一种用于现代农业加工的燃料电池综合能源利用系统及方法与流程

本发明涉及一种用于现代农业加工的燃料电池综合能源利用系统及方法，属于能源综合利用技术领域，具体用于现代农业加工的能源综合利用。

背景技术：

现代农业加工过程中的发酵、干燥等低温用热工序，目前基本上是用电直接加热的。发酵和干燥工艺用热时间较长但所需温度不高，一般低品位的余热都能满足。使用高品位能源电去产生这个温度的热，将会出现很严重的高品质能源低级利用的现象。此外，现代农业加工宜就地加工，减少运输成本，提高产品新鲜度，然而农业园区一般远离人口密集地，大部分地区的农业园区没有电网覆盖，或者仅有低等级低容量的电网，无法满足现代农业加工的需求。

目前也有将燃料电池技术用于现代农业中的，如公开日为2014年09月24日，公开号为CN203840857U的中国专利中，公开了一种基于燃料电池的附属排气生态农业利用系统；公开日为2018年06月22日，公开号为CN108199061A的中国专利中，公开了一种农机燃料电池加气系统、加气装置及加气方法；这些技术难以实现对现代农业加工进行能源综合利用。

综上所述，目前还没有一种合理，高效的能源系统可对现代农业加工进行能源综合利用及管理。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的用于现代农业加工的燃料电池综合能源利用系统及方法。该用于现代农业加工的燃料电池综合能源利用系统及方法基于燃料电池发电设备的能源利用率高，可调控性强的系统，对现代农业加工进行综合能源利用及管理。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该用于现代农业加工的燃料电池综合能源利用系统包括干燥间、发酵间、仓储间和包装间，所述干燥间和发酵间连接；其结构特点是：还包括燃料电池装置、沼气池、燃气供应系统和水池，所述燃气供应系统和燃料电池装置连接，所述燃料电池装置和干燥间连接，所述发酵间和沼气池连接，所述水池和沼气池连接，所述仓储间和包装间均与水池连接，所述燃料电池装置和沼气池连接。

作为优选，本发明所述沼气池、干燥间和发酵间均设置有换热系统。

作为优选，本发明所述燃料电池装置选用高温固体氧化物燃料电池（SOFC）。

作为优选，本发明所述燃料电池综合能源利用系统还包括溴化锂机组，所述溴化锂机组和燃料电池装置连接。

一种如所述的用于现代农业加工的燃料电池综合能源利用系统的方法，其特点是：燃料电池装置在发电过程中，产生的电量满足现代农业加工中各种设备及工艺所需的电耗，包括杀青、焙火、切割、传输、包装、空调及日常用电；产生的高温尾气，用于满足现代农业加工环节中的干燥、发酵等的较低品味的用热需求，提高了能源综合利用率；现代农业加工过程中产生的各种有机废料进入沼气池，厌氧环境下发酵产生供燃料电池运行的可燃气体，当沼气不足的时候，采用管道气或瓶装气等外购燃气。

作为优选，本发明燃料电池装置的电解质类型需采用可导通氧离子的电解质，氧离子穿过电解质来到阳极与燃料气发生反应；一般而言，沼气池出来的可燃气体以甲烷为主，但多成分并存，燃料电池装置的阳极需兼容各种成分的氧化反应；燃料电池装置的电力输出及尾气热量输出的比例可以调节，以满足农业加工过程中所需的电量与热量比例；可通过调整可燃气体在燃料电池的电堆区放电反应的充分程度来实现电量与热量比例的调节，未反应的气体可在后续的阳极尾气氧化器中释放热量；根据现代农业加工的具体工艺安排燃料电池装置发电和产热的比例，以尽量提高能源综合利用率。

作为优选，本发明利用燃料电池装置发电过程中产生的尾气，分别经过干燥间和发酵间的换热器，产生一定温度的热空气，以满足农产品的干燥和发酵所需的温度要求；换热面积和尾气进气量根据实际工艺所需温度确定。

作为优选，本发明从发酵间出来的尾气与沼气池换热，将余热用于沼气发酵，提高沼气池的出气效率，再通过水池换热冷却后，温度接近室温，又经干燥、过滤、除杂处理后，主要成分为二氧化碳和氮气，引入仓储间和包装间，用于农产品保鲜；低氧含量的气体环境有利于农产品保存，提高农产品出厂品质。

作为优选，本发明水池中的水可抽自地下水，作为灌溉及日常用水及电力调峰；如果出现短时间内用热相对不足，而电力富余的情况，可通过抽地下水到水池，灌溉农业园区来消纳多余电力，此外产品包装、切割、焙火等可灵活用电的工艺环节也可安排作为调峰之用。

