[发明专利]一种基于燃料电池的多能互补热电联产系统和工作方法

权利要求书

1.一种基于燃料电池的多能互补热电联产系统，其特征在于：包括燃料电池热电联产装置(1)，燃料电池热电联产装置(1)的入口连通天然气和空气管道，热能出口连接热能输配控制管理系统(2)，电能出口连接电能输配控制管理系统(3)；热能输配控制管理系统(2)的热能入口连接太阳能光热装置(4)，热能出口连接热能负载，热油储热装置(5)与热能输配控制管理系统(2)进行连接，能够进行热能的相互交换；电能输配控制管理系统(3)的电能入口连接太阳能光伏发电装置(6)和风力发电装置(7)，电能出口连接质子交换膜电解水制氢装置(9)和热能负载，电池储能装置(8)与电能输配控制管理系统(3)进行连接，能够进行电能的相互交换；质子交换膜电解水制氢装置(9)的氢气出口连接储氢罐(10)入口，储氢罐(10)的氢气出口连接燃料电池热电联产装置(1)的氢气入口，燃料电池热电联产装置(1)利用氢气和空气产生电能和热能。

2.根据权利要求1所述的基于燃料电池的多能互补热电联产系统，其特征在于：所述燃料电池热电联产装置(1)采用质子交换膜燃料电池PEMFC、熔融碳酸盐燃料电池MCFC发电技术或固体氧化物燃料电池MCFC发电技术，由阴极腔室、阴极、阳极腔室、阳极、电解质组成；以天然气或氢气作为燃料，以空气作为氧化剂进行电化学发电，发电效率达50％～60％，热电联产效率达80％～90％，实现输出负荷0～100％调节，能够在以热定电和以电定热两种模式下工作。

3.根据权利要求1所述的基于燃料电池的多能互补热电联产系统，其特征在于：所述热能输配控制管理系统(2)，能够根据太阳能光热装置(4)的运行特性和热能负载的运行特性，控制燃料电池热电联产装置(1)、太阳能光热装置(4)、热油储热装置(5)以及热能负载的运行特性，以满足热能负载的需求；所述电能输配控制管理系统(3)，能够根据太阳能光伏发电装置(6)、风力发电装置(7)以及电能负载的运行特性，控制燃料电池热电联产装置(1)、太阳能光伏发电装置(6)、风力发电装置(7)、电池储能装置(8)、质子交换膜电解水制氢装置(9)以及储氢罐(10)，以满足电能负载的需求。

4.根据权利要求1所述的基于燃料电池的多能互补热电联产系统，其特征在于：所述太阳能光热装置(4)采用太阳能集热管或集热器，能够将太阳能转化为热能。

5.根据权利要求1所述的基于燃料电池的多能互补热电联产系统，其特征在于：所述热油储热装置(5)由储油罐和换热器组成，能够吸收太阳能光热装置(4)和燃料电池热电联产装置(1)提供的热能，并向热能负载提供热能。

6.根据权利要求1所述的基于燃料电池的多能互补热电联产系统，其特征在于：所述太阳能光伏发电装置(6)由光伏板和逆变器组成，是能够将太阳能转化为电能的电力设备。

7.根据权利要求1所述的基于燃料电池的多能互补热电联产系统，其特征在于：所述电池储能装置(8)是指将电能储存在电池中，并能向外输出电能的装置，采用的电池为钠硫电池、液流电池以及锂离子电池；燃料电池热电联产装置(1)、太阳能光伏发电装置(6)和风力发电装置(7)所产生的电能能够储存到电池储能装置(8)中，电池储能装置(8)能够向电能负载输出电能。

8.根据权利要求1所述的基于燃料电池的多能互补热电联产系统，其特征在于：所述质子交换膜电解水制氢装置(9)采用质子交换膜Proton Exchange Membrane,PEM电解水制氢技术，电解槽包括PEM膜电极和双极板；PEM电解技术能够将反应物氢气和氧气分隔开避免串气，安全性好、产物气体纯度高；系统的负荷能够从0～100％连续调节，能够与太阳能光伏发电和风力发电的波动性相适应；质子交换膜电解水制氢装置(9)启停速度快，5min内能够产生H₂，输出氢气的压力达3MPa。

9.根据权利要求1所述的基于燃料电池的多能互补热电联产系统，其特征在于：所述储氢罐(10)采用高压储氢方式，能够在常温下进行快速的充放气；储氢罐(10)的压力为3MPa。

10.权利要求1至9任一项所述的基于燃料电池的多能互补热电联产系统的工作方法，其特征在于：当太阳能光热装置(4)的输出功率大于热能负载的功率时，太阳能光热装置(4)直接输出热能给热能负载，其余热能输出给热油储热装置(5)；当太阳能光热装置(4)的输出功率小于等于热能负载的功率时，太阳能光热装置(4)直接输出热能给热能负载，同时燃料电池热电联产装置(1)产生的热量输出给热能负载，此时如果燃料电池热电联产装置(1)产生的热量仍不能满足热能负载的需求，则热油储热装置(5)向热能负载提供热能；当太阳能光热装置(4)、燃料电池热电联产装置(1)以及热油储热装置(5)无法满足热能负载的需求时，降低或切断热能负载；

当太阳能光伏发电装置(6)和风力发电装置(7)的输出功率之和大于电能负载的功率时，其余电能优先储存到电池储能装置(8)中，待电池储能装置8满电时，其余电能输送到质子交换膜电解水制氢装置(9)中，制取氢气并储存于储氢罐(10)中；当太阳能光伏发电装置(6)和风力发电装置(7)的输出功率之和小于等于电能负载的功率时，电池储能装置(8输出电能给电能负载，待电池储能装置(8)的电能用尽时，燃料电池热电联产装置(1)利用天然气和空气产生电能输送给电能负载；当天然气无法供给时，燃料电池热电联产装置(1)利用储氢罐(10)中的H₂和空气产生电能输送给电能负载；当太阳能光伏发电装置(6)、风力发电装置(7)、燃料电池热电联产装置(1)以及电池储能装置(8)无法满足电能负载的需求时，降低或切断电能负载。