木屋清洁能源系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种木屋清洁能源系统，包括燃料电池热电联供系统和能源管理控制计算机系统，其中：所述燃料电池热电联供系统利用气体燃料发电和产热，提供给木屋电器和热水设备；所述能源管理控制计算机系统对燃料电池热电联供系统和木屋电器、热水设备进行日常运行和紧急状态下的控制和管理，按木屋电器和热水设备的实际使用负荷来调整燃料电池热电联供系统的输出功率，让发电与用电达到或接近动态平衡，从而实现高效、节能和环保、低碳的清洁能源供应。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及应用于木屋的清洁能源系统，特别涉及利用固体氧化物燃料电池热电联供系统，为木屋提供符合清洁能源要求的电カ与热水供应。
技术介绍
众所周知，清洁能源定义可以用“环保、节能、低碳、高效”八个字来概括，而对于木屋而言，清洁能源系统不仅仅是指能源供应方，还包括能源使用方，其配置的设备和设备运行方式都要达到清洁能源定义要求。先从能源供应方谈起，木屋的建造形式是エ厂预制、现场灵活组装，可移动性强；另外，对建造地域要求较低，森林、沙漠、山地、海滨以及都市郊区都是木屋可建处所，适应 性强，适合在旅游区使用，不会对环境造成大的破坏。因此，木屋作为ー种新型的旅游度假居住形式正逐渐兴起，各大旅游热点目的地纷纷开发旅游度假用木屋，使之成为旅游地产的新的宠儿。但是，许多旅游度假景区特别是ー些地处高山、森林、海岛的风景名胜，往往交通不便，市政建设欠缺，未必有完善的电カ供应；或者是冬天滑雪、夏天游泳的季节性度假区，电カ负荷极度不匀。在这些情况下，就要自备柴油发电机组发电。显然，这种供电方式既不经济(发电效率低)又不环保(废气污染大)，尤其是发电噪音会大大干扰旅游环境安静度，为人们所不容忍。当然，现在可以选择风カ发电、光伏发电此类环保清洁能源供电。但还有以下缺陷ー是对安装场所有特殊要求，比如风カ发电要有风カ资源，光伏发电需要光照条件，这不是任何旅游景区都具备的；ニ是无论风カ发电还是光伏发电，都是间歇性发电能源，不能保证随时随地连续供电；三是如果要做到连续供电，必须増加风电或光伏发电机组的容量和储能电池装置，这就大大增加了设备成本。另外，旅游度假用木屋除了要有电可用(看电视和开空调等)夕卜，热水供应(洗澡和暖气)也是必不可少的。也就是说，在没有市政供电、供气的环境里，木屋要同时解决电力与热水供应问题，主要依靠自备发电装置，但是要做到按清洁能源定义要求，而且还要尽可能地以比较低的成本运行，以上所提及的几种方式都有缺陷甚至不容易做到。再看看能源使用方木屋的能源使用以家用电器为主，如照明灯具、电视机、冰箱、洗衣机、微波炉、电磁灶；用于洗澡的热水器；用于木屋室内温度调节的空调器、电暖气等。以上家电产品都是市场上买得到的，目前只能选择符合国家节能能效标识的家电产品。要进ー步达到节能和高效利用能源，还需要家电企业提供智能化产品。
技术实现思路
本技术的目的在于针对上述现有技术的不足，利用ー种固体氧化物燃料电池热电联供系统，在能源管理控制计算机的控制下，为木屋提供符合清洁能源要求的电カ与热水供应系统。传统热机发电都是一个从化学能变为热能，热能转化为机械能再变成电能的过程。比如火力发电，就是煤炭通过燃烧产生蒸汽，蒸汽驱动汽轮机再带动发电机发电。燃料电池发电则是由化学能直接转化为电能的过程。燃料电池是通过电化学反应将燃料气体(如天然气、氢气、煤气等)和空气中的氧气反应生成的化学能转换成电能的发电装置。考虑到旅游度假用的木屋要同时供电力和供热水，所以本技术选用固体氧化物燃料电池(SOFC)。所述固体氧化物燃料电池由阳极、固体氧化物电解质、阴极组成(类似“三明治”结构)，其工作原理如图I所示，从燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气体，如天然气(主要是甲烷)、城市煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续通入氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得O2得到电子变为02_，在化学势的作用下，O2-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路(经过负载，如电灯泡)回到阴 极。与此同时，电池发出电能的同时，电化学反应产生的热量将未反应完全的阴极与阳极的气体加热。阳极未反应完全的燃料气体和阴极剩余空气通入热能交换器进行燃烧，燃烧产生的高温气体除了用来预热燃料气体和空气之外，还可以通过余热回收装置提供热水或用来供暖，从而进一步加以利用。