【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，尤其涉及一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统。
技术介绍
1、现有的工业园区、数据中心、分布式能源站等类微电网形式的供电系统，一般使用传统发电解决方案(风、光、燃气轮机、柴油发动机等)和储能技术(电池、超级电容器、压缩空气储能等)来满足供电需求，但发电设备和储能设备各自独立配置，存在如下缺陷：
2、1、化石能源的使用带来污染和碳排放，有悖双碳大方向；
3、2、一次性投入和运维成本均较高；
4、3、分散式的配置不利用能源的高效利用和管理；
5、4、供电可靠性和灵活性低；
6、5、系统综合供能集成度低、智能化程度低；
7、6、不能有效的参与虚拟电厂服务，不利于新型电力系统和新型综合能源体系建设；
8、7、现有的燃料电池系统多采用车用发动机模块构成，系统寿命短、效率低下。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，有助于建筑、工业等领域深度脱碳，助力构建清洁低碳安全高效的新型能源体系。其技术方案如下：
2、一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，设置于预制舱内，所述综合供能系统包括：
3、氢气供应模块，被配置为接收氢气源并供应给下游模块；
4、氮气吹扫模块，被配置为使用氮气对燃料电池进行吹扫，吹扫内容包括电堆、氢气进排气管道和放散管道；
5、空气供应模块，被配置为通过主动加湿子系统将空气压缩
6、燃料电池电堆模块，被配置为一个或多个并联的电堆组，以氢气供应模块输出的氢气作为氢源输入，以空气供应模块输出的加湿空气作为空气输入，输出电能和热能；
7、热管理模块，被配置为将燃料电池电堆模块汇总输出的热量经由水泵输送至主换热器、储热器和冷却器，通过主换热器将燃料电池发电产生的余热交换给外部冷源进行供热，再通过储热器储存多余的热量，实现热电解耦及热电比可调，同时通过冷却器辅助燃料电池稳定运行；
8、电化学储能模块，被配置为存储燃料电池电堆模块输出的电能，并提供系统启动电源及稳定系统输出；
9、电力电子模块，被配置为通过集成或单独设计的汇流装置将燃料电池电堆模块和电化学储能模块输出的电能通过直流母线输出至电力变换装置，所述电力变换装置将直流电逆变为交流电后对外供电，并作为大电网与微电网的电能连通枢纽对微电网负荷进行供电管理；
10、氢气再利用模块，被配置为将燃料电池电堆模块排出的氢气汇总后作为氢源输入，再次发电并接入直流母线输出至电力变换装置；
11、能量管理模块，被配置为对综合供能系统进行一体化能量管理，学习用户用能习惯并自适应调节响应，根据燃料电池运行特性及能效优化能量调度策略实现综合供能系统全生命周期能效最大化；
12、智能化控制模块，被配置为对系统运行数据进行采集和计算分析，与上级用户及各同类型系统之间进行智能互联互动，响应用户集中控制调度。
13、进一步地，所述氢气供应模块设置有多套减压阀组，用于兼容不同压力的氢源以及充分利用上游储氢系统的剩余氢气；所述氢气供应模块设置为总分形式结构，并在每一个分支路设置安全装置，所述安全装置包括过滤装置、手动切断组件、自动切断组件以及氢气泄漏监测组件；所述氢气供应模块还包括氢气加湿装置，氢气加湿装置利用系统发电产生的水，将氢气加湿后向下供应。
14、进一步地，所述空气供应模块包括空气压缩机、主动加湿子系统及空气供配管路，其中空气压缩机工作产生的余热接入热管理模块，主动加湿子系统将空气压缩机输出的干空气加湿后通过空气供配管路输送至燃料电池电堆模块堆，同时利用热管理模块回收的水补充加湿消耗的水。
15、进一步地，所述燃料电池电堆模块包括一个或多个并联组成的电堆组，其中单个电堆组包括一个或多个电堆，多个电堆采用串联方式连接至该电堆组的直流-直流转换器；在供电方面，多个电堆组并联输出构成稳定电流并通过直流母线供给下游的电力电子模块；在氢气供应方面，以氢气供应模块输出的氢气作为氢源输入；在空气供应方面，以空气供应模块输出的加湿空气作为空气输入；在散热方面，由热管理模块提供总体冷却，并采用并联的方式逐层分配到各个电堆；在废汽排放方面，各电堆组排汽汇总后输出至热管理模块；在氢气排放方面，各电堆组排放的氢气汇总后输出至氢气再利用模块，最后无法利用的氢气输出至氢气放散模块集中放散。
