專利名稱：多能源產出的分布式能源系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于能源領域，涉及能源產生系統(tǒng)，尤其是能產出多種能源的能源系統(tǒng)。
背景技術：
傳統(tǒng)分布式能源是在一定范圍內利用管網和電網向區(qū)內同時提供電力、熱水和空調冷熱 的綜合加工廠。該系統(tǒng)將能源按品位梯級利用，因此系統(tǒng)綜合能源效率高、環(huán)境排放少，能 提高供電的安全性，減少大面積停電造成的損失。然而，在這種能源動力系統(tǒng)中，含碳燃料 化學能的轉換利用過程通常是以直接燃燒方式將其轉化為熱，熱再依卡諾循環(huán)效率的限制轉 化為機械能?；跓崃ο到y(tǒng)的品位梯級利用原理及系統(tǒng)優(yōu)化集成理論，能源動力系統(tǒng)從簡單 熱力循環(huán)到復合熱力循環(huán)的發(fā)展充分實現(xiàn)物理能的梯級利用，提高了能源利用率。但是，值 得注意的是，能源動力系統(tǒng)中能的品位最大損失并非發(fā)生在物理能的傳遞與轉化過程，而是 發(fā)生在化學能轉化為物理能的燃燒過程。目前，減少燃料燃燒過程的品位損失的主要方法僅 限于提高熱力循環(huán)的初溫，然而，熱力循環(huán)溫度的提高還受到材料發(fā)展等多種因素的制約， 因此，真正實質性的突破應著眼于如何降低燃料化學能的釋放過程中能量釋放側的品位。為 此要將物理能的梯級利用概念拓展到化學能及化學能向物理能轉化的階段，實現(xiàn)化學能與物 理能的綜合梯級利用。
質子交換膜燃料電池(PEMFC)使用氫氣作為燃料，因其高功率密度，無污染，低溫操 作和低噪聲等特性，在許多領域都有潛在的應用前景。燃料電池汽車(FCV)以PEMFC為動力， 因此可兼顧能源和環(huán)境，世界各國己意識到它是未來汽車業(yè)發(fā)展的最好選擇，它已經越來越 多地受到各國政府和幾乎所有國際著名汽車制造商的重視。
我國已于2002年啟動了 863高科技重大專項，開展燃料電池汽車及相關零部件的研發(fā)。 在北京2008年奧運會上，20輛燃料電池車成功完成了接送貴賓的任務，展示了良好的發(fā)展 前景。上海也在制定結合2010年世界博覽會的清潔汽車的商業(yè)化運營計劃。
隨著FCV技術的不斷完善和商業(yè)化應用的來臨，氫基礎設施的建設和氫氣的品質將成為 重要的決定因素。迄今為止，氫氣的主要也是最可靠的規(guī)模來源還是天然氣、煤、石油的重 整和電解水。采用重整制氫如果選用化石燃料為原料，只是以氫作為核心清潔能源載體的能 源體系的能源來源的過渡性解決方案，但如果采用的是以生物質氣為原料(比如沼氣)的話， 將具有巨大的發(fā)展前景。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種多能源產出的分布式能源系統(tǒng)，具有產生高能效的清潔能源氫氣的功能，還能夠連續(xù)不斷地提供電力、空調或其它用途的冷、熱。 為達到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是
一種多能源產出的分布式能源系統(tǒng)，其包括燃料驅動動力機、發(fā)電機、補燃裝置、重整 制氫裝置、氫氣提純裝置、制冷機，動力機向發(fā)電機提供熱能供其發(fā)電，動力機排出的煙氣 與氫氣提純裝置提純氫氣后產生的不純尾氣進入補燃裝置燃燒，燃燒產生的煙氣進入重整制 氫裝置為重整制氫供熱量，重整制氫制得的氫氣經由氫氣提純裝置提純后供氫，重整制氫裝 置的尾氣進入吸收式制冷機進行制冷、制熱或提供熱水。
進一歩，其還包括壓縮機，設于氫氣提純裝置前，為氫氣提純提供壓力。
該重整制氫裝置包含有重整反應器，還包括一個或多個熱交換器，重整反應器制得的氫 氣依次經過熱交換器換熱后進入氫氣提純裝置。
該重整制氫裝置包含有重整反應器，還包括一個或多個熱交換器，重整反應器制得的氫 氣依次經過熱交換器換熱后進入壓縮機壓縮并由氫氣提純裝置提純。
該燃料驅動動力機為燃氣輪機。
該燃料驅動動力機為燃氣內燃機或柴油機。
其還包括缸套水熱交換機、制冷機，燃氣內燃機或柴油機的缸套水進入吸收式制冷機的 低溫發(fā)生器制冷或產生熱水或進入缸套水熱交換器產生熱水。 由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點
