燃料電池能效優化系統的製作方法

2023-06-26 01:58:36 3

本實用新型涉及一種燃料電池能效優化系統。

背景技術：

分布式能源是一種建在用戶端的能源供應方式，可獨立運行，也可併網運行，是以資源、環境效益最大化確定方式和容量的系統，將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進行系統整合優化，採用需求應對式設計和模塊化配置的新型能源系統，是相對集中供能的分散式供能方式。

在傳統分布能源中使用的大多是燃氣輪機和燃氣內燃機，缺乏一種效能較高的發電、發熱設備。

燃料電池是一種新型發電裝置，其高效率、無汙染、機動靈活和對多種燃料氣體的廣泛適應性等特點，是其廣泛應用的基礎。但是在以燃料電池為主的三聯供系統中，大部分只注重對其所產生的電進行儲存，對其在發電過程中所產生的熱量的儲存則很少提及。

相變蓄熱裝置是以相變材料為主要功能體的儲熱裝置，相變材料是指隨溫度變化而改變形態並能提供潛熱的物質。相變材料由固態變為液態或由液態變為固態的過程稱為相變過程，這時相變材料將吸收或釋放大量的潛熱，將相變材料封裝在一定的容器中，通過換熱的方式將熱量帶出。根據不同方法，相變材料可以分為許多種類：按其相變溫度的範圍，可以分為高溫、中溫和低溫的相變材料；按其蓄熱方式，可以分為顯熱蓄熱材料、潛熱蓄熱材料、熱化學蓄熱材料和吸附蓄熱材料；按其化學組成，可以分為無機相變材料和有機相變材料；按其相變機理，可以分為固-固相變材料、固-液相變材料、固-氣相變材料和液-氣相變材料，現階段主要是對固-固相變材料和固-液相變材料的運用。

技術實現要素：

針對相關技術中存在的問題，本實用新型的目的在於提供一種燃料電池能效優化系統，該燃料電池能效優化系統通過將燃料電池與相變蓄熱裝置結合，將以燃料電池為一級原料的用能系統進行能效的優化，使燃料電池分布式能源系統的能效利用率進一步提高。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種燃料電池能效優化系統，該燃料電池能效優化系統包括：燃料電池；末端用熱設備，燃料電池與末端用熱設備連接，以向末端用熱設備提供熱能；末端用電設備，燃料電池與末端用電設備連接，以向末端用電設備提供電能；以及相變儲熱裝置，燃料電池與相變儲熱裝置連接，以將多餘熱能傳遞至相變儲熱裝置，並且相變儲熱裝置與末端用熱設備連接，以向末端用熱設備提供熱能。

根據本實用新型的一個實施例，相變儲熱裝置還與末端用電設備連接，以向末端用電設備提供電能。

根據本實用新型的一個實施例，相變儲熱裝置通過蒸汽發電機與末端用電設備連接。

根據本實用新型的一個實施例，燃料電池與末端用電設備相連的管線中還連接有多餘電能管線，多餘電能管線通過電加熱器連接至相變儲熱裝置，以將多餘電能轉化成熱能傳遞至相變儲熱裝置。

根據本實用新型的一個實施例，燃料電池與末端用熱設備相連的管線中還連接有多餘熱能管線，多餘熱能管線直接連接至相變儲熱裝置。

根據本實用新型的一個實施例，燃料電池能效優化系統還包括：輔助熱源，輔助熱源與末端用熱設備和相變儲熱裝置連接；以及輔助電源，輔助電源與末端用電設備連接並通過電加熱器與相變儲熱裝置連接。

根據本實用新型的一個實施例，燃料電池能效優化系統還包括與末端用熱設備連接的製冷裝置。

根據本實用新型的一個實施例，燃料電池和相變儲熱裝置還連接至熱水型溴化鋰制冷機組。

根據本實用新型的一個實施例，輔助熱源包括太陽能、氣源熱泵和/或水源熱泵。

根據本實用新型的一個實施例，輔助電源包括太陽能和/或風力發電機組。

本實用新型的有益技術效果在於：本實用新型的燃料電池能效優化系統通過將燃料電池與相變材料結合，使燃料電池分布式能源系統的能效利用率進一步提高。

附圖說明

圖1是根據本實用新型的燃料電池能效優化系統的一個實施例的示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本實用新型的實施例進行具體描述。需要注意的是，以下各個實施例可以任意可能的方式相互組合或部分替換。

如圖1所示，本實用新型的實施例1提供一種適用於低溫蓄熱能效調控的燃料電池能效優化系統。該燃料電池能效優化系統包括：燃料電池1，燃料電池1通過其內部的化學反應產生電能和熱能；末端用熱設備4，燃料電池1與末端用熱設備4連接，以向末端用熱設備4提供熱能；末端用電設備5，燃料電池1與末端用電設備5連接，以向末端用電設備5提供電能；以及相變儲熱裝置7，在該實施例中，在相變儲熱裝置7中包含低溫相變儲熱材料，並且燃料電池1與相變儲熱裝置7連接，以將多餘的熱能傳遞至相變儲熱裝置7儲存起來，並且相變儲熱裝置7與末端用熱設備 4連接，以向末端用熱設備4提供熱能。

