[发明专利]基于燃气轮机和固体氧化物燃料电池的混合供能系统

说明书

本发明涉及基于燃气轮机和固体氧化物燃料电池的混合供能系统，属于分布式供能系统领域。该系统包括固体氧化物燃料电池、燃烧室、VM循环热泵等部件。H₂与O₂在固体氧化物燃料电池中发生反应进行发电；同时，以CH₄为主的气体燃料在燃烧室发生富氧燃烧，产生的高温气体进入燃气轮机膨胀做功，使发电机发电；再利用燃气轮机烟气驱动VM循环热泵，在夏季向用户供冷，在冬季向用户供热，并提供用户全年的生活热水负荷。本混合供能系统既可以保证系统电、冷、热用能的需求，又可以使能源得到充分利用。

技术领域

本发明属于分布式供能系统领域，尤其涉及基于燃气轮机和固体氧化物燃料电池的混合供能系统。

背景技术

在所有的燃料电池中，固体氧化物燃料电池的工作温度最高，属于高温燃料电池。近年，分布式电站由于成本低、可维护性高等优点逐渐成为世界能源供应的重要组成部分，而固体氧化物燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组成的联合发电系统，不但具有较高的发电效率(可达70％)，还具有低污染的环境效益，非常适用于分布式发电。

但是，固体氧化物燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组成的联合发电系统的排烟温度在800℃左右，直接排走造成极大的能源浪费。

为了实现排烟热量的梯级利用，选用VM循环热泵作为冷热生产设备。VM循环热泵的热源可以是传统的化石能源，也可以是太阳能、生物质能等新能源，配合新能源的开发更是具有重要的节能减排意义，相比其他供暖/制冷设备，VM循环热泵具有明显的社会经济性和环保性优势。

发明内容

针对上述存在的问题和现象，本发明提供基于燃气轮机和固体氧化物燃料电池的混合供能系统，旨在通过并联系统提高系统运行效率，实现能源梯级利用。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于燃气轮机和固体氧化物燃料电池的混合供能系统，包括：

压气机：其配置为将空气进行压缩；

空气分离器：其配置为对空气进行分离；

燃料预热器：其配置为对燃料进行加热；

气体预热器：其配置为对O₂进行加热；

重整器：其配置为将预热后的燃料进行重整，以产生固体氧化物燃料电池阳极所需的氢；

固体氧化物燃料电池：其配置为发生电化学反应产生电能；

燃烧室：其配置为发生富氧燃烧，产生高温气体；

燃气轮机：其配置为将高温气体的热能转换为机械能；

发电机：其配置为将机械能转变为电能；

VM循环热泵：其配置为将蒸汽的低温热源转移到高温热源，进行制冷和供暖，满足用户用能需求；

换热器I：其配置为将VM循环热泵热腔的热流体热量传递给冷流体；

换热器II：其配置为将VM循环热泵室温腔的热流体热量传递给冷流体；

换热器III：其配置为将VM循环热泵冷腔的冷流体冷量传递给热流体。

上述的基于燃气轮机和熔融碳酸盐燃料电池的混合供能系统，其中，所述的空气分离器的产物是O₂和N₂产品。

上述的基于燃气轮机和熔融碳酸盐燃料电池的混合供能系统，其中，所述的燃料预热器加热热源是燃气轮机的高温烟气。

上述的基于燃气轮机和熔融碳酸盐燃料电池的混合供能系统，其中，所述的气体预热器的加热热源是燃气轮机的高温烟气。