一种可逆循环绿色能源转换系统及转换方法_2

文档序号:9812930阅读:来源:国知局
高溫水蒸气,将水蒸气通入SSOEC产氨系统,产生的氨气和 氧气分别储存于储氨和储氧系统中,可进一步将氨气和氧气分别通入SSOFC的阴极和阳极 进行发电。SSOFC发电过程生成的水可W作为SSOEC的水蒸气进行循环利用。
[0032] 本发明的有益效果在于,该对称结构的固体氧化物燃料电池(SSOFC),既可W作为 燃料电池发电装置,也可W作为固体氧化物电解池(SSOEC)制氨装置。SSOF啡日极侧通入氨 气为辅助燃料,通入空气或氧气为氧化气进行发电,外电路可连接负载。SSOFC产生的热量 通过热管理系统回收。利用热管理系统收集的热量通入高溫水蒸气产生系统产生水蒸气。 通过高溫水蒸气控制系统将高溫水蒸气通入SSOEC阴极,那么在SSOE啡日极则通过电化学反 应产生氨气。再将氨气提纯后通入SSOFC的阳极作为燃料继续发电。当然,只需通过更换 SS0FC-SS0EC的气流方向,则能源转换方式可变为SS0EC-SS0FC。最终,形成了一个从化学能 (氨能电能之间可逆的能源转换系统。
[003引目前,怎样能将SOFC与SOEC完美地结合,实现储能与放电的双重应用,怎样提高其 循环稳定性,在两种模式下自由切换,且保持各部件性能的稳定,并且如何降低成本,优化 制备工艺,制备出可商业化的S0FC/S0EC装置,最终能实现发电和储能的联合设备是当前的 一大难点和热点。首先,SSOFC的对称结构可W大大简化制备流程,降低成本。另外,可W在 SSOFC的结构和材料基础上研究各部分材料在高溫高湿环境下的性能。同时该过程也可W 视为将电能W氨能的形式进行储存,制成的此也可W用来燃料电池发电,起到了对大型供 电系统"移峰填谷"的作用,将为"氨电联用"模式和未来氨能经济提供必要的技术支撑。 SS0FC/SS0EC的模块化也为未来灵活调节制氨规模的大型和氨燃料电池发电提供了很大的 便利。进一步,如果SSOEC能采用可再生能源或者先进核反应堆作为能量来源,将有希望实 现氨气的高效和大规模制备。此外,SSOEC技术也可W用于C02的减排和转化,在能源和环境 问题日益严峻的今天具有极为广阔的发展前景。
[0034] 对称结构的SS0FC/SS0EC系统仅通过改变气流方向,就可W实现从SS0FC-SS0EC到 SS0EC-SS0FC能源转换方向的转变,使得电能-化学能和化学能-电能之间的可逆循环成为 可能。
【附图说明】
[0035] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明。
[0036] 图1为本发明SS0FC-SS0EC可逆能源转换系统结构示意图。
[0037] 图中:1、燃料存储罐;2、燃料供给控制系统;3、固体氧化物燃料电池 SS0FC(发电电 池堆);4、DC/AC转化器;5、负载/用户;6、热管理系统;7、高溫水蒸气产生系统;8、水蒸气供 给控制系统;9、固体氧化物电解池 SSOEC(产氨系统);10、氧化气供给控制系统;11、氧气循 环系统;12、气体分离系统;13、储放氨系统。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
[0039] 图1所示,该可逆循环绿色能源转换系统,包括对称固体氧化物燃料电池(SSOFC)S (可作为发电电池堆)和对称固体氧化物电解池(SS0EC)9(可作为产氨系统),所述固体氧化 物燃料电池 SS0FC3通过燃料供给控制系统2与燃料存储罐1相连通,固体氧化物燃料电池 SS0FC3-路连通热管理系统6,另一路连通负载/用户5;热管理系统6经高溫水蒸气产生系 统7连通水蒸气供给控制系统8至固体氧化物电解池 SSOEC 9,固体氧化物电解池 SS0EC9- 路依次经氧化气供给控制系统10、氧气循环系统11连通至固体氧化物燃料电池 SSOFC 3,另 一路经气体分离系统12连通燃料供给控制系统2至固体氧化物燃料电池 SS0FC3的发电电池 堆。
