一種能源互補自供電系統(tǒng)及供電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電設備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適應于莊園、海島等獨立區(qū)域的能源互補自供電系統(tǒng)及供電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，傳統(tǒng)供電方式是由集中式大型發(fā)電廠(例如火電廠、水電廠、核電廠)發(fā)出的電能，經(jīng)過電力系統(tǒng)的遠距離多級變送為用戶供電，然而常規(guī)電網(wǎng)難以覆蓋的區(qū)域，例如海島、莊園等獨立性區(qū)域用戶，則難以用傳統(tǒng)供電方式供電，因而自供電系統(tǒng)在這些區(qū)域的需求越來越大。在現(xiàn)有技術(shù)中，自供電系統(tǒng)電能產(chǎn)生可采用不同的方法，例如太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、柴油發(fā)電機發(fā)電等。但是，僅靠風能或太陽能發(fā)電的方案，受太陽強度和風力強度影響很大，難以實現(xiàn)不同環(huán)境條件下連續(xù)工作，而采用傳統(tǒng)柴油發(fā)電機發(fā)電的方案，發(fā)電成本高，并且尾氣對大氣污染程度較高，不利于節(jié)能減排。
[0003]隨著技術(shù)的發(fā)展，多種能源互補發(fā)電的供電系統(tǒng)逐漸發(fā)展。例如，(I)中國發(fā)明專利申請201010553641.1公開了一種利用多種能源互補發(fā)電的獨立供電系統(tǒng)，實現(xiàn)了風力發(fā)電機、太陽能光伏電池板及柴油發(fā)電機的互補發(fā)電，該供電系統(tǒng)雖然能實現(xiàn)不同環(huán)境條件下利用多種可再生資源連續(xù)供電，但是仍然依賴于柴油發(fā)電機發(fā)電；(2)中國發(fā)明專利申請201210336607.8公開了一種多清潔能源互補型微電站，包括蓄電池組、逆變器、多燃料發(fā)動機、發(fā)電機，風力發(fā)電機、水力發(fā)電機及太陽能電池板，該發(fā)明專利利用蓄電池的儲能實現(xiàn)連續(xù)供電，但是，蓄電池僅僅起到緩沖作用，當可再生資源發(fā)電量不夠而蓄電池電量又不夠時，則難以實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的供電；(3)中國發(fā)明專利200910065233.9公開了一種太陽能-生物質(zhì)能-氫能耦合互補發(fā)電方法，有太陽時用太陽能和氫能輔助生物質(zhì)能發(fā)電，沒有太陽時用生物質(zhì)能單獨發(fā)電，發(fā)電過程中，合成出甲醇，再進入太陽能加熱器加熱，分解成比和CO，進入生物質(zhì)氣體發(fā)電機產(chǎn)生電能并釋放出高溫廢氣，高溫廢氣進入余熱鍋爐，使鍋爐內(nèi)產(chǎn)生水蒸汽，從而推動發(fā)電機高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能，然而，該發(fā)電方法在發(fā)電過程中，合成的甲醇仍然要先利用太陽能加熱器加熱分解成比和CO，然后才能進入生物質(zhì)氣體發(fā)電機產(chǎn)生電能，因而受太陽能的制約較大，與此同時，生物質(zhì)氣體發(fā)電機發(fā)電較難控制，利用高溫廢氣使鍋爐產(chǎn)生水蒸汽再推動發(fā)電機發(fā)電更難控制，且穩(wěn)定性非常差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種多種能源互補發(fā)電、供電連續(xù)性好、控制容易的能源互補自供電系統(tǒng)；為此，本發(fā)明還要提供一種該能源互補自供電系統(tǒng)的供電方法。