作为优选，本发明沼气进入燃料电池装置前进行脱硫处理。

作为优选，本发明如生产的农产品需要冷藏保鲜，可增设溴化锂机组，利用燃料电池尾气余热进行制冷。

作为优选，本发明用于现代农业加工的燃料电池综合能源利用系统可自称孤立体系，如有并网条件，也可与电网耦合运行。

作为优选，本发明对于新工艺或特殊工艺的用热环节，可另额外增设换热设备，为其供热。

作为优选，本发明沼气池的发酵物可作为肥料对农业园区进行土壤改良，实现物质循环利用。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：针对目前现代农业加工的各工序采用电能高品位能低级利用的现象。本发明提出了一种基于燃料电池装置的综合能源管理利用系统及方法，利用燃料电池装置产生的电量满足现代农业加工中各种设备及工艺所需的电耗，如杀青、焙火、切割、传输、包装、空调及日常用电；产生的高温尾气，用于满足现代农业加工环节中的干燥、发酵等较低品味的用热需求，实现了能源梯级利用，提供综合能源利用率，同时充分就地取材，利用现代农业加工过程中产生的有机废料产生沼气，为燃料电池提供清洁能源可燃气体，减少化石能源消耗，响应国家节能减排号召。此外，应用本发明所提出系统的现代农业加工可在远离居民点及电网覆盖区域的农业园区附近加工，减少场地及运输成本，提高产品新鲜度及品质。综合以上几点改进，本发明所描述的综合能源管理利用系统大大提高了现代农业加工的经济性及市场竞争力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对实施例和/或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中用于现代农业加工的燃料电池综合能源利用系统的结构示意图。

图中：1—燃料电池装置；2—沼气池；3—燃气供应系统；4—水池；5—干燥间； 6—发酵间；7—仓储间；8—包装间。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例中的用于现代农业加工的燃料电池综合能源利用系统包括燃料电池装置1、沼气池2、燃气供应系统3、水池4、干燥间5、发酵间6、仓储间7和包装间8。

本实施例中的干燥间5和发酵间6连接；其特征是：还包括，所述燃气供应系统3和燃料电池装置1连接，所述燃料电池装置1和干燥间5连接，所述发酵间6和沼气池2连接，所述水池4和沼气池2连接，所述仓储间7和包装间8均与水池4连接，所述燃料电池装置1和沼气池2连接。

本实施例中的沼气池2、干燥间5和发酵间6均设置有换热系统。燃料电池装置1选用高温固体氧化物燃料电池。燃料电池综合能源利用系统还包括溴化锂机组，所述溴化锂机组和燃料电池装置1连接。

本实施例中的用于现代农业加工的燃料电池综合能源利用系统的方法为：燃料电池装置1在发电过程中，产生的电量满足现代农业加工中各种设备及工艺所需的电耗，包括杀青、焙火、切割、传输、包装、空调及日常用电；产生的高温尾气，用于满足现代农业加工环节中的干燥、发酵等的较低品味的用热需求，提高了能源综合利用率；现代农业加工过程中产生的各种有机废料进入沼气池2，厌氧环境下发酵产生供燃料电池运行的可燃气体，当沼气不足的时候，采用管道气或瓶装气等外购燃气。

本实施例中的燃料电池装置1的电解质类型需采用可导通氧离子的电解质，氧离子穿过电解质来到阳极与燃料气发生反应；一般而言，沼气池2出来的可燃气体以甲烷为主，但多成分并存，燃料电池装置1的阳极需兼容各种成分的氧化反应；燃料电池装置1的电力输出及尾气热量输出的比例可以调节，以满足农业加工过程中所需的电量与热量比例；可通过调整可燃气体在燃料电池的电堆区放电反应的充分程度来实现电量与热量比例的调节，未反应的气体可在后续的阳极尾气氧化器中释放热量；根据现代农业加工的具体工艺安排燃料电池装置1发电和产热的比例，以尽量提高能源综合利用率。

本实施例中的利用燃料电池装置1发电过程中产生的尾气，分别经过干燥间5和发酵间6的换热器，产生一定温度的热空气，以满足农产品的干燥和发酵所需的温度要求；换热面积和尾气进气量根据实际工艺所需温度确定。

本实施例中的从发酵间6出来的尾气与沼气池2换热，将余热用于沼气发酵，提高沼气池2的出气效率，再通过水池4换热冷却后，温度接近室温，又经干燥、过滤、除杂处理后，主要成分为二氧化碳和氮气，引入仓储间7和包装间8，用于农产品保鲜；低氧含量的气体环境有利于农产品保存，提高农产品出厂品质。

本实施例中的水池4中的水可抽自地下水，作为灌溉及日常用水及电力调峰；如果出现短时间内用热相对不足，而电力富余的情况，可通过抽地下水到水池4，灌溉农业园区来消纳多余电力，此外产品包装、切割、焙火等可灵活用电的工艺环节也可安排作为调峰之用。燃气供应系统3可以为外购燃气供应系统，可以为市售燃气供应系统。

本实施例提供了一种用于现代农业加工的燃料电池综合能源利用系统。目前加工过程中基本上是用电直接加热，其中的发酵和干燥工艺用热时间较长但所需温度不高，一般低品位的余热都能满足。针对目前现代农业加工的各工序采用电能高品位能低级利用的现象，提出了一种基于燃料电池装置的综合能源管理利用系统及方法，利用燃料电池装置（1）产生的电量满足现代农业加工中各种设备及工艺所需的电耗，如杀青、焙火、切割、传输、包装、空调及日常用电；产生的高温尾气，用于满足现代农业加工环节中的干燥、发酵等较低品味的用热需求，提高了能源综合利用率，同时充分就地取材，利用现代农业加工过程中产生的有机废料产生沼气，为燃料电池提供清洁能源可燃气体，减少化石能源消耗，响应国家节能减排号召。此外，应用本实施例所提出系统的现代农业加工可在远离居民点及电网覆盖区域的农业园区附近加工，减少场地及运输成本，提高产品新鲜度及品质。综合以上几点改进，本实施例所描述的综合能源管理利用系统大大提高了现代农业加工的经济性及市场竞争力。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。