[0040] 其中,固体氧化物燃料电池 (SS0FO3分别通过燃料供给控制系统2供给燃料气,通 过空气进口供给空气,通过固体氧化物电解池 SS0EC9产生的氧气经氧化气供给控制系统10 和氧气循环系统11供给氧气;产生的电能通过DC/AC转化器4分别给负载/用户5和固体氧化 物电解池 SSOEC 9供电。
[0041] 其中,在气体分离系统12与燃料供给控制系统2之间设有储放氨系统13。
[0042] 本实施例中,固体氧化物燃料电池(SS0FC)3发电电池堆和对称固体氧化物电解池 (SS0EC)9产氨系统是同样的结构和材料完全一致的电池堆,在使用过程中也可W只有一台 电池堆,在不同时段、通入不同的气体则可W分别实现发电和储能功能。对电池堆中单电池 的要求是对称结构的单电池,且主要部件在不同气氛中要有足够好的稳定性。系统中所使 用的气体(氧气、氨气和水蒸气)控制系统由气体管路、气体压力表和相应的控制阀等组成, 实现对所通气体种类和流速的控制调节。燃料存储罐主要由氨气气瓶或金属氨化物储氨罐 等储氨设备构成。热管理系统主要包括换热器和相应管路组成。储放氨系统则包括氨气存 储装置、相应控制阀和管路。
[0043] 下面分别对系统各个机构作出详细说明:
[0044] 燃料存储罐1,作为备用燃料通入SS0FC,燃料气主要是氨气;
[0045] 燃料供给控制系统2,主要功能是控制燃料气的流速;
[0046] 固体氧化物燃料电池 SSOFC 3,具体是对称固体氧化物燃料电池 (SSOFC)发电电池 堆,是本系统的核屯、部件之一。SSOFC的基本结构为夹层结构,中间为致密的电解质薄膜,将 合适的对称电极材料丝网印刷或喷涂到电解质片两面,经高溫般烧后制成单电池片,最后 将单电池片和其它部件组装成电池堆。
[0047] DC/AC转化器4,其主要功能是将SSOFC发出的直流电转换为交流电;
[004引负载/用户5,SS0FC所产生的直流电经DC/AC转化器后可W为负载/用户提供源源 不断的电能;
[0049] 热管理系统6,其主要功能是将SSOFC发电过程中所产生的热量进行回收,然后为 高溫水蒸气产生系统提供热源;
[0050] 高溫水蒸气产生系统7,该系统主要利用热管理系统的热量加热液态水,使只变为 高溫水蒸气。产生的高溫水蒸气可W通入SSOEC电池堆反应生成氨气和氧气;
[0051] 水蒸气供给控制系统8,其功能主要是调节高溫水蒸气的流速和流量;
[0052] 对称固体氧化物电解池(SS0EC)9,其结构与固体氧化物燃料电池 SS0FC3发电电池 堆的结构一致,也是对称结构,是本系统的核屯、部件之一。其主要功能是将高溫水蒸气在电 极材料的催化作用下生成氨气和氧气;
[0053] 氧化气供给控制系统10,其主要功能是收集SSOE啡日极侧所产生的氧气,并对氧气 的流速进行调节;
[0054] 氧气循环系统11,其功能主要是将氧化气供给系统中的氧化气通入SSOFC中的阴 极侧;
[0055] 气体分离系统12,其主要功能是将SSOEC产生氨气和水蒸汽混合气进行干燥、分 离,得到纯的氨气;
[0056] 储放氨系统13,其主要功能是储存SSOEC中产生的氨气,另外,可W释放储存的氨 气给SSOFC提供燃料气。
[0化7] 本系统主要的工作原理如下:
[0058] SS0FC:是一种对称结构的固体氧化物燃料电池,该类电池采用的阳极和阴极材料 一致,电解质采用的是阳离子导体和质子导体的致密陶
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1