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CN109301285B - 一种基于燃料电池的多能流综合能源路由站 - Google Patents

一种基于燃料电池的多能流综合能源路由站 Download PDF

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CN109301285B CN201811259464.9A CN201811259464A CN109301285B CN 109301285 B CN109301285 B CN 109301285B CN 201811259464 A CN201811259464 A CN 201811259464A CN 109301285 B CN109301285 B CN 109301285B
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Abstract

本发明公开了一种基于燃料电池的多能流综合能源路由站，包括电网、气网、低温燃料电池、高温燃料电池、热交换器、热网、吸收式冷温水机及冷网；电网与气网之间通过低温燃料电池相连接，高温燃料电池的入口与气网相连通，高温燃料电池的输出端与电网相连接，高温燃料电池的出口与热交换器的放热侧相连通，热交换器的吸热侧与热网相连通，吸收式冷温水机的入口与热网相连通，吸收式冷温水机的热侧出口与热网相连通，吸收式冷温水机的冷侧出口与冷网相连通，该能源路由站能够实现供给侧与需求侧短时间波动的快速匹配。

Description

一种基于燃料电池的多能流综合能源路由站
技术领域
本发明涉及一种能源路由站，具体涉及一种基于燃料电池的多能流综合能源路由站。
背景技术
随着工业化与城市化进程的加速，我国能源需求量越来越大，以供需失衡、环境污染和温室效应为特征的能源危机日益凸现，严重制约着我国经济社会可持续发展。分布式能源系统临近用户，基于分布式能源的综合能源系统实现了电气热冷等多种形式能量的供应。作为一种新型能源供应模式，以其节能、经济、环保和供能可靠等优势，在我国有着广泛的发展前景。它是为终端用户提供灵活、节能型综合能源服务的重要途径，是我国电力工业和能源产业的重要发展方向。
综合能源系统的典型特征是多能流，即多能协同、耦合互补，包括电、气、热、冷等多种典型能源的供应。整套系统的架构包括供给侧、需求侧以及中间的能源转换站，称之为能源路由站。多能流综合能源路由站作为重要的基础设施之一，主要实现电、气、热、冷等多种能源的传输和相互转换，保证整套系统的智能化运行，然而现有电、气、热及冷的能源传输及相互转换过程中不能实现供给侧与需求侧短时间波动的快速匹配。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于燃料电池的多能流综合能源路由站，该能源路由站能够实现供给侧与需求侧短时间波动的快速匹配。
为达到上述目的，本发明所述的基于燃料电池的多能流综合能源路由站包括电网、气网、低温燃料电池、高温燃料电池、热交换器、热网、吸收式冷温水机及冷网；
电网与气网之间通过低温燃料电池相连接，高温燃料电池的入口与气网相连通，高温燃料电池的输出端与电网相连接，高温燃料电池的出口与热交换器的放热侧相连通，热交换器的吸热侧与热网相连通，吸收式冷温水机的入口与热网相连通，吸收式冷温水机的热侧出口与热网相连通，吸收式冷温水机的冷侧出口与冷网相连通。
电网上设置有用于调节电网电压的变压器；气网上设置有用于调节气网内气体压力及流量的第一控制设备；热网上设置有用于调节热网内热工质流量及压力的第二控制设备；冷网上设置有用于调节冷工质流量及压力的第三控制设备。
第一控制设备、第二控制设备及第三控制设备均包括控制阀及增压泵。
变压器为升压变压器、降压变压器、隔离变压器中的一个或多个并联而成。
电网还连接有蓄电池。
热网上还连接有蓄热罐。
