一种船用燃料电池热电冷联供系统的制作方法

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种船用燃料电池热电冷联供系统。

背景技术：

1、低碳零碳动力是船舶降低碳排放最有效的方式。船舶实现碳减排的途径较多，包括线型优化、辅助节能装置、低碳零碳燃料、高效推进装置、新型动力系统、营运管理等，其中低碳零碳燃料是降低碳排放最直接、最有效的方式。低碳零碳燃料的减碳率为11%至100%，通过更换低碳或零碳燃料，可以快速实现碳减排甚至碳中和。

2、氢及其衍生物氨、甲醇等作为未来最具可能的零碳船舶动力替代燃料，将有效缓解航运业迫在眉睫的碳减排需求。未来燃料电池和内燃机使用的燃料逐渐统一为lng、甲醇、氨、氢等低碳零碳燃料，燃料电池比内燃机有更高的效率、更大的功率密度、更低的振动噪声，随着燃料电池技术进一步成熟、成本进一步下降后，不仅可在内河及近海船舶上应用，也有望在远洋船舶上应用。

3、专利cn117039042a一种固体氧化物电池冷热电三联供系统及其方法，所述系统采用固体氧化物电池发电模块为所述系统发电，采用溴化锂吸收式制冷模块将固体氧化物电池发电模块的余热加以利用，所述固体氧化物电池发电模块包括固体氧化物燃料电池单元和固体氧化物电解池单元，所述固体氧化物电解池单元用于处理固体氧化物燃料电池单元中固体氧化物燃料电池的阳极尾气。

4、然而上述现有技术无法充分利用固体氧化物电池发电模块产生的余热，导致综合能量利用率较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种船用燃料电池热电冷联供系统，用以解决现有技术中无法充分利用固体氧化物电池发电模块产生的余热，导致综合能量利用率较低的技术问题。

2、本发明提供一种船用燃料电池热电冷联供系统，该船用燃料电池热电冷联供系统包括：

3、供电系统，包括风力发电机组、太阳能发电机组和燃料电池供电模块，所述风力发电机组和所述太阳能发电机组分别利用风能和太阳能发电，所述燃料电池供电模块利用氢基燃料发电；以及

4、余热回收系统，包括涡轮发电模块和溴化锂制冷模块，所述燃料电池供电模块与所述涡轮发电模块和所述溴化锂制冷模块连接，所述涡轮发电模块用于利用所述燃料电池供电模块产生的余热进行发电，所述溴化锂制冷模块用于利用所述燃料电池供电模块产生的余热供冷和供热。

5、在一些实施例中，所述燃料电池供电模块包括依次连接的水电解装置、氢气压缩机、储氢装置、燃料重整器、固体氧化物燃料电池发电模块和燃烧器，所述水电解装置用于电解水产生氢气，所述氢气压缩机用于压缩氢气并输送至所述储氢装置，所述燃料重整器用于将氢气、高温空气、sofc尾气、氢基燃料混合重整，并输送至所述固体氧化物燃料电池发电模块内进行发电，所述燃烧器与所述涡轮发电模块和所述溴化锂制冷模块连接，所述燃烧器用于燃烧所述固体氧化物燃料电池发电模块产生的尾气，并将产生的高温尾气输送至所述涡轮发电模块和所述溴化锂制冷模块。

6、在一些实施例中，所述涡轮发电模块包括压气机、气体换热器、涡轮发电机和空气预热器，所述压气机与所述气体换热器的冷侧连接，所述气体换热器的冷侧与所述涡轮发电机连接，所述气体换热器的热侧与所述燃烧器连接，所述气体换热器用于通过所述燃烧器产生的高温尾气对进入所述涡轮发电机的空气进行加热，所述空气预热器的热侧与所述涡轮发电机连接，所述空气预热器的冷侧和所述固体氧化物燃料电池发电模块连接，所述空气预热器用于通过所述涡轮发电机产生的尾气对进入所述固体氧化物燃料电池发电模块的空气进行加热。

7、在一些实施例中，所述溴化锂制冷模块包括发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器，所述发生器与所述气体换热器的热侧连接，所述发生器内具有溴化锂水溶液，所述发生器用于通过所述燃烧器产生的高温尾气对溴化锂水溶液进行加热，所述发生器与所述吸收器循环连接，所述发生器与所述吸收器用于溴化锂水溶液的循环，所述发生器与所述冷凝器、所述蒸发器和所述吸收器依次连接，所述发生器用于向所述冷凝器输送水蒸气，所述冷凝器用于使水蒸气冷凝为冷凝水，所述蒸发器用于使冷凝水转化为水蒸气，并为外部供冷，所述吸收器用于将水蒸气与溴化锂水溶液混合稀释。

8、在一些实施例中，所述冷凝器和所述蒸发器之间还依次连接有第一水泵和膨胀阀；

9、所述吸收器通过溴化锂溶液泵向所述发生器输送溴化锂水溶液。

10、在一些实施例中，所述发生器通过第一管道向所述吸收器输送溴化锂水浓溶液，所述吸收器通过第二管道向所述发生器输送溴化锂水稀溶液；

11、所述溴化锂制冷模块还包括换热器，所述第一管道与所述换热器的热侧连接，所述第二管道与所述换热器的冷侧连接。

12、在一些实施例中，所述蒸发器通过供冷管道与所述氢气压缩机连接，所述蒸发器用于向所述氢气压缩机供冷。

13、在一些实施例中，所述供电系统还包括锅炉和蒸汽过热器，所述锅炉的蒸汽出口与所述蒸汽过热器连接，所述蒸汽过热器的出口与所述燃料重整器连接，所述蒸汽过热器用于对所述锅炉产生的蒸汽加热，并输送至所述燃料重整器内。

