[发明专利]一种基于燃料电池与风能的分布式能源系统

说明书

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，特别涉及一种基于燃料电池与风能的分布式电源系统。

背景技术

风能作为应对新世纪气候变化和能源危机双重挑战的重要手段，是目前商业化程度最高的清洁能源之一，具有良好的产业基础，明显的经济性优势，而且不存在其他可再生能源的资源约束，也不会对环境造成大的影响。但风能具有区域性、间歇性、利用小时数低等缺点，一旦并入电网，将给电网带来稳定性和安全性的冲击。为了实现电网内大规模间歇性清洁能源并网发电的可持续发展和协调、安全、可靠、高效运行，大规模储能技术是解决间歇性清洁能源并网发电所带来一系列问题的有效途径之一。氢能是一种清洁无污染能源载体，其中氢制备是应用基础，氢的安全存储和运输是应用的关键，燃料电池是氢能应用的主要途径之一。

发明内容

为了实现燃料电池系统与风能系统的高效耦合，本发明提供了一种基于燃料电池与风能的分布式电源系统。

一种基于燃料电池与风能联合发电系统，包括风力发电系统1和电解水系统3，所述风力发电系统1包括叶片1-1和电机，叶片1-1通过芯轴与电机相连，电机连接至负载11，叶片1-1在风力作用下高速旋转，通过电机将风能转换为电能；所述电解水系统3包括并列的N个电解槽3-1，所述N个电解槽3-1并联连接至电机，且与负载11相并联，N路补水管道2分别通入N个电解槽3-1内，用于补充水源；电解槽3-1的阳极区通过第二压缩机5与储氧罐7连通，储氧罐7通过压力阀8连通至燃料电池10的阴极，为燃料电池10提供氧源；电解槽3-1的阴极区通过第一压缩机4与储氢罐6连通，储氢罐6通过压力阀8连通至燃料电池10的阳极，为燃料电池10提供氢源；燃料电池10连接至负载11，燃料电池10的热水出口与热水回路9连通，热水回路9连通至电解槽3-1内，将产生的热水循环至电解槽3-1；

所述燃料电池10的内壁上设有换热区，换热区不与燃料电池10内部的燃料电池堆相通，其内部设置散热片12以提高换热效率；换热区的一端连通至进风管道，进风管道与鼓风机13相连，鼓风机13将环境空气通过进风管道输送至换热区，对燃料电池10进行散热，换热区的另一端连接排风管道，排风管道连通至叶片加热装置14，所述叶片加热装置14的上侧排列1至多排风口；燃料电池10工作时，换热出来的热空气流通至叶片加热装置14，从叶片加热装置14的风口向上吹，替代电加热装置对叶片1-1进行加热。

优选地，为保证电解槽3-1的电解效率，对并联的N个电解槽3-1的运行台数实施控制，设定单台电解槽3-1容量为Q，电机容量为P，则启动的电解槽3-1的台数为n≤P/Q，取整数。

优选地，所述叶片加热装置14的上侧距离叶片1-1外端的最小距离为0.5m。

风资源充足时，在用电负荷高峰，通过风力发电系统1直接供电；在用电低谷，通过电解槽系统3将风能转化为氢能进行储存；风资源匮乏时，储氢罐6与储氧罐7里的纯氢和纯氧供给燃料电池10进行发电和供电。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种基于燃料电池与风能联合发电系统，将风力发电系统与燃料电池发电系统通过电解水系统有机结合在一起，以氢氧联合循环为核心，充分利用了水电解制氢与氢气燃烧循环使用性好、清洁无污染的特点，将系统与风能进行耦合，合理布置总能系统，可有效解决风力发电的随机性和波动性等问题，减少风电输出功率波动性对大电网的影响，使大规模风电能够方便可靠的并入常规电网，实现风电的“即插即用”；同时使额定风速下，风力发电系统的有效输出功率，即输出至负载的功率由96％提高至98％以上，具有显著的社会经济效益。

附图说明

图1为本发明一种基于燃料电池与风能的分布式电源系统；

标号说明：1-风力发电系统，1-1-叶片，2-补水管道，3-电解水系统，3-1-电解槽，4-第一压缩机，5-第二压缩机，6-储氢罐，7-储氧罐，8-压力阀，9-热水回路，10-燃料电池，11-负载，12-散热片，13-鼓风机，14-叶片加热装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图1所示一种基于燃料电池与风能的分布式电源系统，包括风力发电系统1，电解水系统3和燃料电池10。所述风力发电系统1包括叶片1-1和电机，叶片1-1通过芯轴与电机相连，电机连接至负载11，叶片1-1在风力作用下高速旋转，通过电机将风能转换为电能。