一种高效安全长时的氢燃料电池综合供能系统的制作方法

本发明属于氢能发电，尤其涉及一种高效安全长时的氢燃料电池综合供能系统。

背景技术：

1、氢气作为一种来源广泛、清洁无碳的二次能源，将是未来能源体系的重要组成部分，燃料电池分布式发电系统具有发电效率高、占地小，安全、噪声低等优点，成为氢能高效利用的重要方式。通过燃料电池发电构建氢电互融的能源供给体系，可以实现能量来源清洁化、终端服务多元化、能源调控智能化。

2、可再生能源是未来能源的主要供应方式，但是可再生能源的波动性、间歇性会给电网造成巨大的冲击，无法实现100％消纳，同时可再生能源发电与用户端用能习惯存在不匹配性，需要一种高效、安全的储能方式，实现可再生能源的跨时间、跨地区、跨季节储存。

3、可再生能源制氢是可再生能源储存的一种高效安全的模式，但是氢气储存存在体积密度低，大容量气态储存安全性差、接受度低等问题。

4、pemfc燃料电池虽然发电效率高，但是反应温度低，导致热量品位低，利用效率低等问题。

5、如何通过开发一套氢燃料电池与可再生能源结合的综合供能系统，在解决可再生能源波动性的同时，实现氢气的安全高效存储同时提高燃料电池的热量品位，显得十分重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种高效安全长时的氢燃料电池综合供能系统，本发明氢燃料电池综合供能系统，解决了可再生能源波动性的同时，实现氢气的安全高效存储同时提高了燃料电池的热量品位。

2、本发明目的通过下述技术方案来实现：

3、一种高效安全长时的氢燃料电池综合供能系统，所述氢燃料电池综合供能系统包括：发电及储能单元、制氢单元、储氢单元、燃料电池发电单元；所述发电及储能单元经输电线路为用户供电，并经输电线路与制氢单元连通，为制氢提供电能；所述制氢单元与所述储氢单元连通，经所述储氢单元完成氢气储存；所述储氢单元与所述燃料电池发电单元连通，所述燃料电池发电单元基于获得的氢气进行发电，并将供电线路实现用户供电。本系统通过制氢单元实现光伏或其他可再生能源发电的动态消纳。

4、根据一个优选的实施方式，所述发电及储能单元包括：可再生能源发电部、并网型逆变部、离网型逆变部和配电部；所述可再生能源发电部经所述并网型逆变部与配电部连通，实现用户的供电输出；所述可再生能源发电部经离网型逆变部与制氢单元连通，实现制氢过程的供电输出。

5、其中，可再生能源发电部可以采用光伏发电、风力发电等可再生能源发电的一种及其组合，也可以采用谷电。

6、根据一个优选的实施方式，所述发电及储能单元还包括电化学储能部，所述可再生能源发电部经输电线路为所述电化学储能部的充能供电，所述电化学储能部基于用电需求经输电线路为用户供电。

7、根据一个优选的实施方式，所述储氢单元包括有机液体储氢装置、固态储氢装置和气态储氢装置；所述制氢单元分别与有机液体储氢装置、固态储氢装置和气态储氢装置连通；所述有机液体储氢装置、固态储氢装置和气态储氢装置分别与燃料电池发电单元连通。本发明储氢单元，优先采用可以高效利用高温储热部的有机液体储氢和固态储氢装置，实现氢气跨时段、跨季节的大容量安全储存。

8、有机液体储氢装置其储氢载体优先采用无毒无害的有机介质，包括但不限于二苄基甲苯、n-乙基咔唑等有机物质，有机液体储氢载体的吸氢温度不高于300℃，放氢温度不高于350℃，有机液体装置供氢所需热量来源于光热系统和高温储热部。

9、根据一个优选的实施方式，所述氢燃料电池综合供能系统还包括光热单元和热管理单元，所述热管理单元包括低温储热部、高温储热部和换热部；所述光热单元接收并汇集太阳热量，用于完成高温储热部内介质加热，所述高温储热部经换热部为所述低温储热部提供热量；所述低温储热部经传热管路为所述储氢单元供热。

10、根据一个优选的实施方式，所述热管理单元还包括制冷部，所述低温储热部为所述制冷部提供热介质并经制冷部制冷后输送至用冷负载。

11、制冷部优先采用低温型吸收式制冷装置，所使用的制冷工质对或制冷工质体系，包括但不限于溴化锂-水、氨-水、n,n,n-三甲基甘氨酸-甲醇等制冷工质对及其组合，制冷部可利用热源温度低至70℃。