14、在一些实施例中，所述供电系统还包括第一三通阀和第二三通阀，所述气体换热器的热侧通过所述第一三通阀分别与所述第二三通阀和所述溴化锂制冷模块的发生器连接，所述第二三通阀分别与所述蒸汽过热器和所述锅炉连接。

15、在一些实施例中，所述供电系统还包括凝结水箱、第三三通阀，第二水泵，所述凝结水箱的进口与所述锅炉的出口连接，所述凝结水箱的出口通过所述第三三通阀分别与所述第二水泵和所述水电解装置连接，所述第二水泵与所述锅炉连接，所述凝结水箱用于凝结所述锅炉产生的水蒸气，并将水分别输送至所述锅炉和所述水电解装置。

16、与现有技术相比，本发明提供的船用燃料电池热电冷联供系统，所述风力发电机组和所述太阳能发电机组分别利用风能和太阳能发电，所述燃料电池供电模块利用氢基燃料发电；所述燃料电池供电模块与所述涡轮发电模块和所述溴化锂制冷模块连接，所述涡轮发电模块用于利用所述燃料电池供电模块产生的余热进行发电，所述溴化锂制冷模块用于利用所述燃料电池供电模块产生的余热供冷和供热，本申请中电能来自于所述风力发电机组、所述太阳能发电机组、所述燃料电池供电模块和涡轮发电模块，热能来自于所述燃料电池供电模块产生的高温尾气，冷能来自于所述溴化锂制冷模块，从而能够为远洋大型船舶提供电能、热能和冷能；基于燃料电池供电模块为船舶提供主动力，燃料电池供电模块产生的尾气余热一部分通过涡轮发电模块为船舶供电，另一部分通过溴化锂制冷模块为船舶提供冷能，多余的尾气余热为船舶提供热能，充分利用燃料电池供电模块产生的尾气余热，综合能量利用率高，并且上述综合供能系统的自耗电和纯氢燃料可通过太阳能和风能获得，保证整个综合供能系统的低碳排放。

17、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如下。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

技术特征：

1. 一种船用燃料电池热电冷联供系统，其特征在于，其包括：

2.根据权利要求1所述的船用燃料电池热电冷联供系统，其特征在于，所述溴化锂制冷模块包括发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器，所述发生器与所述气体换热器的热侧连接，所述发生器内具有溴化锂水溶液，所述发生器用于通过所述燃烧器产生的高温尾气对溴化锂水溶液进行加热，所述发生器与所述吸收器循环连接，所述发生器与所述吸收器用于溴化锂水溶液的循环，所述发生器与所述冷凝器、所述蒸发器和所述吸收器依次连接，所述发生器用于向所述冷凝器输送水蒸气，所述冷凝器用于使水蒸气冷凝为冷凝水，所述蒸发器用于使冷凝水转化为水蒸气，并为外部供冷，所述吸收器用于将水蒸气与溴化锂水溶液混合稀释。

3.根据权利要求2所述的船用燃料电池热电冷联供系统，其特征在于，所述冷凝器和所述蒸发器之间还依次连接有第一水泵和膨胀阀；

4.根据权利要求2所述的船用燃料电池热电冷联供系统，其特征在于，所述发生器通过第一管道向所述吸收器输送溴化锂水浓溶液，所述吸收器通过第二管道向所述发生器输送溴化锂水稀溶液；

5.根据权利要求2所述的船用燃料电池热电冷联供系统，其特征在于，所述蒸发器通过供冷管道与所述氢气压缩机连接，所述蒸发器用于向所述氢气压缩机供冷。

6.根据权利要求1所述的船用燃料电池热电冷联供系统，其特征在于，所述供电系统还包括锅炉和蒸汽过热器，所述锅炉的蒸汽出口与所述蒸汽过热器连接，所述蒸汽过热器的出口与所述燃料重整器连接，所述蒸汽过热器用于对所述锅炉产生的蒸汽加热，并输送至所述燃料重整器内。

7.根据权利要求6所述的船用燃料电池热电冷联供系统，其特征在于，所述供电系统还包括第一三通阀和第二三通阀，所述气体换热器的热侧通过所述第一三通阀分别与所述第二三通阀和所述溴化锂制冷模块的发生器连接，所述第二三通阀分别与所述蒸汽过热器和所述锅炉连接。

8.根据权利要求6所述的船用燃料电池热电冷联供系统，其特征在于，所述供电系统还包括凝结水箱、第三三通阀，第二水泵，所述凝结水箱的进口与所述锅炉的出口连接，所述凝结水箱的出口通过所述第三三通阀分别与所述第二水泵和所述水电解装置连接，所述第二水泵与所述锅炉连接，所述凝结水箱用于凝结所述锅炉产生的水蒸气，并将水分别输送至所述锅炉和所述水电解装置。

技术总结本发明涉及一种船用燃料电池热电冷联供系统，包括供电系统和余热回收系统，供电系统包括风力发电机组、太阳能发电机组和燃料电池供电模块，余热回收系统包括涡轮发电模块和溴化锂制冷模块，燃料电池供电模块与涡轮发电模块和溴化锂制冷模块连接，涡轮发电模块用于利用余热进行发电，溴化锂制冷模块用于利用余热供冷和供热。本发明中燃料电池供电模块产生的尾气余热一部分通过涡轮发电模块为船舶供电，另一部分通过溴化锂制冷模块为船舶提供冷能，多余的尾气余热为船舶提供热能，充分利用燃料电池供电模块产生的尾气余热，综合能量利用率高，上述综合供能系统的自耗电和纯氢燃料可通过太阳能和风能获得，保证整个综合供能系统的低碳排放。技术研发人员：王振,赵腾飞,徐菱翌,王迪,彭冰蓉受保护的技术使用者：武汉氢能与燃料电池产业技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11