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CN111146854A - 一种基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统 - Google Patents

一种基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统 Download PDF

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CN111146854A CN202010038206.9A CN202010038206A CN111146854A CN 111146854 A CN111146854 A CN 111146854A CN 202010038206 A CN202010038206 A CN 202010038206A CN 111146854 A CN111146854 A CN 111146854A
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钟迪
周贤
彭烁
王保民
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Huaneng Clean Energy Research Institute
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Abstract

本发明公开了一种基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统，风力发电系统、光伏发电系统、低温燃料电池及高温燃料电池并联连接后与外部电网及楼宇的用电负载相连接，燃气输入管道与低温燃料电池的燃气入口、高温燃料电池的燃气入口及天然气锅炉的燃气入口相连通，天然气锅炉的烟气出口及高温燃料电池的尾气出口与余热利用系统的入口相连连通，余热利用系统的供热侧出口及电制热系统与楼宇的供热系统相连通，电制冷系统的出口及余热利用系统的供冷侧出口与楼宇的供冷系统相连通，外部电网与电制热系统的电源接口及电制冷系统的电源接口相连接，该系统能够基于燃料电池满足楼宇的综合供能需求。

Description

一种基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统
技术领域
本发明属于综合能源领域，涉及一种基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统。
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。基于分布式能源的综合能源供应系统实现了冷热电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。
城市办公楼宇、商业综合体、公共建筑等终端用户能源负荷集中，对电热冷等不同形式的能源均有需求，因此，在这些场所应用基于分布式能源的综合能源供应系统，有利于提高能源的综合利用效率。
在众多分布式能源中，燃料电池具有能效高、清洁、动态响应好等优点，它能够将天然气、H2等碳氢燃料的化学能直接转化为电能，综合发电效率可接近60％，在综合能源供应系统中能够很好的承担起基础负荷的角色，综合上述，需开发一种系统，该系统能够基于燃料电池满足楼宇的综合供能需求。
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楼宇综合能源供应系统，该系统能够基于燃料电池满足楼宇的综合供能需求。
为达到上述目的，本发明所述的基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统包括风力发电系统、光伏发电系统、低温燃料电池、高温燃料电池、外部电网、燃气输入管道、天然气锅炉、余热利用系统、电制热系统及电制冷系统；
风力发电系统、光伏发电系统、低温燃料电池及高温燃料电池并联连接后与外部电网及楼宇的用电负载相连接，燃气输入管道与低温燃料电池的燃气入口、高温燃料电池的燃气入口及天然气锅炉的燃气入口相连通，天然气锅炉的烟气出口及高温燃料电池的尾气出口与余热利用系统的入口相连连通，余热利用系统的供热侧出口及电制热系统与楼宇的供热系统相连通，电制冷系统的出口及余热利用系统的供冷侧出口与楼宇的供冷系统相连通，外部电网与电制热系统的电源接口及电制冷系统的电源接口相连接。
还包括蓄电池，其中，风力发电系统、光伏发电系统、低温燃料电池及高温燃料电池并联连接后与蓄电池、外部电网及楼宇的用电负载相连接。
还包括储热罐，其中，余热利用系统的供热侧出口与储热罐及楼宇的供热系统相连通。
还包括储冷罐，其中，电制冷系统的出口、楼宇的供冷系统、余热利用系统的供冷侧出口与储冷罐相连通。
所述高温燃料电池为熔融碳酸盐燃料电池或固体氧化物燃料电池。
光伏发电系统为屋顶光伏发电系统或者建筑光伏发电系统。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统在具体操作时，风力发电系统产生的电、光伏发电系统产生的电、低温燃料电池产生的电及高温燃料电池产生的电为楼宇的用电负载进行供电，同时通过外部电网及蓄电池提高供电的质量；通过高温燃料电池产生的尾气及天然气锅炉产生的高温烟气经余热利用系统为楼宇供热，同时通过储热罐提高供热的质量；通过电制冷系统输出的冷量及余热利用系统放热侧输出冷工质为楼宇供冷，同时储冷罐调节楼宇供冷质量，以实现基于燃料电池满足楼宇综合供能需求的目的，同时实现能量的梯级不用，且不同能源间的多能互补，提高能源利用效率。
附图说明
图1为本发明的原理图。
其中，1为风力发电系统、2为光伏发电系统、3为低温燃料电池、4为高温燃料电池、5为余热利用系统、6为天然气锅炉、7为电制热系统、8为电制冷系统、9为蓄电池、10为储热罐、11为储冷罐、12为外部电网、13为用电负载、14为供热系统、15为供冷系统。
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楼宇综合能源供应系统包括风力发电系统1、光伏发电系统2、低温燃料电池3、高温燃料电池4、外部电网12、燃气输入管道、低温燃料电池3、高温燃料电池4、天然气锅炉6、余热利用系统5、电制热系统7及电制冷系统8；风力发电系统1、光伏发电系统2、低温燃料电池3及高温燃料电池4并联连接后与外部电网12及楼宇的用电负载13相连接，燃气输入管道与低温燃料电池3的燃气入口、高温燃料电池4的燃气入口及天然气锅炉6的燃气入口相连通，天然气锅炉6的烟气出口及高温燃料电池4的尾气出口与余热利用系统5的入口相连连通，余热利用系统5的供热侧出口及电制热系统7与楼宇的供热系统14相连通，电制冷系统8的出口及余热利用系统5的供冷侧出口与楼宇的供冷系统15相连通，外部电网12与电制热系统7的电源接口及电制冷系统8的电源接口相连接。
本发明还包括蓄电池9、储热罐10及储热罐10，其中，风力发电系统1、光伏发电系统2、低温燃料电池3及高温燃料电池4并联连接后与蓄电池9、外部电网12及楼宇的用电负载13相连接；余热利用系统5的供热侧出口与储热罐10及楼宇的供热系统14相连通；储冷罐11与电制冷系统8的出口、楼宇的供冷系统15及余热利用系统5的供冷侧出口相连通。
所述高温燃料电池4为熔融碳酸盐燃料电池或固体氧化物燃料电池；光伏发电系统2为屋顶光伏发电系统或者建筑光伏发电系统。
本发明的具体工作过程为：
风力发电系统1产生的电、光伏发电系统2产生的电、低温燃料电池3产生的电及高温燃料电池4产生的电为楼宇的用电负载13进行供电，当风力发电系统1产生的电及光伏发电系统2产生的电够满足楼宇用电负载13的需求时，则关闭低温燃料电池3及高温燃料电池4，当风力发电系统1产生的电及光伏发电系统2产生的电不够满足楼宇用电负载13的需求时，则开启低温燃料电池3及高温燃料电池4，当风力发电系统1产生的电及光伏发电系统2产生的电能够满足楼宇用电负载13需求，且存在剩余电量时，则将剩余电量存储到蓄电池9中；当风力发电系统1产生的电、光伏发电系统2产生的电、低温燃料电池3产生的电及高温燃料电池4产生的电不能满足楼宇用电负载13供电需求时，则接入外部电网12和蓄电池9；
另外，通过高温燃料电池4产生的尾气及天然气锅炉6产生的高温烟气经余热利用系统5为楼宇供热，其中，当高温燃料电池4产生的尾气能够满足楼宇供热需求时，则关闭电制热系统7，当高温燃料电池4产生的尾气能够满足楼宇供热需求且存在多余热能时，则将多余的热能存储到储热罐10中；
另外，通过电制冷系统8输出的冷量及余热利用系统5供冷侧输出冷工质为楼宇供冷，其中，储冷罐11用于储存冷能，调节楼宇供冷质量。

