[发明专利]一种零排放船用冷热电联供机组及其使用方法

说明书

本发明公开了一种零排放船用冷热电联供机组及其使用方法，包括燃料电池电堆模组、燃烧室、重整室、空气预热室、空气鼓风机、蒸汽发生器、脱硫室、蓄电池、回热室、水箱、直流变换器等；空气预热室分别与空气过滤装置、重整室及电堆模组阴极入口连接；重整室分别与脱硫室及电堆模组阳极入口连接；燃烧室入口分别与电堆模组阴极与阳极出口、过滤装置、预混气化室连接；燃烧室出口与空气预热室连接；蒸汽发生器分别与预混气化室及回热室连接；还包括尾气气液分离器、尾气捕捉与封存舱、船舶充电储能装置及用电装置控制柜等；本发明的机组具有无碳排放、燃料多样性广、发电效率高、燃料冷热电联供能量综合利用率高、经济性好等优点。

技术领域

本领域属于船舶清洁能源燃料电池技术节能减排领域，更具体地涉及一种高效零排放船用多燃料固体氧化物燃料电池冷热电联供机组，以及其使用方法。

背景技术

船舶传统发电机组主要为内燃机（如柴油机、燃气轮机等），具有发电效率低、污染大、维修繁琐、燃料经济性差等固有缺点，已然很难继续满足我国新时代船舶面向“高效、低碳、低排放、清洁燃料、智能化”的建设要求，急需开展船用新型高效、安静、清洁的发电技术。

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种通过电化学反应直接将存储在燃料中的化学能直接转换成电能的发电装置，具有燃料适应性广（氢气、氨气、碳氢液体/气体、燃油等）、发电效率高（50～65%）、振动噪声低（39～68dBA）、排放低、成本低（不使用贵金属Pt）、寿命长（可达100000h+）、全固态结构、模块灵活组合（kW至MW级）等固有特性，且尾气余热高、可与燃气轮机GT或蒸汽机联合发电实现能量综合利用率高达80～95%。同时，固体氧化物燃料电池系统可在不改变我国船舶现有燃料补给供应体系与基础设施前提下，实现我国船舶节能减排，有效提升我国绿色船舶建设与领域竞争力。

随着我国对新能源技术发展的大力扶持，常规实现船舶节能减排的技术有：太阳能/风能、锂离子储能系统、燃料电池发电系统等。

然而对于大型船舶（如运输船、LNG船、油船、集装箱船、散货运输船、国际邮轮、极地科考船、远洋船、起重船、海洋开发船、冷藏船等众多船型领域），太阳能/风能因效率低，不适合在船舶上大量应用；锂离子储能系统存在续航短、自身重量大等缺点，无法大规模应用。对于燃料电池技术，以质子交换膜燃料电池及固体氧化物燃料电池技术最为具有船舶应用潜力，并已在国外相关船舶行业实现了示范运行。但因质子交换膜燃料电池只能使用高纯氢气，在氢气制备、存储、运输等方面存在成本大、安全性差等问题；若使用碳氢燃料如甲醇、天然气等，质子交换膜燃料电池发电效率仅有35～40%，且余热利用低，导致经济性差、安全性亦有待提高。

而固体氧化物燃料电池燃料多样性广，可使用富氢气类（含纯氢、副产氢等）、碳氢气体/液体燃料类（如：沼气、液化天然气、液化石油气、醇类液体、燃油等）、氨类液体类（如氨水、氨气等）。不论使用何种燃料类型，其发电效率均达50～65%，余热品质高、能量综合利用率达80～95%，可直接利用现有船舶燃料供应体系实现节能减排达50～70%。

发明内容

本发明针对固体氧化物燃料电池的优势，提供一种高效零排放船用多燃料固体氧化物燃料电池冷热电联供机组，以及其使用方法。