[发明专利]基于燃气内燃机和燃料电池联供的冷热电综合能源集成系统及工作方法

说明书

本发明涉及一种基于燃气内燃机和燃料电池联供的冷热电综合能源集成系统及工作方法。本发明中的天然气控制模块与燃气内燃机系统连接，天然气控制模块与SOFC燃料电池系统连接，燃气内燃机系统与缸套水控制装置连接，燃气内燃机系统与烟气控制装置连接，燃气内燃机系统与电力变换与供电模块连接，燃料电池系统与缸套水控制装置连接，燃料电池系统与烟气控制装置连接，烟气控制装置与有机朗肯循环发电系统连接，烟气控制装置与烟气热水双效溴化锂系统连接，缸套水控制装置与烟气热水双效溴化锂系统连接，燃料电池系统与电力变换与供电模块连接，电力变换与供电模块与有机朗肯循环发电系统连接。实现了燃气内燃机系统和燃料电池系统的耦合。

技术领域

本发明涉及一种基于燃气内燃机和燃料电池联供的冷热电综合能源集成系统及工作方法，主要应用于商业中心、医院、机场和数据中心等供能场所。

背景技术

燃气分布式能源是指利用天然气为主要燃料，通过冷、热、电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式。而固体氧化物燃料电池（简称SOFC），是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。在所有的燃料电池中，SOFC的工作温度最高，属于高温燃料电池。由于SOFC发电的排气有很高的温度，具有较高的利用价值，可以提供天然气重整所需热量，也可以用来生产蒸汽，更可以和燃气轮机组成联合循环，非常适用于分布式发电。燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组成的联合发电系统不但具有较高的发电效率，同时也具有低污染的环境效益。

有鉴于此，在申请号为CN201711482640.0的专利文献中公开了一种基于分布式电源的微网控制系统，包括相互电性连接分布式电源、低压配电网以及本地负荷，其特征在于，所述分布式电源通过直流母线与低压配电网以及本地负荷相互连接，所述分布式电源与直流母线之间设置有可变直流电压转换装置，所述直流母线与低压配电网以及本地负荷之间设置有交流转换装置，所述交流转换装置包括逆变模块以及用于控制逆变器的中央处理器，所述中央处理器包括用于采集低压配电网信号、逆变信号以及直流信号的信号采集单元、用于控制逆变模块实现交流逆变的逆变控制单元、用于实现孤岛控制的孤岛控制单元以及用于控制直流母线最大输出功率的直流母线控制单元，所述逆变模块包括从直流母线侧依次向低压配电网侧设置的直流控制电路、全桥式逆变电路以及低通滤波电路，所述分布式电源包括热电冷联产发电、内燃机组发电、燃气轮机发电、小型水力发电、风力发电、太阳能光伏发电、燃料电池中的至少两种电源。上述对比文件存在各个系统之间过于独立的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，解决了现有燃气分布式能源和燃料电池系统过于独立、缺少互补性和互动性、系统效率偏低等问题；可以将燃气分布式能源和燃料电池实现互补和利用，实现内燃机和燃料电池烟气高效综合利用，并给用户提供冷热电多种能源；可以为用户提供更灵活的用能方式，提高燃气分布式能源和燃料电池系统的系统效率；而提供一种结构设计合理的基于燃气内燃机和燃料电池联供的冷热电综合能源集成系统及工作方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该基于燃气内燃机和燃料电池联供的冷热电综合能源集成系统，其结构特点在于：包括天然气控制模块、燃气内燃机系统、燃料电池系统、烟气控制装置、缸套水控制装置、电力变换与供电模块、有机朗肯循环发电系统和烟气热水双效溴化锂系统；所述天然气控制模块与燃气内燃机系统通过一号管道连接，所述天然气控制模块与SOFC燃料电池系统通过二号管道连接，所述燃气内燃机系统与缸套水控制装置通过三号管道连接，所述燃气内燃机系统与烟气控制装置通过四号管道连接，所述燃气内燃机系统与电力变换与供电模块通过五号管道连接，所述燃料电池系统与缸套水控制装置通过六号管道连接，所述燃料电池系统与烟气控制装置通过七号管道连接，所述烟气控制装置与有机朗肯循环发电系统通过八号管道连接，所述烟气控制装置与烟气热水双效溴化锂系统通过九号管道连接，所述缸套水控制装置与烟气热水双效溴化锂系统通过十号管道连接，所述燃料电池系统与电力变换与供电模块通过一号电缆连接，所述电力变换与供电模块与有机朗肯循环发电系统通过二号电缆连接。