一种用于工厂化养殖的热电联供微网系统及余热回收方法

本发明涉及工业化养殖领域，尤其涉及一种用于工厂化养殖的热电联供微网系统及余热回收方法。

背景技术：

1、工厂化养殖可以有效提升养殖水产品的产量，同时使出产的水产品规格较为一致。但在高密度的工厂化养殖下，养殖生境极为脆弱，溶氧量、氨氮含量等环境指标极易发生变化。因此，工厂化养殖高度依赖相关养殖设备，利用增氧装置、自动投喂装置和水循环装置等维持养殖环境的稳定，对电能需求较大，且需要持续可靠的供电，供电中断会造成环境指标的失衡，从而造成养殖水产品的大量死亡。

2、另一方面，可逆固体氧化物电池(rsoc)的微电网可作为固体氧化物燃料电池(sofc)和固体氧化物电解电池(soec)交替运行，为养殖工厂提供稳定的电力供应。rsoc的工作温度在600摄氏度到900摄氏度之间，随着反应的进行会不断排出温度较高的产物水。同时燃料电池内部会升温，温度过高会降低电池的输出性能，为了使核心温度下降从而高效的反应发电，需要采用冷却水对其冷却，冷却水循环之后温度也会较高，这些高温废水直接排放会造成大量的能量浪费和水资源浪费。

技术实现思路

1、本发明主要目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提出一种用于工厂化养殖的热电联供微网系统及余热回收方法，利用养殖工厂环境搭建包含固体氧化物电池的微电网，用微电网供电的同时，采用市电进行辅助,既能提高供电可靠性，又能减少余热的浪费，保证了工厂化养殖系统安全、高效、可靠的运行。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种用于工厂化养殖的热电联供微网系统，其包括：

3、光伏阵列，设置在养殖厂区，用于提供电能；在满足养殖工厂的负荷用电需求后，剩余电能输送至储能装置以及rsoc装置；

4、rsoc装置利用光伏阵列的剩余电能电解制氢，将氢气存储在固态材料中，制氢的副产物氧气输送至养殖工厂内以提升养殖水池内的溶解氧浓度；rsoc装置利用利用余热为养殖水池提供热水，以维持养殖水池的水温；

5、所述光伏阵列、储能装置、rsoc装置、养殖负荷均通过相应的变换器与直流母线连接构成直流微网，各变换器由能量管理系统控制。

6、本发明的进一步改进在于：还包括缓冲池以及用于收集rsoc装置高温废水的储热装置；所述缓冲池用于将低温回水与储热装置中的热水进行混合，使得缓冲池中的水温处于养殖水池所需的温度范围；缓冲池用于向养殖水池供水。

7、本发明的进一步改进在于：所述rsoc装置的余热包括对电池系统进行降温产生的高温冷却水以及rsoc装置工作在燃料电池模式下由燃料反应产生的高温水。

8、本发明的进一步改进在于：当光伏阵列的发电能力不足时，采用储能装置和\或rsoc装置为养殖负荷供电；当所述rsoc装置供电时，工作于燃料电池模式，采用固态材料中储存的氢气发电。

9、本发明的进一步改进在于：直流微网依次通过静态开关以及dc-ac变换器与配电网进行连接；该静态开关以及dc-ac变换器与所述能量管理系统连接，并由所述能量管理系统控制；当直流微网的供电能力不足时，所述能量管理系统控制该静态开关导通，使得直流微网进入并网运行状态；当所述直流微网内部电能供应充足时，所述能量管理系统控制该静态开关断开，使得所述直流微网进入孤岛运行模式。

10、本发明的进一步改进在于：储能装置经过dc-dc变换器升压与直流母线相连；光伏阵列经过dc-dc变换器与直流母线连接；rsoc装置经过dc-dc变换器与直流母线连接；养殖负荷包括增氧机，增氧机经过单独dc-ac逆变器与直流母线相连，其他养殖负荷通过另一dc-ac逆变器与直流母线连接，经过逆变器将直流电变换为交流电后进行供电；能量管理系统对各变换器进行控制，以控制直流微网内部的功率流动以及电压稳定。

11、本发明还提供一种余热回收方法，采用上述的用于工厂化养殖的热电联供微网系统进行实施，其包括：将rsoc装置产生的废水采用储热装置进行容纳存储；监测储热装置中的热废水的水温、低温回水的水温、缓冲池中的水温t；当缓冲池中的水温t大于养殖水池的水温上限t2时加大低温回水的注入流量以降低缓冲池中的水温t；当缓冲池中的水温t小于养殖水池的水温下限t1时加大高温废水的注入流量以提升缓冲池中的水温t；当缓冲池中的水温t处于温度范围t1～t2内时，将缓冲水池内的水输送至养殖水池中。