冷网上还连接有蓄冷罐。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于燃料电池的多能流综合能源路由站在具体操作时，基于低温燃料电池及高温燃料电池实现电网与气网的能源转换，气网利用高温燃料电池及热交换器实现气网到热网的能源转换，热网利用吸收式冷温水机实现热网到冷网的能源转换，转换的效率较高。另外，需要说明的是，本发明基于燃料电池发电技术直接将燃料的化学能转换为电能，能够将气网中的气体燃料直接通过电化学反应转换为电能，无需热力学循环，从而超越传统热机卡诺循环的效率限制，发电效率可以达到50％～60％，热电转化效率可达85％～90％，并且燃料电池负荷响应快，运行质量高，在实际操作时，可以根据下游需求，快速的调节能源供应，从而实现供给侧与需求侧短时间波动的快速匹配。
附图说明
图1为本发明的原理图。
其中，1为变压器、2为低温燃料电池、3为蓄电池、4为第一控制设备、5为高温燃料电池、6为热交换器、7为第二控制设备、8为吸收式冷温水机、9为蓄热罐、10为第三控制设备、11为蓄冷罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的基于燃料电池的多能流综合能源路由站包括电网、气网、低温燃料电池2、高温燃料电池5、热交换器6、热网、吸收式冷温水机8及冷网；电网与气网之间通过低温燃料电池2相连接，高温燃料电池5的入口与气网相连通，高温燃料电池5的输出端与电网相连接，高温燃料电池5的出口与热交换器6的放热侧相连通，热交换器6的吸热侧与热网相连通，吸收式冷温水机8的入口与热网相连通，吸收式冷温水机8的热侧出口与热网相连通，吸收式冷温水机8的冷侧出口与冷网相连通。
电网上设置有用于调节电网电压的变压器；气网上设置有用于调节气网内气体压力及流量的第一控制设备4；热网上设置有用于调节热网内热工质流量及压力的第二控制设备7；冷网上设置有用于调节冷工质流量及压力的第三控制设备10。
第一控制设备4、第二控制设备7及第三控制设备10均包括控制阀及增压泵；变压器1为升压变压器、降压变压器及隔离变压器中的一个或多个并联而成；电网还连接有蓄电池3；热网上还连接有蓄热罐9；冷网上还连接有蓄冷罐11。
本发明的具体工作过程为：
低温燃料电池2存在两种工作模式，当低温燃料电池2处于工作模式一时，低温燃料电池2利用电网的电能产生氢气，并将产生的氢气送入气网中，以补偿气网；当低温燃料电池2处于工作模式二时，低温燃料电池2利用气网中的燃气进行发电，再将产生的电送入电网中，以补偿电网；高温燃料电池5输入气网中的气体燃料进行发电，再将产生的电送至电网中，以补偿电网，高温燃料电池5产生的高温气体则进入到热交换器6中，并通过热交换器6将热量传递给热网中，吸收式冷温水机8利用热网中的热工质产热能及冷能，其中，热能进入到热网中，冷能则进入到冷网中，以补偿热网及冷网，另外，本发明通过蓄电池3获取电网中的电能或者放电以补偿电网，蓄热罐9用于吸收热网中的热量或者向热网释放热量；蓄冷罐11用于吸热冷网中的冷能或者向冷网中释放冷能。
本发明可根据下游需求快速调节能源供应，从而实现供给侧及需求侧短时间波动的快速匹配，并保证整套系统的智能化运行。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于燃料电池的多能流综合能源路由站，其特征在于，包括电网、气网、低温燃料电池(2)、高温燃料电池(5)、热交换器(6)、热网、吸收式冷温水机(8)及冷网；
电网与气网之间通过低温燃料电池(2)相连接，高温燃料电池(5)的入口与气网相连通，高温燃料电池(5)的输出端与电网相连接，高温燃料电池(5)的出口与热交换器(6)的放热侧相连通，热交换器(6)的吸热侧与热网相连通，吸收式冷温水机(8)的入口与热网相连通，吸收式冷温水机(8)的热侧出口与热网相连通，吸收式冷温水机(8)的冷侧出口与冷网相连通；
电网上设置有用于调节电网电压的变压器；气网上设置有用于调节气网内气体压力及流量的第一控制设备(4)；热网上设置有用于调节热网内热工质流量及压力的第二控制设备(7)；冷网上设置有用于调节冷工质流量及压力的第三控制设备(10)；
第一控制设备(4)、第二控制设备(7)及第三控制设备(10)均包括控制阀及增压泵；
变压器(1)为升压变压器、降压变压器及隔离变压器中的一个或多个并联而成；
电网还连接有蓄电池(3)；
热网上还连接有蓄热罐(9)；
冷网上还连接有蓄冷罐(11)。
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