基于氢能的风-火耦合冷热电联供系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113446757A(43)申请公布日2021.09.28(21)申请号202110666001.X(51)Int.Cl.(22)申请日2021.06.16F25B29/00(2006.01)H02J3/38(2006.01)(71)申请人国网辽宁省电力有限公司F01D15/10(2006.01)地址110006辽宁省沈阳市和平区宁波路F01K11/02(2006.01)18号申请人大连理工大学国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院(72)发明人韩子娇高玲玉李正文董鹤楠袁铁江陈晓东葛延峰王印王亮刘凯唱一鸣(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人关玲权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称基于氢能的风-火耦合冷热电联供系统(57)摘要一种基于氢能的风‑火耦合冷热电联供系统，包括风‑火耦合发电系统、氢能系统、热能利用系统。风‑火耦合发电系统的风力发电系统、火力发电系统，二者汇聚于同一交流母线供给电负荷；氢能系统包括电解水制氢系统、高温燃料电池系统、储氢罐。当风电产生富余且火电机组无法下调时，电解水制氢系统利用多余电能制取氢气，并存储于储氢罐。当电能不足时，高温燃料电池系统利用储氢罐内氢气发电，供给电负荷；热能利用系统的余热锅炉用于接收高温燃料电池的换热器流出的余热，一部分通入火电机组的汽轮机，一部分通入制冷机组，其余通入热交换器。本发明的热能利用部分具有一定的创新性，极大提高了能源利用率。CN113446757ACN113446757A权利要求书1/1页1.一种基于氢能的风‑火耦合冷热电联供系统，其特征在于，所述系统包括：风‑火耦合发电系统、氢能系统、热能利用系统；其中，火电机组和风电机组共同汇聚于同一交流母线，用于供给电负荷；所述氢能系统包括电解水制氢系统、高温燃料电池系统以及储氢罐；当风电产生富余且火电机组无法下调时，多余的电能通入电解水制氢系统，通过电解槽将电能转换为氢气；产生的氢气一部分通过运输注入天然气管道，用于供给气负荷；另一部分氢气注入储氢罐中；当负荷较大时，高温燃料电池利用储氢罐内存储的氢气发电上网，缓解火电机组调峰压力；所述热能利用系统，包括余热锅炉、吸收式制冷机和换热器；高温燃料电池产生的高温尾气和剩余的原料气体通过后燃室充分燃烧，通入电堆的空气和氢气，燃烧后产生的高温尾气通过换热器预热，进而进入余热锅炉转换为高温高压蒸汽，一部分通入火电机组的汽轮机中间级，另一部分通入制冷机组供给冷负荷，其余通入热交换器供给热负荷。2.根据权利要求1所述的基于氢能的风‑火耦合冷热电联供系统，其特征在于，所述风‑火耦合发电系统的风力发电系统包括风电机组、功率变换器AC/AC和升压变压器；其中火力发电机组的三大核心设备包括锅炉、汽轮机和发电机，汽轮机为固体氧化物燃料电池提供启动热能，燃料电池为汽轮机提供丰富的蒸汽，在保证充裕电力的情况下减少锅炉中煤炭的使用；汽轮机与燃料电池则通过管道及阀门连接，并通过温控实现热能相互利用。3.根据权利要求1所述的基于氢能的风‑火耦合冷热电联供系统，其特征在于，所述氢能系统中的电解水制氢系统包括碱性电解槽、冷却器、氢分离器、氧分离器、循环泵、过滤器及纯化系统；电解水制氢系统的输入端口与区域电力系统交流母线相连，电解水制氢系统的输出端口与储氢装置相连，进而将氢气输送到高温燃料电池系统；当电网需求功率增大，而可再生能源及火电机组提供的电能有限时，贮存的氢和氧通过压缩机输送给高温燃料电池系统，通过燃料电池进行能量转换，向电网提供电能，保证电网与系统之间功率平衡；所述高温燃料电池系统包括换热器、固体氧化物燃料电池及后燃室；高温燃料电池系统的输入端连接储氢装置和空气输入装置，高温燃料电池系统的输出端与功率变换器相连，进而向电网输送交流电；后燃室产生的高温废气首先输入气体换热，余下的中低温废气经过余热锅炉变成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽的一部分直接用于供给热负荷，并有一部分通入汽轮机，辅助火电机组发电；利用火电机组的高温蒸汽对固体氧化物燃料电池进行启动前的预热，可以有效缓解高温燃料电池的启动压力。4.根据权利要求1所述的基于氢能的风‑火耦合冷热电联供系统，其特征在于，所述氢能系统中的热能利用系统包括余热锅炉、吸收式制冷机和换热器；余热锅炉包括六个循环回路，每个循环回路均由下降管和上升管组成；余热锅炉用于将高温燃料电池产生的高温废气转换为高温高压蒸汽；吸收式制冷机包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵和节流阀，用于换热高温高压蒸汽供给冷负荷；第一换热器(1)用于预热燃料电池电堆入口的空气、氢气，以及后燃室产生的废气，第二换热器(2)用于供给热负荷。2CN113446757A说明书1/3页基于氢能的风‑火