[0005]為解決上述第一個技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種能源互補自供電系統(tǒng)，包括太陽能發(fā)電裝置、風能發(fā)電裝置、甲醇水重整制氫發(fā)電模組、交直流電力轉(zhuǎn)換裝置、電解制氫裝置、第一合成甲醇裝置、甲醇水儲存輸送裝置及負載；其中:
太陽能發(fā)電裝置及風能發(fā)電裝置，其電力輸出端與交直流電力轉(zhuǎn)換裝置連接，電力轉(zhuǎn)化后，為負載和電解制氫裝置供電；
電解制氫裝置，用于電解水制氫，制得的氫氣送入第一合成甲醇裝置；
第一合成甲醇裝置，用于氫氣與二氧化碳合成甲醇，該二氧化碳來源于甲醇水重整制氫發(fā)電模組的尾氣或者外界空氣，合成的甲醇送入甲醇水儲存輸送裝置；
甲醇水儲存輸送裝置，用于向甲醇水重整制氫發(fā)電模組輸送甲醇和水原料；
甲醇水重整制氫發(fā)電模組，用于在太陽能及風能發(fā)電不足時啟動運行并輸出電力；該甲醇水重整制氫發(fā)電模組的電力輸出端與交直流電力轉(zhuǎn)換裝置連接，電力轉(zhuǎn)化后，為負載供電；該甲醇水重整制氫發(fā)電模組包括重整器及燃料電池，甲醇和水原料在重整器內(nèi)發(fā)生重整制氫反應，制得的氫氣進入燃料電池，在燃料電池內(nèi)，氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生電化學反應，產(chǎn)生電力輸出。
[0006]所述太陽能發(fā)電裝置包括太陽能電池，該太陽能電池為單晶硅太陽能電池或多晶硅太陽能電池或非晶硅太陽能電池。
[0007]所述電解制氫裝置包括光照單元、磁化單元、加熱單元中的任意一種或多種的組合；所述電解制氫裝置所采用的水中添加有催化劑。
[0008]所述甲醇水重整制氫發(fā)電模組的數(shù)量為至少兩組，所述甲醇水重整制氫發(fā)電模組的重整器內(nèi)設有重整室及氫氣純化裝置，重整室內(nèi)的溫度為300-570°C溫度，重整室內(nèi)設有催化劑，甲醇和水在重整室內(nèi)發(fā)生甲醇和水的重整制氫反應制得含氫氣體，重整室與氫氣純化裝置通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設置于重整室內(nèi)，能通過重整室內(nèi)的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與氫氣純化裝置之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與氫氣純化裝置的溫度相同或接近，從氫氣純化裝置的產(chǎn)氣端得到氫氣，供應給燃料電池。
[0009]所述甲醇水重整制氫發(fā)電模組整合有換熱器，所述換熱器安裝于甲醇水儲存輸送裝置與重整器之間的輸送管道上，低溫的甲醇和水原料在換熱器中，與重整室輸出的高溫氫氣進行換熱，甲醇和水原料溫度升高、汽化；所述重整器的氫氣純化裝置的產(chǎn)氣端輸出的氫氣，經(jīng)換熱器后溫度降低，再供應給燃料電池。
[0010]所述甲醇水重整制氫發(fā)電模組的燃料電池包括水循環(huán)降溫系統(tǒng)，該水循環(huán)降溫系統(tǒng)用于對燃料電池進行散熱降溫，該水循環(huán)降溫系統(tǒng)包括散熱裝置、至少兩個水栗、水容器及集水器，所述散熱裝置位于燃料電池內(nèi)，所述水容器中的水可在水栗的驅(qū)動作用下，經(jīng)集水器集水后，從燃料電池之進水口進入散熱裝置，再從燃料電池之出水口回流至水容器，所述至少兩個水栗與能源互補自供電系統(tǒng)的控制裝置電性連接，以控制每個水栗運轉(zhuǎn)；該