[发明专利]一种固体氧化物燃料电池与燃气轮机组成的动力系统

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池与燃气轮机组成的动力系统，包括中冷回热燃气轮机和超临界制冷剂朗肯循环系统。既可用于大中型集中式发电，也适用于中小型分布式发电以及各种交通工具，比单独的固体氧化物燃料电池或者燃气轮机具备更高的发电效率，也具备超低污染物排放、部分负荷性能好、变负荷迅速的优点，是未来非常有竞争力的动力系统，能满足碳中和时代对动力系统的各种要求。

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池与燃气轮机、超临界制冷剂朗肯循环组成的动力系统。

背景技术

英国人瓦特在18世纪改进了纽可门蒸汽机，大幅提升了热机效率，在煤炭工业的配合下促进了第一次工业革命。德国人奥托、狄赛尔在19世纪相继发明了汽油机、柴油机，开启了内燃机时代，并在石油天然气工业的配合下启动了第二次工业革命。与此同时，以蒸汽为工质的蒸汽机也由活塞式进化为转动式的蒸汽轮机，电力也得到了广泛应用。从20世纪开始，燃气轮机这种同样以烟气为工质的转动式设备开始展现出对活塞式内燃机的一些优势，并在航空和发电领域获得了广泛应用，但是并没有像蒸汽轮机取代蒸汽机那样彻底取代活塞式内燃机，后者至今仍是陆地、海上交通动力装置的绝对主力。几十年来燃气轮机在陆地交通方向的努力是失败的，在船舶动力方面也仅仅应用于少数军用舰船上。在陆上发电领域，燃气轮机还是要与以蒸汽为工质的蒸汽轮机配合形成燃气-蒸汽联合循环，其在部分负荷下的效率以及变负荷速率方面难以满足可再生能源的调控需求。虽然人类在其他领域诸如原子能、半导体、互联网等领域取得了长足进展并且声称进入了第三次甚至第四次工业革命，但是在动力领域依然处于第二次工业革命的末期。下一次动力装置的革命必须满足以下条件：使用氢气、甲醇、液氨、生物柴油等碳中和燃料并且大气污染物排放量极低；可与锂/钠电池配合实现交通工具的电气化；效率明显超越活塞式内燃机并且具备快速的变负荷能力；制造材料需易于取得，可保证大规模量产带来的规模效应；系统规模涵盖范围广，从乘用车到卡车、分布式发电站乃至大型船舶和中大型火力发电厂都可以得到应用。

发明内容

本发明的目的是解决背景技术中存在的问题，提供一种固体氧化物燃料电池与燃气轮机、超临界制冷剂朗肯循环组成的动力系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种固体氧化物燃料电池与燃气轮机组成的动力系统，包括中冷回热燃气轮机和超临界制冷剂朗肯循环系统；

所述的中冷回热燃气轮机包括：

第一固体氧化物燃料电池和第二固体氧化物燃料电池；

通过制冷剂工作流体冷却压缩空气的第一中冷器、第二中冷器；

一压缩机，所述压缩机的压气机部分由第一中冷器、第二中冷器隔开；

通过燃烧燃料或催化反应来加热压缩气体的第一燃烧器和第二燃烧器；

用于产生输出功率的第一制冷剂流体涡轮和第二制冷剂流体涡轮；

燃机主回热器，在进入燃烧器/加热器之前加热压缩空气；

所述的超临界制冷剂朗肯循环系统包括：

用于将超临界制冷剂流体预热并加热到临界温度以上的第一烟道气体热交换器和第二烟道气体热交换器；

通过制冷剂流体膨胀产生输出功率的一或多个制冷剂流体涡轮机；

将汽态流体冷凝成液态或冷却超临界态的制冷剂的冷凝器；

将制冷剂流体加压到临界压力以上的压力泵；

用于回收制冷剂涡轮机排出废热的制冷剂回热器。

作为优选，所述的制冷剂流体涡轮机为两个，分别为第一制冷剂流体涡轮和第二制冷剂流体涡轮。

作为优选，第一烟道气体热交换器即制冷剂流体加热器，第二烟道气体热交换器即制冷剂流体预热器。