这样，就达到了热电联供目的。固体氧化物燃料电池发电技术是将燃料中化学能直接转换为电能的技术，具有燃料适应性广、能量转换效率高、低成本、全固态、模块化组装、零污染低排放、无噪声等优点，可以直接使用一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳基气体燃料。尤其是提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，全能量利用率高达80%左右。显而易见，在木屋中，尤其是在旅游度假当地缺乏必要的市政能源供应条件下，用固体氧化物燃料电池热电联供系统来替代常规自备柴油机组发电(用柴油发电，比较难利用发电余热，供热还需要配置电热水器或燃油锅炉。)，能够以高效低成本，又可环保、节能、低噪音连续供电和供热，是非常合适的。同样，如果选用风电或光伏供电，虽然也能做到以清洁能源方式供电，但仍要配置电加热器或太阳能热水器才能供热。更主要的是由于风电或光伏都属于间歇性发电能源，要做到连续供电供热，势必要大大增加储能电池等装置成本。为利用上述固体氧化物燃料电池热电联供系统实现木屋的清洁能源供应，本技术采用了如下技术方案一种木屋清洁能源系统，包括燃料电池热电联供系统和能源管理控制计算机系统，其中所述燃料电池热电联供系统利用气体燃料发电和产热，提供给木屋电器和热水设备；所述能源管理控制计算机系统对燃料电池热电联供系统和木屋电器、热水设备进行日常运行和紧急状态下的控制和管理，按木屋电器和热水设备的实际使用负荷来调整燃料电池热电联供系统的输出功率(发电及供热的出力)，让发电与用电达到或接近动态平衡，从而实现高效、节能和环保、低碳的清洁能源供应。在木屋当地缺乏管道燃气供应条件下，所述清洁能源系统还包括燃料供气系统(简称CNG)，该燃料供气系统将压缩的气体燃料(如瓶装天然气)减压后输出到燃料电池热电联供系统。所述燃料电池热电联供系统只需提供天然气等碳基气体燃料、空气和水，就会产生并输出交流市电和热水，供应木屋用户使用。一般的，燃料电池热电联供系统包括固体氧化物燃料电池堆、脱硫器、燃料重整器、空气过滤器、风机、热能交換器和燃料电池系统控制器，气体燃料先进入脱硫器脱硫，然后经过燃料重整器处理进入固体氧化物燃料电池堆的阳极端；空气经空气过滤器除尘后，由风机送到固体氧化物燃料电池堆的阴极端；气体燃料和空气中的氧气在电池堆中发生电化学反应产生直流电；该直流电在燃料电池系统控制器的控制下转换为交流市电输出到外电路，供外电路中的电器使用；阳极端剩余的气体燃料和阴极端过剩的空气在热能交換器中燃烧，加热注入的冷水。这样，在木屋当地缺乏交流市电和管道燃气供应条件下，燃料电池热电联供系统利用压缩天然气钢瓶及其燃料供气系统，接通水管，即可产生交流市电和热水，为木屋独立提供用电和供热服务。由于燃料电池工作原理决定了调整燃料电池发电输出功率比较简单，主要调整气体燃料输入多少就可以了，而且还不太影响发电效率。木屋能源管理控制计算机系统分别与燃料电池热电联供系统的燃料电池系统控 制器和燃料供气系统的燃气电脑相连接，可以通过燃料电池系统控制器调节燃气的进气阀门，或者通过燃气电脑调节燃气输出阀门，从而实现对燃料电池热电联供系统输出功率的控制。所述木屋能源管理控制计算机系统不仅与燃料电池热电联供系统和燃料供气系统相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种木屋清洁能源系统，包括燃料电池热电联供系统和能源管理控制计算机系统，其中所述燃料电池热电联供系统利用气体燃料发电和产热，提供给木屋电器和热水设备；所述能源管理控制计算机系统对燃料电池热电联供系统和木屋电器、热水设备进行日常运行和紧急状态下的控制和管理，按木屋电器和热水设备的实际使用负荷来调整燃料电池热电联供系统的输出功率。2.如权利要求I所述的木屋清洁能源系统，其特征在于，所述燃料电池热电联供系统包括固体氧化物燃料电池堆、脱硫器、燃料重整器、空气过滤器、风机、热能交换器和燃料电池系统控制器，气体燃料先进入脱硫器脱硫，然后经过燃料重整器处理进入固体氧化物燃料电池堆的阳极端；空气经空气过滤器除尘后，由风机送到固体氧化物燃料电池堆的阴极端；气体燃料和空气中的氧气在固体氧化物燃料电池堆中发生电化学反应产生直流电；该直流电在燃料电池系统控制器的控制下转换为交流市电输出到外电路，供外电路中的电器使用；阳极端剩余的气体燃料和阴极端过剩的空气在热能交换器中燃烧，加热注入的冷水。3.如权利要求I所述的木屋清洁能源系统，其特征在于，所述木屋清洁能源系统还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：程浩川，韩敏芳，陈聪，
申请(专利权)人：程浩川，韩敏芳，陈聪，
类型：实用新型
国别省市：