[发明专利]氢燃料电池与蒸汽透平和燃气透平耦合的发电系统

说明书

本发明属于发电技术领域，具体涉及一种氢燃料电池与蒸汽透平和燃气透平耦合的发电系统。根据本发明的氢燃料电池与蒸汽透平和燃气透平耦合的发电系统，由于包括氢气模块、空气模块以及氢燃料电池，氢燃料电池的阳极乏气通过阳极回热加热单元加热后进入蒸汽透平膨胀做功，蒸汽透平输出的功一部分驱动氢气压缩机提高氢气压力，另一部分驱动蒸汽透平发电机发电，氢燃料电池的阴极乏气进入燃气透平膨胀做功，燃气透平输出的功一部分驱动空气压缩机提高空气压力，另一部分驱动燃气透平发电机发电。本发明建立了一种燃料电池与蒸汽透平和燃气透平有机连接的发电系统，可更好地利用氢燃料电池的乏气余热，获得较高的系统发电效率，提高对氢能的利用。

技术领域

本发明属于发电技术领域，具体涉及一种氢燃料电池与蒸汽透平和燃气透平耦合的发电系统。

背景技术

氢气被认为是未来的清洁能源燃料，而且在双碳目标的技术路线中，氢能也具有重要的作用，可用于将风电光电的峰值转化为氢能储存起来，并在需要时再转化为电能对外输出。在氢能的利用中，燃料电池由于可直接将燃料的化学能转化为电能而受到广泛重视。而且燃料电池排出的乏气温度可以达到1000℃以上，因此常与燃气轮机耦合构成燃料电池-燃气轮机联合发电系统，以充分利用燃料电池的余热，提高系统的发电效率。

然而当氢气作为燃料电池的燃料时，燃料电池阳极乏气的成分主要是水蒸汽和少量的残余氢气，燃料电池的发电效率越高，残留的氢气越少。现有的燃料电池-燃气轮机联合发电系统多是将燃料电池阳极乏气与阴极乏气混合，并对残余燃气补燃后，送入燃气透平膨胀做功。这样当燃料是氢气时，并不能充分利用阳极乏气中的水蒸汽做功能力。

发明内容

为解决上述问题，提供一种氢燃料电池与蒸汽透平和燃气透平耦合的发电系统，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种氢燃料电池与蒸汽透平和燃气透平耦合的发电系统，其特征在于，包括：氢气模块、空气模块以及氢燃料电池，其中，氢气模块与氢燃料电池的阳极连通，空气模块与氢燃料电池的阴极连通，氢气模块具有氢气压缩机、阳极回热加热单元、蒸汽透平元以及蒸汽透平发电机，氢气压缩机、蒸汽透平以及蒸汽透平发电机依次通过轴连接，空气模块具有依次通过轴连接的空气压缩机、燃气透平、燃气透平发电机，氢燃料电池的阳极乏气通过阳极回热加热单元加热后进入蒸汽透平膨胀做功，蒸汽透平输出的功一部分驱动氢气压缩机提高氢气压力，另一部分驱动蒸汽透平发电机发电，氢燃料电池的阴极乏气进入燃气透平膨胀做功，燃气透平输出的功一部分驱动空气压缩机提高空气压力，另一部分驱动燃气透平发电机发电。

本发明提供的氢燃料电池与蒸汽透平和燃气透平耦合的发电系统，还可以具有这样的特征，其中，阳极回热加热单元具有高温阳极回热加热器以及低温阳极回热加热器，低温阳极回热加热器的氢气进口与氢气压缩机相连，低温阳极回热加热器的氢气出口与氢燃料电池的阳极入口相连，高温阳极回热加热器的乏气入口与氢燃料电池的阳极出口相连，高温阳极回热加热器的乏气出口与低温阳极回热加热器的乏气入口相连，低温阳极回热加热器的乏气出口与蒸汽透平的入口相连。

本发明提供的氢燃料电池与蒸汽透平和燃气透平耦合的发电系统，还可以具有这样的特征，还包括：阴极回热加热器，该阴极回热加热器的空气进口与空气压缩机相连，阴极回热加热器的空气出口与高温阳极回热加热器的空气入口相连，高温阳极回热加热器的空气出口与氢燃料电池的阴极入口相连，氢燃料电池的阴极出口与燃气透平的入口相连，燃气透平的出口与阴极回热加热器的乏气进口相连，阴极回热加热器的乏气出口用于将乏气排向下游。

本发明提供的氢燃料电池与蒸汽透平和燃气透平耦合的发电系统，还可以具有这样的特征，其中，还包括：凝汽器以及凝结水泵，其中，凝汽器的汽侧入口与蒸汽透平的出口相连，凝汽器的汽侧出口与凝结水泵的入口相连，凝结水泵的出口用于将凝结水排向下游。

本发明提供的氢燃料电池与蒸汽透平和燃气透平耦合的发电系统，还可以具有这样的特征，还包括：氢气回收装置，用于回收凝结水泵的出口处未凝结的氢气。