12、本发明提供的装置及方法具有以下技术效果：通过将热电联供微电网和工厂化养殖进行结合应用，加以利用基于固态储氢的氢燃料固体氧化物燃料电池的反应余热，既能维持养殖系统的可靠稳定供能、最大程度地利用可再生能源，又能避免余热浪费。同时保证工厂化养殖系统的安全、高效、可靠的运行。

13、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

技术特征：

1.一种用于工厂化养殖的热电联供微网系统，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于工厂化养殖的热电联供微网系统，其特征在于：还包括缓冲池以及用于收集rsoc装置高温废水的储热装置；所述缓冲池用于将低温回水与储热装置中的热水进行混合，使得缓冲池中的水温处于养殖水池所需的温度范围；缓冲池用于向养殖水池供水。

3.根据权利要求2所述的一种用于工厂化养殖的热电联供微网系统，其特征在于：所述rsoc装置的余热包括对电池系统进行降温产生的高温冷却水以及rsoc装置工作在燃料电池模式下由燃料反应产生的高温水。

4.根据权利要求1所述的一种用于工厂化养殖的热电联供微网系统，其特征在于：当光伏阵列的发电能力不足时，采用储能装置和\或rsoc装置为养殖负荷供电；当所述rsoc装置供电时，工作于燃料电池模式，采用固态材料中储存的氢气发电。

5.根据权利要求4所述的一种用于工厂化养殖的热电联供微网系统，其特征在于：直流微网依次通过静态开关以及dc-ac变换器与配电网进行连接；该静态开关以及dc-ac变换器与所述能量管理系统连接，并由所述能量管理系统控制；当直流微网的供电能力不足时，所述能量管理系统控制该静态开关导通，使得直流微网进入并网运行状态；当所述直流微网内部电能供应充足时，所述能量管理系统控制该静态开关断开，使得所述直流微网进入孤岛运行模式。

6.根据权利要求1所述的一种用于工厂化养殖的热电联供微网系统，其特征在于：储能装置经过dc-dc变换器升压与直流母线相连；光伏阵列经过dc-dc变换器与直流母线连接；rsoc装置经过dc-dc变换器与直流母线连接；养殖负荷包括增氧机，增氧机经过单独dc-ac逆变器与直流母线相连，其他养殖负荷通过另一dc-ac逆变器与直流母线连接，经过逆变器将直流电变换为交流电后进行供电；能量管理系统对各变换器进行控制，以控制直流微网内部的功率流动以及电压稳定。

7.一种余热回收方法，采用权利要求1至6中任一所述的用于工厂化养殖的热电联供微网系统进行实施，其特征在于包括：将rsoc装置产生的废水采用储热装置进行容纳存储；监测储热装置中的热废水的水温、低温回水的水温、缓冲池中的水温t；当缓冲池中的水温t大于养殖水池的水温上限t2时加大低温回水的注入流量以降低缓冲池中的水温t；当缓冲池中的水温t小于养殖水池的水温下限t1时加大高温废水的注入流量以提升缓冲池中的水温t；当缓冲池中的水温t处于温度范围t1～t2内时，将缓冲水池内的水输送至养殖水池中。

技术总结
本发明公开了一种用于工厂化养殖的热电联供微网系统及余热回收方法，该系统包括：光伏阵列，用于提供电能，并将剩余电能输送至储能装置以及RSOC装置；RSOC装置利用光伏阵列的剩余电能电解制氢，将氢气存储在固态材料中，制氢的副产物氧气输送至养殖工厂内以提升养殖水池内的溶解氧浓度；RSOC装置利用利用余热为养殖水池提供热水，以维持养殖水池的水温；所述光伏阵列、储能装置、RSOC装置、养殖负荷均通过相应的变换器与直流母线连接构成直流微网，各变换器由能量管理系统控制。本方案将热电联供微电网和工厂化养殖进行结合应用，并利用固体氧化物燃料电池的反应余热，既能维持养殖系统的可靠稳定供能、最大程度地利用可再生能源。

技术研发人员：许竞翔,容卓静,黄凯鑫,范嘉文,胡庆松,杨琛
受保护的技术使用者：上海海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24