[发明专利]一种用于木屋的清洁能源系统

说明书

技术领域

本发明涉及应用于木屋的清洁能源系统，特别涉及利用固体氧化物燃料电池热电联供系统，为木屋提供符合清洁能源要求的电力与热水供应。

背景技术

众所周知，清洁能源定义可以用“环保、节能、低碳、高效”八个字来概括，而对于木屋而言，清洁能源系统不仅仅是指能源供应方，还包括能源使用方，其配置的设备和设备运行方式都要达到清洁能源定义要求。

先从能源供应方谈起，木屋的建造形式是工厂预制、现场灵活组装，可移动性强；另外，对建造地域要求较低，森林、沙漠、山地、海滨以及都市郊区都是木屋可建处所，适应性强，适合在旅游区使用，不会对环境造成大的破坏。因此，木屋作为一种新型的旅游度假居住形式正逐渐兴起，各大旅游热点目的地纷纷开发旅游度假用木屋，使之成为旅游地产的新的宠儿。

但是，许多旅游度假景区特别是一些地处高山、森林、海岛的风景名胜，往往交通不便，市政建设欠缺，未必有完善的电力供应；或者是冬天滑雪、夏天游泳的季节性度假区，电力负荷极度不匀。在这些情况下，就要自备柴油发电机组发电。显然，这种供电方式既不经济(发电效率低)又不环保(废气污染大)，尤其是发电噪音会大大干扰旅游环境安静度，为人们所不容忍。

当然，现在可以选择风力发电、光伏发电此类环保清洁能源供电。但还有以下缺陷：一是对安装场所有特殊要求，比如风力发电要有风力资源，光伏发电需要光照条件，这不是任何旅游景区都具备的；二是无论风力发电还是光伏发电，都是间歇性发电能源，不能保证随时随地连续供电；三是如果要做到连续供电，必须增加风电或光伏发电机组的容量和储能电池装置，这就大大增加了设备成本。

另外，旅游度假用木屋除了要有电可用(看电视和开空调等)外，热水供应(洗澡和暖气)也是必不可少的。也就是说，在没有市政供电、供气的环境里，木屋要同时解决电力与热水供应问题，主要依靠自备发电装置，但是要做到按清洁能源定义要求，而且还要尽可能地以比较低的成本运行，以上所提及的几种方式都有缺陷甚至不容易做到。

再看看能源使用方：木屋的能源使用以家用电器为主，如照明灯具、电视机、冰箱、洗衣机、微波炉、电磁灶；用于洗澡的热水器；用于木屋室内温度调节的空调器、电暖气等。以上家电产品都是市场上买得到的，目前只能选择符合国家节能能效标识的家电产品。要进一步达到节能和高效利用能源，还需要家电企业提供智能化产品。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，利用一种固体氧化物燃料电池热电联供系统，在能源管理控制计算机的控制下，为木屋提供符合清洁能源要求的电力与热水供应。

传统热机发电都是一个从化学能变为热能，热能转化为机械能再变成电能的过程。比如火力发电，就是煤炭通过燃烧产生蒸汽，蒸汽驱动汽轮机再带动发电机发电。

燃料电池发电则是由化学能直接转化为电能的过程。燃料电池是通过电化学反应将燃料气体(如天然气、氢气、煤气等)和空气中的氧气反应生成的化学能转换成电能的发电装置。

考虑到旅游度假用的木屋要同时供电力和供热水，所以本发明选用固体氧化物燃料电池(SOFC)。所述固体氧化物燃料电池由阳极、固体氧化物电解质、阴极组成(类似“三明治”结构)，其工作原理如图1所示，从燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气体，如天然气(主要是甲烷)、城市煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续通入氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得O₂得到电子变为O^2-，在化学势的作用下，O^2-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路(经过负载，如电灯泡)回到阴极。

与此同时，电池发出电能的同时，电化学反应产生的热量将未反应完全的阴极与阳极的气体加热。阳极未反应完全的燃料气体和阴极剩余空气通入热能交换器进行燃烧，燃烧产生的高温气体除了用来预热燃料气体和空气之外，还可以通过余热回收装置提供热水或用来供暖，从而进一步加以利用。这样，就达到了热电联供目的。