[发明专利]基于SOFC的电力生成和输送系统及其操作方法

说明书

本发明题为“基于SOFC的电力生成和输送系统及其操作方法”。用于工业设施(102)的电力系统(100)包括混合固体氧化物燃料电池(HSOFC)系统(120)，其耦合到至少一个DC负载(106)和至少一个AC负载(112)。至少一个DC负载定义DC电力需求值，以及至少一个AC负载定义AC电力需求值。DC电力需求值和AC电力需求值定义电力需求比。HSOFC系统配置成具有对电力需求比基本补足的电力生成比地生成DC电力并且生成AC电力。

技术领域

一般来说，本公开的领域涉及电力生成系统，以及更具体来说，涉及基于固体氧化物燃料电池的电力生成系统及关联电力输送系统。

背景技术

燃料电池是机电能量转换装置，其表明电力生成中的较高效率和低污染。燃料电池一般提供直流(DC)电力，其可通过例如逆变器来转换成交流(AC)电力。DC或AC电力能够用来向马达、灯以及任何数量的电气装置和系统供电。某些燃料电池、例如固体氧化物燃料电池(SOFC)可在大规模电力系统(其提供电力以满足工业和市政需要)中进行操作。

燃料电池通过电化学地组合跨离子导电层的燃料和氧化剂来产生电力。燃料电池通常在燃料电池的组合件(燃料电池)中电串联积聚，以产生有用电压或电流的电力。一般来说，燃料电池的组件包括电解质和两个电极、即阳极和阴极。产生电力的反应一般在电极发生。电解质将带电粒子从一个电极传送到另一个电极。通常，燃料电池将氢(燃料)和氧(氧化剂)转换为水(副产品)，以生成DC电力。水副产品可在高温操作中作为蒸汽离开燃料电池。这个排出蒸汽(以及其他热排放成分)可在涡轮机和其他应用中用来生成附加电力、通常为AC电力，由此提供电力生成的增加效率。

在至少一些用于工业设施的已知电力生成系统中，DC电力全部转换为AC电力，并且与二次电力生成过程所生成的AC电力相结合。另外，来自电力网的AC电力可用作全职支持电源或者非经常的备用电源。组合AC电力然后在整个工业设施来分配。对于要求可靠DC电力源的关键过程应用，组合AC电力的一部分通常通过多级转换过程来转换成DC电力。这个多级转换过程常常包括集成不间断电源技术和DC电压调节。这个转换级增加系统损耗，降低系统可靠性，并且要求广泛的冷却供应。另外，这类装备要求用于构造和操作的大量资本支出以及用于预防和校正维护的操作和维护(O&M)开支。

发明内容

在一个方面，提供一种用于工业设施的电力系统。该电力系统包括混合固体氧化物燃料电池(HSOFC)系统，其耦合到至少一个DC负载并且耦合到至少一个AC负载。至少一个DC负载定义DC电力需求值，以及至少一个AC负载定义AC电力需求值。DC电力需求值和AC电力需求值定义电力需求比。HSOFC系统配置成具有对电力需求比基本补足的电力生成比地生成DC电力并且生成AC电力。

在另一方面，提供一种操作用于工业设施的电力系统的方法。该电力系统包括混合固体燃料氧化物燃料电池(HSOFC)系统，其配置成生成直流(DC)电力，并且生成具有预定电力生成比的交流(AC)电力。该方法包括向至少一个DC负载传送DC电力的预定值。至少一个DC负载定义DC电力需求值。该方法还包括向至少一个AC负载传送AC电力的预定值。至少一个AC负载定义AC电力需求值。DC电力需求值和AC电力需求值定义电力需求比。该方法还包括采用HSOFC系统来生成DC电力和AC电力，使得电力生成比对电力需求比的基本补足。

在另一方面，提供一种工业设施。该工业设施包括：直流(DC)电力系统，耦合到至少一个DC负载；以及DC导体，耦合到至少一个DC负载。至少一个DC负载定义DC电力需求值。该工业设施还包括：交流(AC)电力系统，耦合到至少一个AC负载；以及AC导体，耦合到至少一个AC负载。至少一个AC负载定义AC电力需求值。DC电力需求值和AC电力需求值定义电力需求比。该工业设施还包括混合固体氧化物燃料电池(HSOFC)系统，其耦合到至少一个DC负载并且耦合到至少一个AC负载。HSOFC系统配置成具有对电力需求比基本补足的电力生成比地生成DC电力并且生成AC电力。