[发明专利]一种基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供方法

说明书

本发明提供一种基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供方法，包括：步骤10)空气通过空气进气管路输入质子交换膜燃料电池堆，氢气通过氢气进气管路输入质子交换膜燃料电池堆，质子交换膜燃料电池堆内发生化学反应，产生的电能输出给供电模块；步骤20)质子交换膜燃料电池堆内的热量被冷却液吸收，冷却液进入冷却液管路；如果用户有生活热水需求，则控制冷却液进入供热水支管；如果用户有供冷需求，则控制冷却液进入供冷支管；如果用户有供暖需求，则控制冷却液进入供暖支管；最后释放热量后的冷却液经回液管流入质子交换膜燃料电池堆内。本发明的基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供方法，可满足建筑的冷热电需求。

技术领域

本发明属于分布式能源技术领域，具体涉及一种基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供方法。

背景技术

目前我国能源消费仍以煤为主，2020年非化石能源消费比重不足16％。为了实现我国2030年前实现“碳达峰”和2060年前实现“碳中和”的目标，应坚持节能优先，实施可再生能源替代行动，提升储能和调峰能力，构建以新能源为主体的能源体系。

国家能源局正在组织研究编制的能源技术创新“十四五”规划中，拟将氢能及燃料电池技术列为“十四五”期间能源技术装备的主攻方向和重点任务。氢气的能量密度高、热值高，燃烧产物仅为水，在将来替代化石燃料上具有极大的优势。与传统的火力发电相比，燃料电池具有负荷响应性好、可靠度高等优点。

氢燃料电池供能系统不仅可为用户提供电能，还可对废热进行回收利用，用于供热或驱动吸收式制冷机，系统总体能源利用效率可达85％以上。在特殊情况下，燃料电池供能系统可完全脱离电网独立运行，满足建筑的冷、热、电需求。质子交换膜燃料电池系统具有功率密度高，启动快，工作温度适中等优势，尤其适用于医院等对电力依赖程度高的建筑。

中国专利CN107819139B公开了一种基于可再生燃料电池/膨胀机混合循环的冷热电联供系统，采用可再生能源设备、化学储能设备和燃料电池联合供电。其中，燃料电池的氧气输出端与膨胀机连接，用于提供冷空气；燃料电池和电解池内部的冷却管路与供热换热器连接，用于供热。但是该系统存在以下问题：(1)没有考虑氧气和氢气的进气加湿要求，影响燃料电池内的化学反应速率及电堆寿命；(2)通常夏季的供热需求少而供冷需求多，但该技术供热多而供冷少，造成供需不匹配。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供方法，可满足建筑的冷热电需求。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供方法，采用热电联供系统，所述热电联供系统包括质子交换膜燃料电池堆、供电模块、空气进气管路、氢气进气管路和冷却液管路，所述供电模块、空气进气管路、氢气进气管路和冷却液管路均与质子交换膜燃料电池堆连接；所述冷却液管路包括出液管、供热水支管、供冷支管、供暖支管和回液管，所述供热水支管、供冷支管和供暖支管并联设置在出液管的出口和回液管的进口之间，出液管的进口和回液管的出口均与质子交换膜燃料电池堆连接；

所述冷热电联供方法包括以下运行步骤：

步骤10)空气通过空气进气管路输入质子交换膜燃料电池堆，氢气通过氢气进气管路输入质子交换膜燃料电池堆，质子交换膜燃料电池堆内发生化学反应，产生的电能输出给供电模块，通过直流-交流转换器供给供电母线分配；

步骤20)质子交换膜燃料电池堆内发生化学反应时产生的热量，被冷却液吸收，冷却液进入冷却液管路的出液管；如果用户有生活热水需求，则控制冷却液进入供热水支管，释放热量后的冷却液经回液管流入质子交换膜燃料电池堆内；如果用户有供冷需求，则控制冷却液进入供冷支管，释放热量后的冷却液经回液管流入质子交换膜燃料电池堆内；如果用户有供暖需求，则控制冷却液进入供暖支管，释放热量后的冷却液经回液管流入质子交换膜燃料电池堆内。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20)中，释放热量后的冷却液经回液管流入质子交换膜燃料电池堆内具体包括：