16、进一步地，所述热管理模块包括液泵、主换热器、废汽换热器、冷却器和冷却供配管路，各电堆组汇总输出的热量经由液泵输送至主换热器和冷却器，主换热器将电堆组发电产生的余热交换给外部冷源进行供热，经过换热器后剩余的热量输送至冷却器，冷却器调节系统热输出实现系统输出热电比的宽范围可调，冷却器输出的稳定冷源再通过冷却供配管路返回至各电堆组冷却电堆，如此构成循环；废汽换热器将各电堆组汇总输送的高焓水汽与外部低温水源进行换热，回收废汽中的热量和冷凝的水，其中一部分冷凝水输送至主动加湿模块，另一部分冷凝水对外供应。
17、进一步地，所述电化学储能模块包括电连接的电池管理系统和电池组，电池类型根据系统工况需求进行灵活配置，能够为系统提供启动电源，同时稳定系统输出；当大电网电源异常或断开时，所述电化学储能模块能够在氢气耗尽之前与燃料电池一起支撑微电网运行，保证重要负荷供电不中断。
18、进一步地，所述能量管理模块包括电连接的plc中央控制器、分布式io、传感器、执行器及其间互联的高速现场总线网络，采用环网冗余架构，整体划分为中央控制层、能量管理层和设备交互层共三层架构；所述能量管理模块通过机器学习掌握用户习惯，并采用lstm预测用户需求，使燃料电池工作在舒适的负荷下。
19、进一步地，所述智能化控制模块包括电连接的人机界面、边缘计算多合一控制器、智能网关和无线通信模块，所述智能化控制模块向下实现系统运行数据的本地采集和计算分析，向上实现与上级用户、各同类型系统之间的智能互联互动，响应用户集中控制调度。
20、进一步地，所述综合供能系统设置于预制舱中，预制舱内采用水、电、气、热功能分区，各模块均采用模块化设计并分区布置，其中涉及氢气的分区设置有包含正压通风在内的安全隔离措施；整个预制舱在立体空间采用氢气、空气、水分层设计，根据介质特性降低互相之间的影响，保证系统异常情况下的预制舱安全。
21、进一步地，所述预制舱包括集装箱舱体、通风子系统、消防子系统、氢气检测子系统、照明子系统、声光报警子系统、静电释放子系统和氢气放散子系统，各子系统采用模块化设计与集装箱舱体深度集成，共同构成保证综合供能系统稳定可靠运行的载体。
22、本专利技术的有益效果在于：
23、1、本专利技术的综合供能系统采用一体化设计控制，提高了燃料电池系统能源效率和使用率，能够降低对备用电源、ups等重复配置能源配置的容量和要求，降低用户总拥有成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，设置于预制舱内，其特征在于，所述综合供能系统包括：
2.根据权利要求1所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述氢气供应模块设置有多套减压阀组，用于兼容不同压力的氢源以及充分利用上游储氢系统的剩余氢气；所述氢气供应模块设置为总分形式结构，并在每一个分支路设置安全装置，所述安全装置包括过滤装置、手动切断组件、自动切断组件以及氢气泄漏监测组件；所述氢气供应模块还包括氢气加湿装置，氢气加湿装置利用系统发电产生的水，将氢气加湿后向下供应。
3.根据权利要求1所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述空气供应模块包括空气压缩机、主动加湿子系统及空气供配管路，其中空气压缩机工作产生的余热接入热管理模块，主动加湿子系统将空气压缩机输出的干空气加湿后通过空气供配管路输送至燃料电池电堆模块堆，同时利用热管理模块回收的水补充加湿消耗的水。
4.根据权利要求1所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述燃料电池电堆模块包括一个或多个并联组成的电堆组，其中单个电堆组包括一个或
5.根据权利要求1所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述热管理模块包括液泵、主换热器、废汽换热器、冷却器和冷却供配管路，各电堆组汇总输出的热量经由液泵输送至主换热器和冷却器，主换热器将电堆组发电产生的余热交换给外部冷源进行供热，经过换热器后剩余的热量输送至冷却器，冷却器调节系统热输出实现系统输出热电比的宽范围可调，冷却器输出的稳定冷源再通过冷却供配管路返回至各电堆组冷却电堆，如此构成循环；废汽换热器将各电堆组汇总输送的高焓水汽与外部低温水源进行换热，回收废汽中的热量和冷凝的水，其中一部分冷凝水输送至主动加湿模块，另一部分冷凝水对外供应。
6.根据权利要求1所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述电化学储能模块包括电连接的电池管理系统和电池组，电池类型根据系统工况需求进行灵活配置，能够为系统提供启动电源，同时稳定系统输出；当大电网电源异常或断开时，所述电化学储能模块能够在氢气耗尽之前与燃料电池一起支撑微电网运行，保证重要负荷供电不中断。
