阅读说明：本技术 光伏耦合熔融碳酸盐燃料电池冷热电系统和供能方法 (Photovoltaic coupling molten carbonate fuel cell cold-hot electric system and energy supply method ) 是由 卢成壮 张瑞云 李�昊 程健 王保民 杨冠军 黄华 于 2020-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了光伏耦合熔融碳酸盐燃料电池冷热电系统和供能方法,通过耦合光伏发电系统、气体系统、熔融碳酸盐燃料电池发电系统和制冷制热系统,可有效利用可再生能源实现供电、供冷、供热,同时提高熔融碳酸盐燃料电池的利用方式和应用领域。(The invention discloses a photovoltaic coupling molten carbonate fuel cell cold-hot electricity system and an energy supply method, which can effectively utilize renewable energy sources to realize power supply, cold supply and heat supply and simultaneously improve the utilization mode and the application field of a molten carbonate fuel cell by coupling a photovoltaic power generation system, a gas system, a molten carbonate fuel cell power generation system and a refrigeration and heating system.)

光伏耦合熔融碳酸盐燃料电池冷热电系统和供能方法

技术领域

本发明属于冷热电系统和燃料电池技术领域，特别涉及光伏耦合熔融碳酸盐燃料电池冷热电系统和供能方法。

背景技术

熔融碳酸盐燃料电池作为一种清洁高效的高温发电装置，具有燃料来源广，可与燃气轮机、可再生能源组成联合发电系统，并且燃料电池尾气温度高，可实现供冷供热。目前国内熔融碳酸盐燃料电池处于应用推广阶段，系统集成性水平有待提高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种光伏耦合熔融碳酸盐燃料电池冷热电系统和供能方法，通过耦合光伏发电系统、气体系统、熔融碳酸盐燃料电池发电系统、制冷制热系统，可有效利用可再生能源实现供电、供冷、供热，同时提高熔融碳酸盐燃料电池的利用方式和应用领域。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是，光伏耦合熔融碳酸盐燃料电池冷热电系统包括光伏发电系统、熔融碳酸盐燃料电池系统和制冷制热系统，光伏发电系统与熔融碳酸盐燃料电池系统通过气体系统连接，气体系统用于为熔融碳酸盐燃料电池系统提供反应所需气体，熔融碳酸盐燃料电池系统用于为用户供电；熔融碳酸盐燃料电池系统阳极侧尾气输出端连接催化燃烧系统，催化燃烧系统尾气出口连接气体分离系统，催化燃烧系统的供能出口与制冷制热系统连接，用于将催化燃烧产生的气体余热导入制冷制热系统为用户供冷供热；熔融碳酸盐燃料电池系统阴极侧尾气输出端连接气体分离系统，气体分离系统尾气出口连接制冷制热系统，制冷制热系统用于为用户供冷供热。

进一步的，气体系统包括储能系统和制氢系统，光伏发电系统连接储能系统，储能系统用于存储光伏发电系统产生的电能，储能系统的输出端连接制氢系统，用于为制氢系统提供电能；制氢系统用于电解制得氢气和氧气，且制氢系统设置有氢气出口和氧气出口，氢气出口与熔融碳酸盐燃料电池系统的阳极侧连通，氧气出口与熔融碳酸盐燃料电池系统的阴极侧连通。

进一步的，制氢系统的氧气出口还连接有催化燃烧系统，用于将氧气通入催化燃烧系统与熔融碳酸盐燃料电池系统的阳极侧尾气中未参与反应的氢气进行催化燃烧反应。

进一步的，气体分离系统设置有循环气体出口，循环气体出口与熔融碳酸盐燃料电池系统的阴极侧连接，用于将分离出的可循环气体通入熔融碳酸盐燃料电池系统的阴极侧进行循环反应。

