[实用新型]一种热电氢多联供装置

说明书

一种基于太阳能的热电氢多联供系统，包括碟式太阳能聚光器、固体氧化物电解槽、质子交换膜燃料电池、双级朗肯循环、换热器，加湿器、冷水水箱、热水水箱，所述固体氧化物电解槽为固体氧化物电解电堆，所述质子交换膜燃料电池为质子交换膜燃料电池电堆，所述双级朗肯循环为高温朗肯循环和低温朗肯循环的联合使用，主要包括换热器、泵、冷凝器、透平、闪蒸器。基于太阳能的热电氢多联供系统，利用碟式太阳能聚光器以太阳能作为驱动热源，通过朗肯循环、水电解及燃料电池发电技术，为用户提供不间断电力、采暖及热水，实现对太阳能的清洁高效利用。本发明适用于分布式能源系统，在满足用户对多种能源的需求的同时，进一步提升了联供系统的利用率。

技术领域

本发明涉及热电氢联供系统，特别是涉及一种基于太阳能的热电氢多联供系统。

背景技术

随着能源需求急剧增加，寻找替代化石燃料的可再生能源、提升能量利用效率、减少环境污染已成为当前的研究重点。太阳能作为一种应用广泛、环境清洁和友好的可再生能源，在可持续发展中起着重要作用。太阳能发电在电力装机结构和一次能源生产中的比重逐年升高。但是，太阳能受到时间、气候的影响，通过超级电容和蓄电池进行电能存储，在全生命周期内能量密度低，成本高，同时所产生的电能不能全部利用。氢是一种能量密度高，清洁无污染，易存储和运输的可再生能源，是当前最具有发展潜力的能源载体。水电解制氢是一种通过电解槽发生化学反应将水直接转化为氢和氧的清洁制氢技术，但是电解所需的电通过化石燃料产生时，会造成环境污染，且为不可持续的能源。

电解槽的种类主要包括质子交换膜电解槽、碱性电解槽、固体氧化电解槽等。目前电解制氢系统多采用低温的质子交换膜电解槽，电解效率不高，高温固体氧化物电解槽的电解效率高，高温运行情况下能有效的降低水电解过程中所需的电能。

发明内容

针对分布式能源系统对热、电、氢的需求，本发明的目的在于提供一种基于太阳能的多联供系统，在满足用户多种用能需求的同时，将电解制氢与太阳能发电技术相结合，可将太阳能转化为氢气并存储，是一种高效的能量转换技术。同时结合燃料电池的高发电效率、高能量密度特点，可实现太阳能的高效利用，对提高减少环境污染具有良好效果。提高能源利用率，减少环境污染。

碟式太阳能聚光器的集热温度能够达到800℃～1000℃，能够满足固体氧化物电解槽高温运行的条件，降低水电解所消耗的电能。本系统解决了太阳能废电问题，提高了太阳能利用率，实现24小时不间断的热电联供。

本发明采用的技术方案是：一种基于太阳能的热电氢多联供系统，包括碟式太阳能聚光器、固体氧化物电解槽、双级朗肯循环、质子交换膜燃料电池、加湿器、换热器、热水水箱、冷水水箱。所述的碟式太阳能聚光器吸收太阳能用于电解水的加热和双级朗肯循环(水和 R601)热发电；所述的双级朗肯循环产生的电，一部分用于供给负载，另一部分用于固体氧化物电解槽电解制氢；所述的冷水水箱的出口分为两部分，一部分通入换热器吸收质子交换膜燃料电池发电过程中产生的余热并进入热水水箱，另一部分作为冷凝工质，回收双级朗肯循环过程中产生的废热并进入热水水箱；所述热水水箱收集的热水有两部分用途：一是作为热源，用于供热，二是为电解槽提供电解水；所述的固体氧化物电解槽为固体氧化物电解电堆，热水水箱提供的热水经过换热器加热后进入电解电堆，在电能的作用下发生电化学反应，分解为氧气和氢气进行存储，同时在来自冷水水箱的冷却水的作用下降低气体存储的温度和回收未分解的水蒸汽进入热水水箱；所述的质子交换膜燃料电池为质子交换膜燃料电池电堆，氢气和氧气经过加湿器的加热加湿进入电堆发生电化学反应，产生电、水和余热，余热被堆的循环冷却水回收，进入加湿器用于进气气体的加热加湿，进一步与换热器进行换热。

本发明的碟式太阳能聚光器主要包括三个部件：集热器、聚光反射器、支架结构。具体的工作原理：借助聚光反射器将太阳辐射能聚焦反射到位于焦点位置的集热器上，集热器吸收这部分辐射能并将其转化为热能直接利用。