Claims (6)

1.一种基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统，其特征在于，包括风力发电系统(1)、光伏发电系统(2)、低温燃料电池(3)、高温燃料电池(4)、外部电网(12)、燃气输入管道、天然气锅炉(6)、余热利用系统(5)、电制热系统(7)及电制冷系统(8)；
风力发电系统(1)、光伏发电系统(2)、低温燃料电池(3)及高温燃料电池(4)并联连接后与外部电网(12)及楼宇的用电负载(13)相连接，燃气输入管道与低温燃料电池(3)的燃气入口、高温燃料电池(4)的燃气入口及天然气锅炉(6)的燃气入口相连通，天然气锅炉(6)的烟气出口及高温燃料电池(4)的尾气出口与余热利用系统(5)的入口相连连通，余热利用系统(5)的供热侧出口及电制热系统(7)与楼宇的供热系统(14)相连通，电制冷系统(8)的出口及余热利用系统(5)的供冷侧出口与楼宇的供冷系统(15)相连通，外部电网(12)与电制热系统(7)的电源接口及电制冷系统(8)的电源接口相连接。
2.根据权利要求1所述的基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统，其特征在于，还包括蓄电池(9)，其中，风力发电系统(1)、光伏发电系统(2)、低温燃料电池(3)及高温燃料电池(4)并联连接后与蓄电池(9)、外部电网(12)及楼宇的用电负载(13)相连接。
3.根据权利要求1所述的基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统，其特征在于，还包括储热罐(10)，其中，余热利用系统(5)的供热侧出口与储热罐(10)及楼宇的供热系统(14)相连通。
4.根据权利要求1所述的基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统，其特征在于，还包括储冷罐(11)，其中，电制冷系统(8)的出口、楼宇的供冷系统(15)、余热利用系统(5)的供冷侧出口与储冷罐(11)相连通。
5.根据权利要求1所述的基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统，其特征在于，所述高温燃料电池(4)为熔融碳酸盐燃料电池或固体氧化物燃料电池。
6.根据权利要求1所述的基于燃料电池的楼宇综合能源供应系统，其特征在于，光伏发电系统(2)为屋顶光伏发电系统或者建筑光伏发电系统。
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