[发明专利]一种固体氧化物燃料电池混合储能发电系统

说明书

一种固体氧化物燃料电池混合储能发电系统，属于储能发电技术领域。其特征在于，包括储能子系统、储热子系统、固体氧化物燃料电池发电子系统、透平发电子系统；利用电网低谷电能储存液态空气、液态氧气、液态氮气；利用氧气作为燃料电池的阳极气体，增加了氧气分压力，改善了燃料电池性能；利用采用“高温燃气预热”与“电预热”两种预热方式为燃料电池预热，有效缩短燃料电池启动时间；利用液态空气储罐(6)中未液化空气的冷量对运行中的固体氧化物燃料电池(11)进行热管理，防止燃料电池运行超温；本系统具有储能密度大，功率密度高、运行模式灵活、对工程地址条件要求低的特点。

技术领域

本发明涉及储能发电的技术，特别涉及一种固体氧化物燃料电池混合储能发电系统，属于储能发电技术领域。

背景技术

可再生能源发电的间歇性与不稳定性，严重影响着电网的安全与经济运行，采用电力储能技术是解决上述问题的有效方法。

固体氧化物燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的装置，具有功率密度大，能量转换率高、无污染、噪音低、能适应不同功率要求等特点，是目前最具潜力的发电方式之一。但是固体氧化物燃料电池受电解质材料所限，须在高温的条件下工作，导致燃料电池启动速度慢，通常需要较长的启动时间，因此启动时间过长是固体氧化物燃料电池的主要缺点之一。在不同燃料电池中，氧气以及燃料分压力越高，电转化效率就越高。所以，为固体氧化物燃料电池提供高压氧气以及高压燃料均可有效的提高燃料电池的电转化效率，改善燃料电池的性能。

专利(申请公布号：CN 108386344 A)提出了一种燃料电池和压缩空气储能耦合的发电储能系统及控制方法，其特点是将压缩空气系统中高压清洁空气作为固体氧化物燃料电池的阳极气体，利用了固体氧化物燃料电池和压缩空气储能在功能上的互补性将两系统耦合，实现储能发电的功能。但是该系统并没有解决燃料电池启动时间长的问题，同时还具有储能密度较小以及储气室容积大等缺点。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提出一种固体氧化物燃料电池混合储能发电系统，即在用电低谷时利用电网低谷负荷电能压缩储存液态空气和液态氧气，在用电高峰时释放高压氧气以及富氢气体供给固体氧化物燃料电池及透平发电。本系统不仅改善了固体氧化物燃料电池系统的性能，还缩短了固体氧化物燃料电池的启动时间，具有储能密度大，功率密度高、运行模式灵活、对工程地址条件要求低的特点。

本发明的技术方案如下。

一种固体氧化物燃料电池混合储能发电系统，其特征在于，所述系统包括储能子系统、储热子系统、固体氧化物燃料电池发电子系统、透平发电子系统。

所述储能子系统包括压气机组、蓄冷装置、膨胀阀、液态空气储罐、空分装置、液氮储罐、液氧储罐、电动机以及相应阀门和管道。

所述储热子系统包括冷水罐、热水罐、空气-水换热器、氧气-水换热器以及相关阀门和管道等。

所述燃料电池子系统包括燃料储罐、固体氧化物燃料电池本体、低温泵、燃料预热器、氧气预热器、燃料电池预热器、燃料电池冷却器、电预热装置、整流装置以及相关阀门和管道。

所述透平发电子系统包括燃烧室、透平、发电机、低温泵及相关阀门与管道。

其中，所述储能子系统中电动机与压气机组通过传动轴连接；压气机间设有级间换热器；压气机的排气口通过阀门及管道分别与级后换热器、蓄冷装置与膨胀阀入口连接；膨胀阀的出口分为两个支路，一条支路与液态空气储罐入口连接，另一条支路与空分装置入口连接；空分装置包括两个出口，一个出口与液氮储罐入口连接，另一个出口与液氧储罐入口连接。

其中，所述储热子系统中冷水罐的出口与压气机组的级间换热器和级后换热器的水侧入口连接，级间换热器和级后换热器的水侧出口汇合后与热水罐入口连接，热水罐出口分为两条支路，一条支路与氧气-水换热器水侧入口连接，另一条支路与空气-水换热器水侧入口连接，氧气-水换热器和空气-水换热器的水侧出口汇合后与冷水罐入口连接。