12、根据一个优选的实施方式，所述低温储热部还接受制氢单元和燃料电池发电单元产生的热介质，以完成余热利用。

13、根据一个优选的实施方式，所述低温储热部还经输热管路为用热负载提供热。

14、根据一个优选的实施方式，所述光热单元采用塔式光热装置、槽式光热装置、碟式光热装置、线性菲涅尔式光热装置及其组合；所述高温储热部采用熔盐和/或固体颗粒完成热量储存。

15、根据一个优选的实施方式，所述电解水制氢单元采用质子交换膜电解水制氢和/或碱性电解水制氢。

16、前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

17、本发明的有益效果：

18、本发明氢燃料电池综合供能系统可以实现光伏发电等可再生能源发电部并网及离网使用，根据用户用电规律灵活调配；

19、本发明氢燃料电池综合供能系统可以通过光热单元、高温储热部提高热量品位，降低储氢单元运行能耗；

20、本发明氢燃料电池综合供能系统可以实现光伏发电等可再生能源发电部波动电力的跨时段、跨季节储存，发电效率高达50％，热电联供效率超85％；

21、本发明氢燃料电池综合供能系统采用吸收式制冷部，实现能量的梯级利用，产生低温冷源减少用户侧电力消耗。

22、本发明氢燃料电池综合供能系统通过采用高密度的固态储氢、有机液体储氢等方式，减少系统占地面积，增大储氢量，增加储氢时长，同时采用气态储氢做缓冲，在保证氢燃料电池发电系统响应速率的同时极大提高燃料电池满功率发电时长及储氢安全性。

技术特征：

1.一种高效安全长时的氢燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述氢燃料电池综合供能系统包括：发电及储能单元(1)、制氢单元(3)、储氢单元(4)、燃料电池发电单元(5)；

2.如权利要求1所述的氢燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述发电及储能单元(1)包括：可再生能源发电部(11)、并网型逆变部(13)、离网型逆变部(14)和配电部(15)；

3.如权利要求2所述的氢燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述发电及储能单元(1)还包括电化学储能部(12)，所述可再生能源发电部(11)经输电线路为所述电化学储能部(12)的充能供电，所述电化学储能部(12)基于用电需求经输电线路为用户供电。

4.如权利要求1所述的氢燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述储氢单元(4)包括有机液体储氢装置(41)、固态储氢装置(42)和气态储氢装置(43)；

5.如权利要求1或4所述的氢燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述氢燃料电池综合供能系统还包括光热单元(2)和热管理单元(6)，

6.如权利要求5所述的氢燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述热管理单元(6)还包括制冷部(64)，所述低温储热部(61)为所述制冷部(64)提供热介质并经制冷部(64)制冷后输送至用冷负载。

7.如权利要求5所述的氢燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述低温储热部(61)还接受制氢单元(3)和燃料电池发电单元(5)产生的热介质，以完成余热利用。

8.如权利要求5所述的氢燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述低温储热部(61)还经输热管路为用热负载提供热。

9.如权利要求5所述的氢燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述光热单元(2)采用塔式光热装置、槽式光热装置、碟式光热装置、线性菲涅尔式光热装置及其组合；所述高温储热部(62)采用熔盐和/或固体颗粒完成热量储存。

10.如权利要求1所述的氢燃料电池综合供能系统，其特征在于，所述制氢单元(3)采用质子交换膜电解水制氢和/或碱性电解水制氢。

技术总结
本发明公开了一种高效安全长时的氢燃料电池综合供能系统，所述氢燃料电池综合供能系统包括：发电及储能单元、制氢单元、储氢单元、燃料电池发电单元；所述发电及储能单元经输电线路为用户供电，并经输电线路与制氢单元连通，为制氢提供电能；所述制氢单元与所述储氢单元连通，经所述储氢单元完成氢气储存；所述储氢单元与所述燃料电池发电单元连通，所述燃料电池发电单元基于获得的氢气进行发电，并将供电线路实现用户供电。解决了可再生能源波动性的同时，实现氢气的安全高效存储同时提高了燃料电池的热量品位。

技术研发人员：杨锦,欧阳彦超,汤膑,聂立
受保护的技术使用者：东方电气集团东方锅炉股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13