[发明专利]用于供暖和发电的分布式能源利用系统

说明书

用于供暖和发电的分布式能源利用系统。现有方案采用光热发电+储能+电锅炉的技术路线，系统复杂、投资高、占地面积大。本发明包括：分离单元，与所述的掺氢天然气管道连通，用于将掺氢天然气管道运输的掺氢天然气分离出氢气和天然气；发电单元、供暖单元，所述的发电单元和所述的供暖单元分别与所述的分离单元分离出的氢气储罐连通，所述的发电单元用于将氢气和氧气转化为电力供给到用户，所述的供暖单元用于生产热水向用户供暖；水处理单元，与所述的供暖单元连通，用于为所述的供暖单元提供除盐水和热网补水。本发明用于供暖和发电的分布式能源利用。

技术领域

本发明涉及一种用于供暖和发电的分布式能源利用系统。

背景技术

分布式能源利用是较传统的“集中式”能源利用而言的，它是一种建立在用户侧的综合能源利用方式，涵盖发电、热电联产、储能和能源管理系统等多种形式。早期的分布式能源是在热电联产系统（CHP）的基础上发展而来的，随后分布式能源逐渐扩展到用户侧的多种能源类型的冷、热、电、蒸汽多联供系统以及可再生能源发电。

可再生发电是近年来在分布式能源系统中运用较多的形式，一方面是因为可再生能源清洁发电的特性与低碳环保的大趋势相吻合，另一方可再生能源发电的规模低于传统化石能源发电的规模，更适用于用户侧的分布式能源布局。分布式可再生能源目前应用较多的是分布式光伏、风电、光热，分布式制氢已小规模应用，与燃料电池配合发电。可再生能源具有清洁、环保、安装简单等特点，但它的缺点也是显而易见的：第一，可再生能源，尤其是一次可再生能源（太阳能、风电等），存在转化效率低、能量密度低的问题；第二，初投资费用较大，回收年限长；第三，光伏板、风机叶片等固体废物难以处理，存在环境污染的风险；第四，分布式制氢在发电效率、氢安全性、投资费用等方面存在明显的缺陷，是阻碍它进一步发展的主要原因。

氢是近年来各国重点发展的能源，它具有热值高、清洁、易于利用等特点，工业副产氢（灰氢）和天然气重整制氢（蓝氢）的成本较低，可再生能源电解水制氢（绿氢）的成本比灰氢和蓝氢高2-5倍。氢气的运输目前也存在较大问题，因为氢气的密度非常低，造成运输效率较低。天然气掺氢是解决氢气运输的一个重要手段，特别是已经铺设好天然气管道的住宅、园区等。目前较为成熟的技术是向天然气管道中掺入10-20%的氢气，在终端用变压吸附的方法分离天然气和氢气，运输效率和成本大大降低。

分布式能源针对的对象主要是中等规模以下的住宅区、工业园区、偏远山区以及部分城市建筑群，其中又以住宅区的应用最为广泛，因为越来越多的小区从集中供暖改为自供暖，以分布式光热发电+储能（储热）+电锅炉（电暖器）等为主要方式。但上述技术方案的主要问题在于：（1）光热发电需配储能才能高效率运行，提高了投资费用，否则会造成较大的电力浪费；（2）整套系统由发电、储能和采暖等单元构成，较为复杂；（3）整套系统占地面积较大，旧住宅区改造困难大。

现有方案采用光热发电+储能+电锅炉的技术路线来解决住宅区供暖+供电的需求。它的原理是：利用太阳能板收集太阳能，在收集装置内将水加热至水蒸气，推动汽轮机发电；发出的电储存在储能系统中，驱动电锅炉提供热水，经换热站后供热水到用户端。此技术方案的优点是清洁能源发电无污染，在太阳能资源丰富的地区能够产生可观的经济效益，特别适用于电力资源匮乏的偏远山区。但是它的缺点也很明显：系统复杂、投资高、占地面积大。某些工程项目出于投资考虑，省去了储能单元，直接采用光热发电+电锅炉的技术路线来供暖和供电，但由于电能无法储存，造成能源浪费、系统调节性差、受光照影响较大等问题，降低了用户端的使用感受。

发明内容

本发明提供一种用于供暖和发电的分布式能源利用系统，采用氢为燃料，利用质子交换膜燃料电池向用户提供低价电力，利用氢热水锅炉向用户供暖，主要解决中等规模住宅区用户的采暖和用电需求。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种用于供暖和发电的分布式能源利用系统，其组成包括：分离单元，与所述的掺氢天然气管道连通，用于将掺氢天然气管道运输的掺氢天然气分离出氢气和天然气；