7.根据权利要求1所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述能量管理模块包括电连接的PLC中央控制器、分布式IO、传感器、执行器及其间互联的高速现场总线网络，采用环网冗余架构，整体划分为中央控制层、能量管理层和设备交互层共三层架构；所述能量管理模块通过机器学习掌握用户习惯，并采用LSTM预测用户需求，使燃料电池工作在舒适的负荷下。
8.根据权利要求1所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述智能化控制模块包括电连接的人机界面、边缘计算多合一控制器、智能网关和无线通信模块，所述智能化控制模块向下实现系统运行数据的本地采集和计算分析，向上实现与上级用户、各同类型系统之间的智能互联互动，响应用户集中控制调度。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述预制舱内采用水、电、气、热功能分区，各模块均采用模块化设计并分区布置，其中涉及氢气的分区设置有包含正压通风在内的安全隔离措施；整个预制舱在立体空间采用氢气、空气、水分层设计，根据介质特性降低互相之间的影响，保证系统异常情况下的预制舱安全。
10.根据权利要求9所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述预制舱包括集装箱舱体、通风子系统、消防子系统、氢气检测子系统、照明子系统、声光报警子系统、静电释放子系统和氢气放散子系统，各子系统采用模块化设计与集装箱舱体深度集成，共同构成保证综合供能系统稳定可靠运行的载体。
...【技术特征摘要】
1.一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，设置于预制舱内，其特征在于，所述综合供能系统包括：
2.根据权利要求1所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述氢气供应模块设置有多套减压阀组，用于兼容不同压力的氢源以及充分利用上游储氢系统的剩余氢气；所述氢气供应模块设置为总分形式结构，并在每一个分支路设置安全装置，所述安全装置包括过滤装置、手动切断组件、自动切断组件以及氢气泄漏监测组件；所述氢气供应模块还包括氢气加湿装置，氢气加湿装置利用系统发电产生的水，将氢气加湿后向下供应。
3.根据权利要求1所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述空气供应模块包括空气压缩机、主动加湿子系统及空气供配管路，其中空气压缩机工作产生的余热接入热管理模块，主动加湿子系统将空气压缩机输出的干空气加湿后通过空气供配管路输送至燃料电池电堆模块堆，同时利用热管理模块回收的水补充加湿消耗的水。
4.根据权利要求1所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述燃料电池电堆模块包括一个或多个并联组成的电堆组，其中单个电堆组包括一个或多个电堆，多个电堆采用串联方式连接至该电堆组的直流-直流转换器；在供电方面，多个电堆组并联输出构成稳定电流并通过直流母线供给下游的电力电子模块；在氢气供应方面，以氢气供应模块输出的氢气作为氢源输入；在空气供应方面，以空气供应模块输出的加湿空气作为空气输入；在散热方面，由热管理模块提供总体冷却，并采用并联的方式逐层分配到各个电堆；在废汽排放方面，各电堆组排汽汇总后输出至热管理模块；在氢气排放方面，各电堆组排放的氢气汇总后输出至氢气再利用模块，最后无法利用的氢气输出至氢气放散模块集中放散。
5.根据权利要求1所述的一种预制舱式燃料电池新型综合供能系统，其特征在于，所述热管理模块包括液泵、主换热器、废汽换热器、冷却器和冷却供配管路，各电堆组汇总输出的热量经由液泵输送至主换热器和冷却器，主换热器将电堆组发电产生的余热交换给外部冷源进行供热，经过换热器后剩余的热量输送至冷却器，冷却器调节系统热输出实现系统输出热电比的宽范围可调，冷却器输出的稳定冷源再...
【专利技术属性】
技术研发人员：李全领，
申请(专利权)人：东方电气成都氢燃料电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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