燃料電池在電化學反應產(chǎn)生電的過程中，將即時溫度信號反饋給控制裝置，控制裝置根據(jù)即時溫度信號控制適當數(shù)量的水栗運轉(zhuǎn)，當即時溫度較低時，控制較少的水栗運轉(zhuǎn)，當即時溫度較高時，控制較多的水栗運轉(zhuǎn)，控制裝置實時偵測水循環(huán)降溫系統(tǒng)中水栗的運轉(zhuǎn)狀況，當任意一個水栗運轉(zhuǎn)異常時，控制裝置控制該異常水栗停止運轉(zhuǎn)，并控制一待機的水栗運轉(zhuǎn)，或者控制其他運轉(zhuǎn)中的水栗加快運轉(zhuǎn)速度，以補償因該異常水栗停止運轉(zhuǎn)而減少的水流量。
[0011]所述甲醇水重整制氫發(fā)電模組的燃料電池包括風冷降溫與空氣輸送系統(tǒng)，該風冷降溫與空氣輸送系統(tǒng)包括空氣過濾器及風扇，空氣過濾器位于燃料電池的一側(cè)，風扇位于燃料電池的另一側(cè)，在風扇的驅(qū)動下，外界空氣經(jīng)空氣過濾器過濾后從燃料電池一側(cè)進入，再從燃料電池另一側(cè)排出；外界空氣在通過燃料電池的過程中，為燃料電池提供電化學反應所需要的氧氣，并同時為燃料電池散熱降溫。
[0012]所述能源互補自供電系統(tǒng)還包括沼氣生成裝置及第二合成甲醇裝置，該沼氣生成裝置用于從生物質(zhì)中生成沼氣并輸送給第二合成甲醇裝置；所述電解制氫裝置在電解水制氫過程中還生成氧氣，該氧氣輸送至第二合成甲醇裝置；在第二合成甲醇裝置中，沼氣與氧氣合成甲醇。
[0013]為解決上述第二個技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種能源互補自供電系統(tǒng)的供電方法，包括以下步驟:
(O當太陽能和/或風能充沛時，利用太陽能發(fā)電裝置和/或風能發(fā)電裝置進行發(fā)電，其發(fā)出的電力在保證負載正常使用的前提下，還供應給電解制氫裝置；
(2)電解制氫裝置在電解水制氫過程中，制得的氫氣作為合成甲醇的原料送入第一合成甲醇裝置；
(3)第一合成甲醇裝置接收到氫氣原料后，再利用空氣中的二氧化碳或甲醇水重整制氫發(fā)電模組的尾氣中的二氧化碳，在催化劑作用下合成甲醇；
(4)合成的甲醇輸送至甲醇水儲存輸送裝置中儲存起來；
(5)當太陽能及風能發(fā)電不足時，啟動并運行甲醇水重整制氫發(fā)電模組，此時，甲醇水儲存輸送裝置向甲醇水重整制氫發(fā)電模組輸送甲醇和水原料，甲醇水重整制氫發(fā)電模組發(fā)出的電力供應給負載。
[0014]所述甲醇水重整制氫發(fā)電模組的數(shù)量為至少兩組，當太陽能及風能發(fā)電不足時，控制裝置根據(jù)即時負載用電需求量信息控制適當數(shù)量的甲醇水重整制氫發(fā)電模組運轉(zhuǎn)；當即時負載用電需求量較小時，控制較少的甲醇水重整制氫發(fā)電模組運轉(zhuǎn)，當即時負載用電需求量較大時，控制較多的甲醇水重整制氫發(fā)電模組運轉(zhuǎn)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:其一、本發(fā)明充分利用了太陽能、風能等能源的互補發(fā)電，實現(xiàn)了可再生資源的充分利用，有利于節(jié)能減排；其二、本發(fā)明的甲醇水重整制氫發(fā)電裝置能在太陽能、風能不足時啟動運轉(zhuǎn)，為負載提供穩(wěn)定的電力供應，而甲醇水重整制氫發(fā)電裝置所需要的原料甲醇，又是利用太陽能、風能充沛時源源不斷地合成出來的，因此，本發(fā)明實現(xiàn)了能源的循環(huán)利用和持續(xù)性電力供給。此外，本發(fā)明采用至少兩組甲醇水重整制氫發(fā)電模組，能極大減少空載，其整體耗能較小，甲醇和水原料消耗較低、利用率高；例如，若本發(fā)明設置5組甲醇水重整制氫發(fā)電模組，當即時負載用電需求量較