[实用新型]以液化天然气为原料的基于燃料电池的分布式能源系统

说明书

本实用新型提供一种以液化天然气为原料的基于燃料电池的分布式能源系统，包括固体氧化物燃料电池子系统、注蒸汽燃气轮机子系统和液化天然气制冷子系统；燃料压缩机的出口分别与预重整器的入口和燃烧室的入口连通；后燃室的出口与燃烧室的入口连通；燃烧室的出口与燃气透平的入口连通；余热锅炉的热介质入口经预热器与燃气透平的出口连通，热介质出口与第一冷凝器的第一放热通道的入口连通，冷介质出口与燃烧室的入口连通；第一冷凝器的第一吸热通道的入口用于与液化天然气卫星站连通，第一吸热通道的出口与燃料压缩机的入口连通。本实用新型提供的分布式能源系统既优化了能源结构又节能环保，对中国LNG卫星站能源的合理利用具有重要指导意义。

技术领域

本实用新型涉及一种以液化天然气为原料的基于燃料电池的分布式能源系统，具体涉及一种以液化天然气为原料的固体氧化物燃料电池-注蒸汽燃气轮机-液化天然气制冷分布式能源系统。

背景技术

液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)的主要成分是甲烷，具有热值大、性能高等特点，是一种清洁、高效的能源。根据目前的LNG使用计划，到2020年，中国LNG需求量将达到4600万吨，届时将需要进口2500万吨 LNG。近年来，随着液化天然气进口量的增加，为提高液化天然气的接收，储存、气化和运输能力，在中国内陆地区建立了许多LNG卫星站。

液化天然气气化时释放大量的冷能，约830kJ/kg。而中国兴建的LNG卫星站绝大部分是将LNG直接气化，所产生的大量冷能被海水或空气带走，这不仅造成了巨大的能源浪费，而且给环境带来严重的冷污染。

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、友好的转化为电能的装置。固体氧化物燃料电池由阳极、阴极和电解质组成。工作时，在阴极一侧持续通入氧化气(氧气或空气)，O₂吸附在多孔阴极表面，被催化还原为O^2-并扩散到固体电解质与阳极的界面。同时，在阳极一侧持续通入的燃料气(氢气、一氧化碳或天然气等碳氢化合物)扩散到阳极与电解质的界面，并与O^2-反应生成CO₂和/或H₂O，反应生成的电子通过外循环电路回到阴极，从而产生电流。固体氧化物燃料电池具有较高的电流密度且对环境零污染，因此可以作为小型家用和大型集中供电的固定电站，也可以用作移动电源。

典型的固体氧化物燃料电池系统的结构如图1所示，包括固体氧化物燃料电池、预重整器、预热器和后燃室。作为燃料气的焦炉煤气在预重整器中进行预重整后供给SOFC的阳极；同时，作为氧化气的空气经预热器预热后供给SOFC的阴极，二者在SOFC中反应产生的直流电再经DC-AC 转换器转化为交流电。反应产物以及未完全反应的原料进入后燃室中充分燃烧，得到的高温燃气进入预热器与空气换热后排出。

典型的注蒸汽燃气轮机(Steam Injected Gas Turbine，STIG)系统结构如图2所示，包括压气机、燃烧室、燃气透平和余热锅炉。空气供入压气机，压缩成具有较高压力和温度的压缩空气，流入燃烧室与燃料混合燃烧，形成高温、高压、高速的高温高压燃气。高温高压燃气流入燃气透平并推动燃气透平旋转，经透平轴输出机械功并可转化为电能。透平排气可供给余热锅炉，与供给水发生换热，得到的水蒸气流入燃烧室中。

如何开发一种分布式能源系统，实现LNG冷能的有效利用，并且进一步提高SOFC和STIG的能源利用及转化效率，避免环境污染和能源浪费，使其更适合目前城市发展现状，是目前有待解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术中的上述缺陷，本实用新型提供一种以液化天然气为原料的基于燃料电池的分布式能源系统，能够实现LNG冷能的有效利用，并且提高SOFC和STIG的能源利用及转化效率，避免环境污染和能源浪费。