本發(fā)明屬于燃料電池系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、再生能源中的風(fēng)光資源因其分布范圍廣，資源量充足，常與電解槽結(jié)合制氫儲能，但存在波動性、間歇性等問題，僅將其作為供氫來源無法維持燃料電池長期穩(wěn)定運行，需要配備額外的儲氫裝置。此外，制氫量還可能無法滿足燃料電池對氫氣的需求。

3、氫能源作為零碳清潔能源，因其無污染、來源廣、能量密度高等特點，廣泛應(yīng)用于各種生活和工業(yè)場景中。氣態(tài)儲氫儲存壓力高、占地空間大、壓縮能耗高、存在高壓風(fēng)險；固態(tài)儲氫技術(shù)成熟度低、質(zhì)量儲氫密度低、充放氫速率慢、快速響應(yīng)能力差；液態(tài)儲氫液化能耗高且存在靜態(tài)蒸發(fā)損失。每種儲氫方式都有其特定的應(yīng)用場景和限制。

4、燃料電池，尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池，可將燃料化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能和熱能，如果不能及時有效的排出電堆產(chǎn)生的熱能，將會極大影響質(zhì)子交換膜燃料電池的工作效率和使用壽命，且會造成能源浪費。

5、燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，通常使用高壓氫氣作為單一氫氣供給源，成本高昂、安全性較差，與可再生能源制氫系統(tǒng)耦合的情況下，會添加固態(tài)儲氫系統(tǒng)；系統(tǒng)中儲氫方式的單一性會因地域、時間及用戶需求受到不同的限制，影響供能系統(tǒng)的表現(xiàn)性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中存在的至少一項技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其利用可再生能源的固、液、氣耦合儲、放氫的技術(shù)，通過風(fēng)、光可再生能源發(fā)電，利用電解槽制氫，可直接將制取的氫氣供給燃料電池，多余的氫氣可儲存在固態(tài)儲氫罐中，必要時釋放，同時增加了液態(tài)儲放氫裝置，可在制氫量無法滿足氫氣需求量或固態(tài)儲放氫系統(tǒng)供氫速率無法滿足燃料電池需氫量時放氫，通過三通閥與固態(tài)儲放氫部分聯(lián)合供氫。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括電解制氫系統(tǒng)、固態(tài)儲放氫系統(tǒng)、液態(tài)儲放氫系統(tǒng)和燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)；

4、所述電解制氫系統(tǒng)將電解產(chǎn)生的氫氣為能量載體輸入至固態(tài)儲放氫系統(tǒng)，當(dāng)固態(tài)儲放氫系統(tǒng)的放氫速率不足以滿足燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的燃料電池需求時，液態(tài)儲放氫系統(tǒng)釋放的氫氣和固態(tài)儲放氫系統(tǒng)釋放的氫氣共同進入燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，通過燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)進行電負荷和冷、熱負荷供給。

5、作為一種實施方式，所述電解制氫系統(tǒng)包括光伏/風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、電解槽及氧氣罐；

6、所述光伏/風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出端連接至電解槽，所述電解槽分別連接至氧氣罐和固態(tài)儲放氫系統(tǒng)；

7、所述光伏/風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)將發(fā)電產(chǎn)生的電能通過電解槽生成氫氣和氧氣，以電解產(chǎn)生的氫氣為能量載體，輸入固態(tài)儲放氫系統(tǒng)，電解產(chǎn)生的氧氣儲存入氧氣罐。

8、作為一種實施方式，所述固態(tài)儲放氫系統(tǒng)包括第一過濾器、第二過濾器、第一減壓閥、固態(tài)儲氫罐和第一氫氣緩沖罐；

9、由電解制氫系統(tǒng)制取的氫氣經(jīng)過第二過濾器過濾后，在第一減壓閥的控制下輸入第一氫氣緩沖罐；將多余的氫氣經(jīng)過第一過濾器過濾后儲存至固態(tài)儲氫罐中。

10、作為一種實施方式，所述第一減壓閥和第一氫氣緩沖罐之間配備單向閥。

11、作為一種實施方式，所述固態(tài)儲放氫系統(tǒng)設(shè)置氣壓計、安全閥和泄氣口，所述氣壓計用于檢測固態(tài)儲放氫系統(tǒng)管道內(nèi)的氣壓，通過安全閥和泄氣口調(diào)節(jié)管道內(nèi)不超過設(shè)定的閾值。

12、作為一種實施方式，所述液態(tài)儲放氫系統(tǒng)包括液氫罐、變密度復(fù)合熱絕緣層及第二氫氣緩沖罐；

13、所述液態(tài)儲氫罐連接至變密度復(fù)合熱絕緣層的一端，所述變密度復(fù)合熱絕緣層的另一端連接至第二氫氣緩沖罐的一端，所述第二氫氣緩沖罐的另一端連接至燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。

14、作為一種實施方式，所述燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)包括燃料電池電堆、空氣壓縮機和電負荷供給模塊，所述電負荷供給模塊包括蓄電池和dc/ac轉(zhuǎn)換器；

15、所述燃料電池電堆利用固態(tài)儲放氫系統(tǒng)和液態(tài)儲放氫系統(tǒng)中的氫氣和空氣壓縮機壓縮產(chǎn)生的壓縮空氣發(fā)電，產(chǎn)生的直流電可通過dc/ac轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成交流電供給用戶，在電力充足時，將多余的電能儲存至蓄電池中，電力輸出不足時將儲存好的電能通過dc/ac轉(zhuǎn)換器輸送至用戶端。

