[发明专利]一种燃料电池冷热电联产系统运行控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种燃料电池冷热电联产系统运行控制方法及装置，该系统由燃料电池热电联产单元、供氢系统、热水罐储热单元、吸收式制冷机、需求预测器、运行控制器、热能输配控制器以及能量计量装置组成。该系统运行控制的方法结合用能预测制定系统中各设备运行策略，在实际运行中对系统中各设备实际出力及状态进行实时监控，并及时调整运行策略，实现燃料电池冷热电联产系统的协同供电、热、冷。该装置由需求预测器、运行控制器、热能输配控制器组成，以实现上述方法。

技术领域

本发明属于多能源系统技术领域，具体涉及一种燃料电池冷热电联产系统运行控制方法及 装置。

背景技术

人类历史上每一次能源利用的里程碑式发展，都会开启一个新的时代。从木柴到煤炭再到 石油，人类文明也随之飞速进步，同时也越来越离不开能源。而目前煤炭和石油等石化能源正 面临着枯竭，碳排放带来的环境问题和全球气候变暖正在不断吞噬人类的生存环境，人类文明 又将面临一个重大的转折。未来能源的选择，高效、清洁和可持续是要素，其中高效是必要条 件。高效就意味着能量密度高，寻踪能源发展史不难发现每次能源的更迭都是在向更高的能量 密度发展。氢气是常见燃料中热值最高的，约是石油的三倍，煤炭的5倍。同时氢气的供能方 式主要是和氧气反应生成水释放化学能，其产物除了水，无其他中间产物，整个功能过程无浪 费、零污染，供能过程非常清洁。此外，氢元素是宇宙储量最丰富的，大储量保证其作为能源 供给的可持续性。因此高效、清洁、可持续的氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源， 并且将极大概率的成为人类的终极能源。

燃料电池与普通电池一样，将化学能转化成电能。但与普通电池不同，它借助燃料和氧化 剂可以持续产生直流电。因此，燃料电池并非储能电池，而是一个小型“发电厂”。燃料电池是 是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料如氢气、天然气等和氧化剂中的化学能直 接转化为电能的高效发电装置。燃料电池可以持续发电，且生成物主要是水，基本上不排放有 害气体，因此更加清洁环保。

目前燃料电池的运用主要有便携式领域、固定电源领域和汽车三个方面。便携式燃料电池 是可随身携带的发电装置，这种装置可以内嵌在设备中，也可以作为移动电源携带，与目前电 子设备中所用的电池具有相似的功能，但能够提供的能量范围更广。而固定电源燃料电池则不 可移动，与发电站或发电机功能类似。这种燃料电池可以采用各种燃料电池技术，并且可以提 供的能量范围更广。

固定电源应用是氢能应用目前最大的市场，它包括所有的在固定的位置运行的作为主电 源、备用电源或者热电联产的燃料电池，比如分布式发电及余热供热等。固定电源燃料电池被 用于商业、工业及住宅主要和备份能发电，它还可以作为动力源可以安装在片源远位置，如航 天器、远端气象站、大型公园及游乐园、通讯中心、农村及偏远地带，对于一些科学研究站和 某些军事应用非常重要。固定电源应用在燃料电池主流应用中占比最大，其中美国市场目渗透 率略高，大型企业的数据中心使用量呈较明显的上升趋势。除用于发电之外，热电联产燃料电 池系统还可以同时为工业或家庭供电和供热，其中日本已经将热电联产的家用燃料电池系统推 广进千家万户。自2009年上市以来，到2016年底已累计销售19.6万台。市场销售目标到2020 年达到140万台，2030年达到530万台。

基于燃料电池的固定电源应用，基于水冷式燃料电池的热电联产系统也有所应用，以满足 用户的热需求。考虑到季节原因，热需求在炎热季节并不明显，而冷需求则较为突出。为在全 季节充分利用燃料电池所产生的热能，将燃料电池热电联产系统与吸收式制冷机整合而成的燃 料电池冷热电联产系统也应运而生。由于吸收式制冷机需要利用燃料电池所产生的热能制冷， 而燃料电池与吸收式制冷机所需的开关机时间差距较大，该冷热电联产系统的协同运行产能存 在一定困难。需要对二者的开关机及运行进行协同控制。此外，由于该系统中包含氢、电、热、 冷多种能源以及包括储能设备在内的多种设备，对该系统的运行进行优化控制是必要的。