 电力转换器20、电力分配器30、废热回收器40以及燃料电池控制器50。燃料电池例如包括将碳氢类原料转换为富氢重整气的燃料处理装置11 ；利用氢和空气中的氧气来生产直流电的燃料电池堆12 ；生产电力所需的各种外围设备(Β0Ρ ； Balance Of Plant) 13 ；以及回收燃料处理装置11和燃料处理堆所生成的热的热交换器 14。电力转换器20将燃料电池10所生产的直流电转换为交流电。例如，电力转换器 20包括将直流电转换为直流电的DC-DC转换器21、将直流电转换为交流电的逆变器22 ； 以及测定已被转换的交流电的第一电力表23。例如，所述第一电力表23包括电流传感器和电压传感器而构成。第二电力表M可具有与第一电力表23相同的结构，并设置在负载线241上以测定用户所使用的负载电力P2。该负载线用于从系统电源及电力转换器20将商用电力及生产电力Pl供给到用户的负载25上。因此，燃料电池控制器50可在预定的时间以上的期间内，比较第一电力表23所测定的燃料电池的生产电力Pl与第二电力表对所测定的用户的负载电力P2之间的电力失衡差值(Δ P=P2-P 1)。一实施例的系统100关联于燃料电池10及系统电源(例如，商用电源)，并选择性地由生产电力Pl和商用电力运转。即系统100在启动燃料电池10时，由系统电源的商用电力运转本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种燃料电池热电联产系统，包括：燃料电池，其使用含氢的燃料气体和含氧的空气而生产直流电；电力转换器，其将所述燃料电池生产的直流电转换为交流电；电力分配器，其在系统电源的商用电力和所述燃料电池的生产电力中进行选择，并将结果作为负载电力分配到负载上；废热回收器，其回收所述燃料电池所产生的热；以及燃料电池控制器，其控制所述燃料电池、所述电力转换器、所述电力分配器及所述废热回收器，并且控制商用电能使得商用电力价格和生产电力价格在设定值上一致。

【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，
申请(专利权)人：燃料电池能量公司，
类型：发明
国别省市：KR