16、作為一種實施方式，所述燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)還包括冷熱負荷供給模塊，所述冷熱負荷供給模塊包括水泵、第三減壓閥、換熱器和吸收式制冷裝置；所述水泵經(jīng)第三減壓閥后連接至換熱器的第一端，所述換熱器的第二端分別連接至熱負荷供給端和冷負荷供給端；換熱器和冷負荷供給端之間設(shè)置吸收式制冷裝置；

17、當(dāng)余熱回收系統(tǒng)中的冷水經(jīng)水泵加壓后，通過換熱器與燃料電池電堆中冷卻液交換熱量，吸收燃料電池電堆余熱后的熱水供給用戶，以滿足熱負荷需求，通過吸收式制冷裝置滿足冷負荷需求。

18、作為一種實施方式，所述燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)還包括第四減壓閥和冷卻液循環(huán)泵；

19、所述換熱器的第一端通過第四減壓閥連接至冷卻液循環(huán)泵，降溫后的燃料電池冷卻液通冷卻液循環(huán)泵進入燃料電池電堆，吸收余熱，使燃料電池電堆維持在設(shè)定的工作溫度范圍內(nèi)。

20、作為一種實施方式，所述燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)還包括換熱塔和制冷機，將所述燃料電池電堆中排出的過量空氣為換熱塔提供熱源，預(yù)熱進入燃料電池電堆的空氣和氫氣，溫度降低后的排氣在所述制冷機中降溫后為液態(tài)儲放氫系統(tǒng)提供冷源。

21、本發(fā)明的有益效果是：

22、1、本發(fā)明提出了一種基于可再生能源制氫的固、液、氣三態(tài)儲、放氫的燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)，利用棄風(fēng)、棄光發(fā)電，通過電解槽將這部分能量以氫的形式儲存起來；儲氫部分將固態(tài)儲氫與氣態(tài)儲氫耦合，實現(xiàn)固、氣態(tài)耦合儲放氫，不僅解決了氣態(tài)儲氫壓力大、壓縮耗能高及占地面積大的問題，還解決了固態(tài)儲氫放氫速率慢，動態(tài)響應(yīng)能力差的問題，此外還添加液態(tài)儲氫部分，進一步提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能，提高了儲放氫系統(tǒng)的適應(yīng)性。

23、2、本發(fā)明基于可再生能源制氫、多態(tài)耦合儲氫和燃料電池系統(tǒng)構(gòu)建的分布式供能系統(tǒng)具有效率高、占地面積小、適應(yīng)性強、排放低等優(yōu)點，可顯著提高系統(tǒng)的靈活性。

24、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，包括電解制氫系統(tǒng)、固態(tài)儲放氫系統(tǒng)、液態(tài)儲放氫系統(tǒng)和燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)；

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述電解制氫系統(tǒng)包括光伏/風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、電解槽及氧氣罐；

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述固態(tài)儲放氫系統(tǒng)包括第一過濾器、第二過濾器、第一減壓閥、固態(tài)儲氫罐和第一氫氣緩沖罐；

4.如權(quán)利要求3所述的一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述第一減壓閥和第一氫氣緩沖罐之間配備單向閥。

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述固態(tài)儲放氫系統(tǒng)設(shè)置氣壓計、安全閥和泄氣口，所述氣壓計用于檢測固態(tài)儲放氫系統(tǒng)管道內(nèi)的氣壓，通過安全閥和泄氣口調(diào)節(jié)管道內(nèi)不超過設(shè)定的閾值。

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述液態(tài)儲放氫系統(tǒng)包括液氫罐、變密度復(fù)合熱絕緣層及第二氫氣緩沖罐；

7.如權(quán)利要求1所述的一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)包括燃料電池電堆、空氣壓縮機和電負荷供給模塊，所述電負荷供給模塊包括蓄電池和dc/ac轉(zhuǎn)換器；

8.如權(quán)利要求7所述的一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)還包括冷熱負荷供給模塊，所述冷熱負荷供給模塊包括水泵、第三減壓閥、換熱器和吸收式制冷裝置；所述水泵經(jīng)第三減壓閥后連接至換熱器的第一端，所述換熱器的第二端分別連接至熱負荷供給端和冷負荷供給端；換熱器和冷負荷供給端之間設(shè)置吸收式制冷裝置；

9.如權(quán)利要求8所述的一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)還包括第四減壓閥和冷卻液循環(huán)泵；

10.如權(quán)利要求7所述的一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)還包括換熱塔和制冷機，將燃料電池電堆中排出的過量空氣為換熱塔提供熱源，預(yù)熱進入燃料電池電堆的空氣和氫氣，溫度降低后的排氣在所述制冷機中降溫后為液態(tài)儲放氫系統(tǒng)提供冷源。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于燃料電池系統(tǒng)領(lǐng)域，提供了一種基于固液氣三態(tài)儲放氫的燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括電解制氫系統(tǒng)、固態(tài)儲放氫系統(tǒng)、液態(tài)儲放氫系統(tǒng)和燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)；所述電解制氫系統(tǒng)將電解產(chǎn)生的氫氣為能量載體輸入至固態(tài)儲放氫系統(tǒng)，當(dāng)固態(tài)儲放氫系統(tǒng)的放氫速率不足以滿足燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的燃料電池需求時，液態(tài)儲放氫系統(tǒng)釋放的氫氣和固態(tài)儲放氫系統(tǒng)釋放的氫氣共同進入燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，通過燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)進行電負荷和冷、熱負荷供給?；诳稍偕茉粗茪?、多態(tài)耦合儲氫和燃料電池系統(tǒng)構(gòu)建的分布式供能系統(tǒng)具有效率高、占地面積小、適應(yīng)性強、排放低等優(yōu)點，可顯著提高系統(tǒng)的靈活性。

技術(shù)研發(fā)人員：高明,黃慶可,周少斌,何鎖盈,史月濤,邱浩
受保護的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2