一种兆瓦级燃料电池电站热管理系统及其控制方法

本发明涉及燃料电池，具体来说，涉及一种兆瓦级燃料电池电站热管理系统及其控制方法。

背景技术：

1、随着环境问题日益突出以及世界各国环保意识增强，氢能作为一种清洁无污染的可再生绿色能源受到了世界各国的广泛关注。氢燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。从全球范围来看，世界主要发达国家从资源、环保等角度出发，都高度重视氢能技术和产业的发展氢能是最具发展前景的新能源之一，世界主要国家和能源企业加快氢能产业布局。双碳背景下，燃料电池发电站是燃料电池的一个重要应用方向，燃料电池发电站需要增加容量来满足大功率电力输出，使得燃料电池系统存在散热效率较低的问题，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、根据上述提出的现有燃料电池系统散热效率较低的技术问题，而提供一种兆瓦级燃料电池电站热管理系统及其控制方法。应用本发明方案可以根据燃料电池电站发电状态及需求，调节各截止阀开关状态及调节冷却水流量调节阀开度，实现燃料电池电站启动时快速加热，燃料电池电站正常运行时，废热提供给用户端回收利用，或者用户端无热需求，废热由冷却塔直接散掉，或者部分废热利用，部分散掉。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种兆瓦级燃料电池电站热管理系统，包括：空压机系统、燃料电池电站发电系统、燃料电池电站内冷却系统和燃料电池电站外冷却系统；

4、所述空压机系统包括空压机和第一换热器；

5、所述燃料电池电站内冷却系统包括第一内冷却分支管路、第二内冷却分支管路和第三内冷却分支管路，其中：

6、所述第一内冷却分支管路用于将燃料电池电站发电系统流出的冷却水引导至第一换热器进行换热处理后再送回燃料电池电站发电系统，

7、所述第二内冷却分支管路用于将燃料电池电站发电系统流出的冷却水引导至第二换热器进行换热处理后再送回燃料电池电站发电系统，

8、所述第三内冷却分支管路用于将燃料电池电站发电系统流出的冷却水引导至第三换热器进行换热处理后再送回燃料电池电站发电系统；

9、所述燃料电池电站外冷却系统包括第一外冷却分支管路和第二外冷却分支管路，其中：

10、所述第一外冷却分支管路用于将用户端流出的冷却水引导至第二换热器进行换热处理后再送回用户端；

11、所述第二外冷却分支管路包括两条并联回路：并联回路一将冷却塔流出的冷却水引导至第一换热器进行换热处理后再送回冷却塔，并联回路二将冷却塔流出的冷却水引导至第三换热器进行换热处理后再送回冷却塔。

12、进一步地，所述系统还包括冷却系统控制器，所述冷却系统控制器用于根据使用需求控制第一内冷却分支管路、第二内冷却分支管路、第三内冷却分支管路、第一外冷却分支管路和第二外冷却分支管路的通断动作。

13、进一步地，所述第一内冷却分支管路、第二内冷却分支管路和第三内冷却分支管路上分别设置有截止阀和流量控制阀。

14、进一步地，所述第一外冷却分支管路和第二外冷却分支管路上分别设置有截止阀和流量控制阀。

15、本发明还公开了一种如上述兆瓦级燃料电池电站热管理系统的控制方法，包括以下步骤：

16、燃料电池发电系统启动时，导通第一内冷却分支管路，同时阻断第二内冷却分支管路和第三内冷却分支管路，使燃料电池冷却水与经第一换热器换热，实现快速加热燃料电池冷却水至工作温度；

17、当燃料电池冷却水升温至工作温度后，打开第二外冷分支管路并联回路二，并按换热需求控制并联回路二流量，阻断第一内冷却分支管路，根据需求全部打开或关闭第二内冷却分支管路和第三内冷却分支管路，具体来说：

18、当需求为废热全部利用，阻断第一内冷却分支管路和第三内冷却分支管路，导通第二内冷却分支管路，与用户端进行热量交换，实现废热全部利用，

19、当无废热利用需求，阻断第一内冷却分支管路和第二内冷却分支管路，导通第三内冷却分支管路，与第三换热器进行热量交换，实现内冷却系统散热，

20、当有部分废热利用需求，部分损失时，阻断第一内冷却分支管路，导通第二内冷却分支管路和第三内冷却分支管路，实现部分废热利用。

21、进一步地，还包括以下步骤：

22、燃料电池发电系统启动后，空压机后冷器温度超过设定值时，打开第二外冷分支管路并联回路一，经由第一换热器给空压机后冷器散热，保持空压机后冷器的工作温度。

23、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

24、基于本发明系统，燃料电池电站启动时，利用空压机废热与电站冷却水换热，快速加热燃料电池冷却水之燃料电池工作温度，实现燃料电池电站快速发电；同时可根据需求全部利用、部分或不利用燃料电池电站稳定运行时产生的废热，实现燃料电池电站运行的热管理，提升燃料电池电站的效率。

技术特征：

1.一种兆瓦级燃料电池电站热管理系统，其特征在于，包括：空压机系统、燃料电池电站发电系统、燃料电池电站内冷却系统和燃料电池电站外冷却系统；

2.根据权利要求1所述的一种兆瓦级燃料电池电站热管理系统，其特征在于，所述系统还包括冷却系统控制器，所述冷却系统控制器用于根据使用需求控制第一内冷却分支管路、第二内冷却分支管路、第三内冷却分支管路、第一外冷却分支管路和第二外冷却分支管路的通断动作。

3.根据权利要求2所述的一种兆瓦级燃料电池电站热管理系统，其特征在于，所述第一内冷却分支管路、第二内冷却分支管路和第三内冷却分支管路上分别设置有截止阀和流量控制阀。

4.根据权利要求3所述的一种兆瓦级燃料电池电站热管理系统，其特征在于，所述第一外冷却分支管路和第二外冷却分支管路上分别设置有截止阀和流量控制阀。

5.一种如权利要求1所述兆瓦级燃料电池电站热管理系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的兆瓦级燃料电池电站热管理系统的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种兆瓦级燃料电池电站热管理系统及其控制方法。系统包括：空压机系统、燃料电池电站发电系统、燃料电池电站内冷却系统和燃料电池电站外冷却系统；所述燃料电池电站内冷却系统包括第一内冷却分支管路、第二内冷却分支管路和第三内冷却分支管路，所述燃料电池电站外冷却系统包括第一外冷却分支管路和第二外冷却分支管路。应用本发明方案可以根据燃料电池电站发电状态及需求，调节各截止阀开关状态及调节冷却水流量调节阀开度，实现燃料电池电站启动时快速加热，燃料电池电站正常运行时，废热提供给用户端回收利用。

技术研发人员：郑利民,侯明,艾军,王萌,邵志刚,国洪东
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15