进一步的，气体分离系统的尾气出口连接制冷制热系统，用于将分离出多余的气体和可能存在的氢气气体通入制冷制热系统。

进一步的，熔融碳酸盐燃料电池系统的阳极侧通入氮气或二氧化碳，用于防止燃料电池发电过程中温度过高。

进一步的，熔融碳酸盐燃料电池系统工作温度为650℃，储能系统对熔融碳酸盐燃料电池系统进行电加热。

进一步的，熔融碳酸盐燃料电池为高温燃料电池或质子交换膜燃料电池。

本发明还提供了上述冷热电系统的供能方法，光伏发电系统与气体系统连接，气体系统与熔融碳酸盐燃料电池发电系统连接，气体系统包括储能系统和制氢系统，光伏发电系统连接储能系统，储能系统的输出端连接制氢系统；制氢系统电解制得氢气和氧气，且制氢系统设置有氢气出口和氧气出口，氢气出口与熔融碳酸盐燃料电池系统的阳极侧连通，熔融碳酸盐燃料电池系统的阳极侧通入氮气或二氧化碳；氧气出口与熔融碳酸盐燃料电池系统的阴极侧和催化燃烧系统连通，熔融碳酸盐燃料电池系统阴极侧通入二氧化碳气体，熔融碳酸盐燃料电池系统进行反应发电为用户提供电能；熔融碳酸盐燃料电池系统发电过程中产生的阳极侧尾气通入催化燃烧系统进行催化燃烧，催化燃烧后的混合气体通入气体分离系统，催化燃烧系统的供能出口与制冷制热系统连接，将催化燃烧产生的气体余热导入制冷制热系统，为用户供冷供热；熔融碳酸盐燃料电池系统发电过程中产生的阴极侧尾气通入气体分离系统，气体分离系统对通入的气体进行分离，分离出的二氧化碳和未参与反应的氧气通过气体分离系统设置的循环气体出口通入熔融碳酸盐燃料电池系统阴极侧进行循环反应；气体分离系统的尾气出口与制冷制热系统连接，将部分多余的气体以及可能存在的氢气气体通入制冷制热系统，通过换热制冷装置为用户供冷供热。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过光伏发电、制氢与燃料电池的结合，将光伏发电转换为氢能并利用，解决了光伏发电就地消纳的问题，提高了弃光的利用率，可以同时为用户提供冷热电三种形式能源。

本发明利用熔融碳酸盐燃料电池与光伏可再生能源的集合进行高效发电，提高熔融碳酸盐燃料电池系统的利用方式和应用领域。

本发明对熔融碳酸盐燃料电池系统发电后产生的高温尾气进行处理后，通入制冷制热系统，通过换热制冷装置为用户供冷供热，实现了高温尾气二次利用，减少了高温尾气向空气中的排放量，还对能源进行了充分的利用。

本发明将熔融碳酸盐燃料电池系统尾气通入气体分离系统，分离出的二氧化碳气体通入熔融碳酸盐燃料电池系统阴极侧循环反应，剩余尾气通入制冷制热系统为用户提供冷热能源，实现了二氧化碳的循环利用，减少了二氧化碳排放，得到一种绿色环保的供能方式。

附图说明

图1是光伏耦合熔融碳酸盐燃料电池冷热电系统。

具体实施方式

本发明提供的光伏耦合熔融碳酸盐燃料电池冷热电系统，包括光伏发电系统、熔融碳酸盐燃料电池系统和制冷制热系统，光伏发电系统与熔融碳酸盐燃料电池系统通过气体系统连接，气体系统用于为熔融碳酸盐燃料电池系统提供反应所需气体，熔融碳酸盐燃料电池系统用于为用户供电；熔融碳酸盐燃料电池系统阳极侧尾气输出端连接催化燃烧系统，催化燃烧系统尾气出口连接气体分离系统，催化燃烧系统的供能出口与制冷制热系统连接，用于将催化燃烧产生的气体余热导入制冷制热系统为用户供冷供热；熔融碳酸盐燃料电池系统阴极侧尾气输出端连接气体分离系统，气体分离系统尾气出口连接制冷制热系统，制冷制热系统用于为用户供冷供热。

进一步的，气体系统包括储能系统和制氢系统，光伏发电系统连接储能系统，储能系统用于存储光伏发电系统产生的电能，储能系统的输出端连接制氢系统，用于为制氢系统提供电能；制氢系统用于电解制得氢气和氧气，且制氢系统设置有氢气出口和氧气出口，氢气出口与熔融碳酸盐燃料电池系统的阳极侧连通，氧气出口与熔融碳酸盐燃料电池系统的阴极侧连通；制氢系统的氧气出口还连接有催化燃烧系统，用于将氧气通入催化燃烧系统与熔融碳酸盐燃料电池系统的阳极侧尾气中未参与反应的氢气进行催化燃烧反应。

