[发明专利]生物基固体氧化物燃料电池与地源热泵耦合系统

说明书

本发明涉及一种生物基固体氧化物燃料电池与地源热泵耦合系统。其包括依次连接的生物质气化子系统、燃料电池发电子系统与余热利用子系统；生物质气化子系统包括依次串联的生物质供给单元、生物质气化单元、换热反馈单元、合成气清洁装置；换热反馈单元上通过管路反作用于生物质供给单元和生物质气化单元；燃料电池发电子系统包括依次串联的预热换热单元、燃料电池和余热锅炉，余热锅炉的出口与预热换热单元上的热流进口相连，预热换热单元上的冷流出口与燃料电池的进口相连；余热利用子系统包括依次连接的热源换热单元和地源热泵。换热反馈单元、预热单元、热源换热单元的设置都起到了对能源的多级利用，提升了整个系统的能源利用率。

技术领域

本发明涉及能源领域，尤其涉及一种生物基固体氧化物燃料电池与地源热泵耦合系统。

背景技术

农村能源消费是国家能源消费中的主要组成部分，因此农村能源结构转型是实现国家能源结构转型的重要环节。农业废弃物作为重要的可再生能源，如何妥善处理是一项急需解决的问题。

然而，目前利用生物质直接燃烧作为分布式能源系统的能量输入，系统的能源效率较低，并且会造成碳排放。由于目前大部分的分布式能源系统采用燃气轮机或内燃机作为原动机，然而内燃机和燃气轮机的发电效率相较燃料电池低。

另外，除了生物质外，农村地区同样蕴藏十分丰富的其他种类可再生能源，如太阳能、地热能和风能等。在现有开发利用的可再生能源中，地热能由于其不受季节环境影响的稳定性能而受到越来越多的关注，然而地源热泵系统长期运行，必然会带来土壤的冷热失衡。这种问题目前的主要解决方法是增加热回收或者增加冷却塔，这些被动式平衡方法并不能从根本上解决问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种生物基固体氧化物燃料电池与地源热泵耦合系统旨在解决现有的分布式能源系统能源利用率低以及地源热泵在长期运行中造成的土壤冷热失衡的问题。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本发明的生物基固体氧化物燃料电池与地源热泵耦合系统，所述生物基固体氧化物燃料电池与地源热泵耦合系统包括依次连接的生物质气化子系统、燃料电池发电子系统与余热利用子系统；

其中，所述生物质气化子系统包括依次串联的生物质供给单元、生物质气化单元、换热反馈单元、合成气清洁装置；所述换热反馈单元上的冷流空气出口与所述生物质供给单元上的空气反馈口相连，所述换热反馈单元上的冷流水出口与所述生物质气化单元上的水蒸气反馈口相连，所述换热反馈单元上的冷流氧气出口与所述生物质气化单元上的氧气反馈口相连；

所述燃料电池发电子系统包括依次串联的预热换热单元、燃料电池和余热锅炉，所述合成气清洁装置的出口与所述预热换热单元的冷流进口相连，所述余热锅炉的出口与所述预热换热单元上的热流进口相连，所述预热换热单元上的冷流出口与所述燃料电池的进口相连；

所述余热利用子系统包括依次连接的热源换热单元和地源热泵，所述预热换热单元上的热流出口与所述热源换热单元的热流进口相连。

所述生物质供给单元包括干燥机和粉碎器，所述干燥机的出口与所述粉碎器的进口相连，所述粉碎器的出口与所述生物质气化单元的进口相连；所述生物质供给单元上的空气反馈口开设在所述干燥机上。

优选地，所述生物质气化单元包括流化床气化炉和除尘装置，所述流化床气化炉的进口与所述粉碎器的出口相连，所述流化床气化炉的出口与所述除尘装置的进口相连，所述除尘装置的出口与所述换热反馈单元上的热流进口相连；所述生物质气化单元上的氧气反馈口和所述水蒸气反馈口开设在所述流化床气化炉上。