在該實施例1中，燃料電池能效優化系統通過將燃料電池1與相變儲熱裝置7結合，使燃料電池分布式能源系統的能效利用率進一步提高。

繼續參照圖1，在實施例1中，相變儲熱裝置7還與末端用電設備5 連接，以向末端用電設備5提供電能。可選地，相變儲熱裝置7可通過蒸汽發電機9與末端用熱設備連接，為用電設備5供電。

此外，在實施例1中，如圖1所示，在燃料電池1與末端用電設備5 相連的管線中還連接有多餘電能管線，多餘電能管線通過電加熱器6連接至相變儲熱裝置7，以將多餘的電能轉化成熱能傳遞至相變儲熱裝置7。

進一步地，在實施例1中，如圖1所示，在燃料電池1與末端用熱設備4相連的管線中還連接有多餘熱能管線，多餘熱能管線直接連接至相變儲熱裝置7，以將多餘的熱能傳遞至相變儲熱裝置7。

再次參照圖1，優選地，在實施例1中，燃料電池能效優化系統還包括輔助熱源3和輔助電源2。其中，輔助熱源3與末端用熱設備4和相變儲熱裝置7連接，當燃料電池1產生的熱能不能滿足末端用熱設備4對熱量的需求時，啟動輔助熱源3，輔助熱源3可為太陽能裝置、各類熱泵等；當燃料電池1產生的熱能多於末端用熱設備4的熱負荷時，則將熱量傳遞至相變儲熱裝置7，通過相變儲熱裝置7將熱量儲存起來；相似地，輔助電源2與末端用電設備5連接並且通過電加熱器6與相變儲熱裝置7連接，當燃料電池1產生的電能不能滿足末端用電設備5的用電需求時，啟動輔助電源2為末端用電設備5供電，輔助電源2可為太陽能發電站等；當末端用電設備5供電超出適用需求時，將多餘電能引入到電加熱器6，電加熱器6加熱循環水產生熱能，再將熱能輸入到相變儲熱裝置7中儲存起來。例如，根據「峰谷」電價的不同，電加熱器6可以在電力富裕的情況下直接轉化為熱能存入相變儲熱裝置7中，待白天用電高峰期時釋放相變儲熱裝置7中存儲的熱能，實現電力系統的「削峰填谷」。

在上述的燃料電池能效優化系統中，首先根據用戶末端用電需求確定燃料電池1的安裝數量，通過用電需求計算出燃料電池的運行負荷曲線，在額定負荷範圍內智能調控其運行參數。

此外，包含於相變儲熱裝置7中的低溫相變材料的相變溫度可為80℃，電加熱器6將水加熱到90℃左右，通過相變材料的相變將熱量儲存起來；該相變儲熱裝置7的輸出溫度區間為45℃至80℃，並且可通過水循環系統與末端用熱設備4相連接，這裡的末端用熱設備4可為生活熱水使用設備或工業生產設備或採暖設備。

接下來參照實施例2，實施例2提供了一種根據本實用新型的適於中溫蓄熱能效調控的燃料電池能效優化系統，其中，與實施例1的不同之處在於，在實施例2中，在相變儲熱裝置7中包含有中溫相變儲熱材料，其相變溫度約為650℃，電加熱器6加熱到700℃左右直接與相變儲熱裝置7 中的中溫相變材料進行接觸換熱或氣體換熱，通過材料的相變將熱量存儲起來；該中溫相變材料的輸出溫度區間為600℃至630℃，通過加熱氣體供給末端用熱設備4用熱；或者加熱氣體供給蒸氣發電機9使蒸氣發電機9 產生電能，供給末端用電設備5用電。

有利地，在上述實施例1和實施例2中，分別使用低溫相變材料和中溫相變材料，與熔鹽等高溫相變材料相比，低溫和中溫相變材料在蓄能過程中輸入溫度更低，因而能夠使得低溫熱源得到良好的利用。然而應注意的是，根據燃料電池能效優選系統提供熱能或電能的多少，還可以選擇其他不同的相變儲熱材料，例如高溫相變儲熱材料，從而實現不同等級能源的優化利用。

此外，在一個可能的實施例中，燃料電池能效優化系統還包括與末端用熱設備4連接的製冷裝置8。

在一個可能的實施例中，燃料電池1和相變儲熱裝置7還連接至熱水型溴化鋰制冷機組。

在一個可能的實施例中，燃料電池1包括鹼性燃料電池、固體高分子型質子膜燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池和固體氧化型燃料電池、直接式燃料電池、重整式燃料電池、生物燃料電池、再生式燃料電池(光、電、熱、放射化學燃料電池)等中的一種或幾種。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。