进一步的，气体分离系统还设置有循环气体出口，循环气体出口与熔融碳酸盐燃料电池系统的阴极侧连接，用于将分离出的可循环气体通入熔融碳酸盐燃料电池系统的阴极侧进行循环反应；所述可循环气体为所述气体分离系统分离出的二氧化碳和未参与反应的氧气。

进一步的，熔融碳酸盐燃料电池系统的阳极侧通入氮气或二氧化碳，用于防止燃料电池发电过程中温度过高；熔融碳酸盐燃料电池系统工作温度为650℃，储能系统对熔融碳酸盐燃料电池系统进行电加热；熔融碳酸盐燃料电池为高温燃料电池或质子交换膜燃料电池。

本发明还提供了上述冷热电系统的供能方法，光伏发电系统与气体系统连接，气体系统与熔融碳酸盐燃料电池发电系统连接，气体系统包括储能系统和制氢系统，光伏发电系统连接储能系统，储能系统的输出端连接制氢系统；制氢系统电解制得氢气和氧气，且制氢系统设置有氢气出口和氧气出口，氢气出口与熔融碳酸盐燃料电池系统的阳极侧连通，熔融碳酸盐燃料电池系统的阳极侧通入氮气或二氧化碳；氧气出口与熔融碳酸盐燃料电池系统的阴极侧和催化燃烧系统连通，熔融碳酸盐燃料电池系统阴极侧通入二氧化碳气体，熔融碳酸盐燃料电池系统进行反应发电为用户提供电能；熔融碳酸盐燃料电池系统发电过程中产生的阳极侧尾气通入催化燃烧系统进行催化燃烧，催化燃烧后的混合气体通入气体分离系统，催化燃烧系统的供能出口与制冷制热系统连接，将催化燃烧产生的气体余热导入制冷制热系统，为用户供冷供热；熔融碳酸盐燃料电池系统发电过程中产生的阴极侧尾气通入气体分离系统，气体分离系统对通入的气体进行分离，分离出的二氧化碳和未参与反应的氧气通过气体分离系统设置的循环气体出口通入熔融碳酸盐燃料电池系统阴极侧进行循环反应；气体分离系统的尾气出口与制冷制热系统连接，将部分多余的气体以及可能存在的氢气气体通入制冷制热系统，通过换热制冷装置为用户供冷供热。

下面结合附图对本发明做详细叙述，光伏太阳能发电系统与气体系统连接，气体系统与熔融碳酸盐燃料电池发电系统连接，气体系统包括储能系统和制氢系统，光伏发电系统连接储能系统，储能系统的输出端连接制氢系统；制氢系统电解制得氢气和氧气，制氢系统设置有氢气出口和氧气出口，氢气出口与熔融碳酸盐燃料电池系统的阳极侧连通，将氢气通入电池系统阳极侧，为防止燃料电池发电过程中温度过高，在电池系统阳极侧接入氮气或二氧化碳；氧气出口与熔融碳酸盐燃料电池系统的阴极侧和催化燃烧系统连通，将氧气通入电池系统的阴极侧和催化燃烧系统，电池系统阴极侧还通入外源二氧化碳气体，熔融碳酸盐燃料电池系统进行反应发电为用户提供电能；熔融碳酸盐燃料电池系统发电过程中产生的阳极侧尾气通入催化燃烧系统，阳极尾气中为参与反应的氢气与通入的氧气进行催化燃烧反应，催化燃烧后得到的混合气体通过催化燃烧系统尾气出口进入气体分离系统，催化燃烧系统的供能出口与制冷制热系统连接，将催化燃烧产生的气体余热导入制冷制热系统，为用户供冷供热；熔融碳酸盐燃料电池系统发电过程中产生的阴极侧尾气通入气体分离系统，气体分离系统对通入的气体进行分离，分离出的二氧化碳和未参与反应的氧气通过气体分离系统设置的循环气体出口通入熔融碳酸盐燃料电池系统阴极侧进行循环反应；气体分离系统的尾气出口与制冷制热系统连接，将部分多余的气体以及可能存在的氢气气体通入制冷制热系统，通过换热制冷装置为用户供冷供热。