[发明专利]基于光伏与固体氧化物燃料电池的燃料制备系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于光伏与固体氧化物燃料电池的燃料制备系统及方法。燃料制备系统包括用于制备燃料的第一反应系统、燃料电池系统、第一送气系统、第二送气系统以及第一收集系统；所述第一送气系统的进气口与用于制备第一气体的第二反应系统连通，所述第二反应系统包括电解池以及用于向所述电解池提供电能的光伏电站。本发明利用光伏电站过剩的电量电解水，氢气供给固体氧化物燃料电池发电。同时，利用固体氧化物燃料电池发电过程中产生的热量及尾气中的氢气制备甲醇。本发明解决了光伏电池夜晚不能供电的问题，制备生成了广泛使用的、便于储运的甲醇及氧气。

技术领域

本发明涉及光伏制氢、氢燃料电池发电和甲醇制备装置，特别涉及基于光伏与固体氧化物燃料电池的燃料制备系统及方法。

背景技术

近年来，随着经济社会科技的高速发展，能源枯竭和环境压力的持续加重，人们急切的寻求一种环境友好、高效的能源。基于这种情况，太阳能由于其具有丰富、清洁、可再生等优点，近年来受到了国内外的广泛关注，被视为未来能源的主力军。随着光伏产业的规模急剧扩大，光伏电站产生的能量过剩已成基本事实。而太阳能作为一种间隙性，波动性的能源，解决其存储问题是解决光伏电站能量过剩问题必要的环节。关于储能，主要包括有蓄电池储能、超导储能、飞轮储能、超级电容储能等多种方式，但目前主要使用的光伏发电储能的方式还是蓄电池储能。若采用蓄电池储能方式将光伏电站过剩的能量储存，不仅需要的蓄电池数量较大，而且2～3年蓄电池报废后的回收处理更是一大难题。因此，需要另辟蹊径，找到一种能量密度高、体积小、重量轻、寿命长的新型储能方式。

近年来，由于氢能领域中制氢技术和储氢技术的进展和固体氧化物燃料电池技术的突破，这种突破为解决光伏发电系统对蓄电池的依赖和光伏发电系统的不稳定性提供了新途径，因此研发太阳能制氢–固体氧化物燃料电池供电集成系统已成为可能。这个系统以制氢储能代替当前常用的蓄电池储能环节，消除了光伏发电对蓄电池的依赖和电池对环境的污染，同时通过燃料电池提供稳定的电源，克服了光伏发电系统的不稳定性。

燃料电池作为一种将燃料的化学能转化成为电能的电化学装置，相较于传统的火力发电而言，具有效率高、排放出的有害气体极少和没有噪声污染等优点。而固体氧化物燃料电池(SOFC)属于第三代的燃料电池，具有较高的能量转换效率。在所有燃料电池中，SOFC的工作温度较高，一般可达600～800℃，充分利用SOFC的余热，对提高能量利用效率非常重要。在工作过程中，燃料电池的燃料利用率约为60-70％，这就意味着燃料电池的尾气中包含大量的残余氢气，充分使用这部分残余燃料，是提高系统能源利用率的有效途径。

近年来，苏黎世联邦理工学院的科学家发明了一种新型的催化剂：氧化铟，使充分利用固体氧化物燃料电池尾气中的残余氢气和余热成为可能。氧化铟作为一种新型催化剂，可以有效的将二氧化碳和氢气在300℃的温度下转化为甲醇，一种新型的甲醇制备装置也因此被提出。这种装置通过回收固体氧化物燃料电池中的残余氢气，在利用燃料电池在发电过程中产生的热量的条件下，与二氧化碳反应的方式生成甲醇，从而进一步的提高装置的能源利用率，增加装置的经济效率。

公开号CN 207009561 U的专利，是一种基于太阳能光伏制氢的氢燃料电池系统，能够根据不同的光照情况选择对应的工作模式，克服了系统对常规能源的依赖，将光伏发电技术和燃料电池技术有机结合，互为补充并互相依赖，不仅实现了光伏-电池联合供电，而且保证了能源的可靠性。但该系统燃料电池尾气中残余的燃料和发电过程中产生的热量未能妥善利用，系统的成本相对较高，能源利用率较差，一定程度上造成了能源浪费。

公开号为CN 203608136 A的专利，是一种新型的热电联供系统，构建了一种基于光伏电池和固体氧化物燃料电池的，能够孤网运行的新能源结构的能源系统。但是该系统同样未妥善利用尾气中残余的燃料和发电中产生的热量，依旧存在系统的能源利用率较低、成本较低等缺陷。此外，这种系统实现光伏电池和固体氧化物燃料电池结合的方式对蓄电池依赖较大，这将在一定程度上增加系统经济成本和带来蓄电池报废后难以处理的问题。

发明内容