1. 本系統(tǒng)不僅擁有通常分布式發(fā)電循環(huán)中具有的能量梯級利用的優(yōu)點，更重要的是將冷、 熱、電聯(lián)產的傳統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)循環(huán)過程中產生的低品位的熱能提供給制氫化學過程 以產生具有更高能量品位的氫氣，同時將制氫提純過程產生的可燃尾氣加以利用，進一 歩提高分布式冷、熱、電、氫氣的能源共生系統(tǒng)的效率。
2. 減少了對電網供電的依賴，增加了在電網供電發(fā)生故障下的供電的安全性。
3. 能夠以生物質為原料，為小型基地提供冷、熱、電，為燃料電池車和飛行器提供氫燃料， 由此建立不依賴大電網的小型、高效、清潔的"能源島"。
4. 隨著燃料電池車的逐歩推廣，在沒有電網供電但生物質相對比較充分的偏遠地區(qū)，該系 統(tǒng)不僅可以為燃料電池車提供氫氣加注，而且為氫氣加注站及附近居民提供電力、空調 冷熱和熱水。
5. 由于能源利用效率的提高，大大減小了C02的排放，同時由于和清潔能源氫氣的制取及 燃氣式分布式發(fā)電技術相結合，也會大大減小NOx， CO， S02等污染物的排放。
圖1為動力機為燃氣輪機的電、冷、熱、氫的共生能源系統(tǒng)結構圖。 圖2為動力機為燃氣輪機的電、冷、熱、氫的共生能源系統(tǒng)具體實施圖。 圖3為動力機為燃氣內燃機或柴油機的電、冷、熱、氫的共生能源系統(tǒng)結構圖。
具體實施例方式
以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
本發(fā)明將冷、熱、電聯(lián)產的傳統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)循環(huán)過程中產生的低品位的熱能提供給 制氫化學過程以產生具有更高能量品位的氫氣，反應余熱再通過熱力循環(huán)的梯級利用來加以 充分利用。同時，本發(fā)明將制氫提純過程產生的可燃尾氣進一歩利用，進一步提高分布式冷、 熱、電、氫氣的能源共生系統(tǒng)的效率。 實施例1
根據圖1所示，共生能源系統(tǒng)由燃氣輪機1、發(fā)電機2、補燃裝置3、重整制氫裝置5、 吸收式制冷機4、氫氣提純裝置8組成，其中燃氣輪機1和發(fā)電機2可以集成在一起成為燃 氣輪機發(fā)電裝置，補燃裝置3和重整制氫裝置5可以集成在一起成為復合的重整制氫裝置。 能夠連續(xù)不斷地提供電力、空調或其它用途的冷、熱和清潔能源的載體氫氣。燃氣輪機1通 過燃燒燃氣或油產生能源供給發(fā)電機2發(fā)電，燃氣輪機1的排煙與重整制氫提純裝置8提純 氫氣后產生的不純可燃尾氣在補燃裝置3中補燃后進入重整制氫裝置5，為重整反應提供熱 量，重整制氫裝置5的尾氣通入吸收式制冷機4制冷(夏天)或供熱(冬天)，或全年提供熱 水。如圖2所示具體實現(xiàn)圖，重整制氫裝置5所制得的氫氣經過熱交換器11與進入重整制氫 裝置5的反應原料氣進行熱交換，自身被冷卻，接著進入熱交換器10被冷卻劑進一步冷卻后 經過氫壓縮機9加壓后進入氫氣提純裝置8，氫氣經過提純后為外界提供純凈氫氣。增設的 壓縮機9可以為氫氣提純提供必要的壓力。上面所述重整制氫裝置5包含有重整反應器、并 可以包含一個或多個熱交換器(如圖2中所示熱交換器11和熱交換器10)。 實施例2
根據圖3所示，共生能源系統(tǒng)用燃氣內燃機或柴油機代替燃氣輪機，可以增加缸套水熱 交換器6及相應修改吸收式制冷機以適應低溫缸套水的利用而組成，燃氣內燃機或柴油機7 通過發(fā)電機2發(fā)電后，其排煙經過與重整制氫提純中產生的不純可燃尾氣在補燃裝置3中補 燃后進入重整制氫裝置5，為重整反應提供熱量，尾氣通入吸收式制冷機4制冷或供熱。柴 油機的缸套水進入吸收式制冷機4的低溫發(fā)生器制冷或產生熱水或進入缸套水熱交換器6產 生熱水，也可以同時進入吸收式制冷機4和缸套水熱交換器6。重整制氫裝置5所制得的氫 氣經過氫氣提純裝置8提純后為外界提供氫氣。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉 本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應 用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技 術人員根據本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種多能源產出的分布式能源系統(tǒng)，其特征在于其包括燃料驅動動力機、發(fā)電機、補燃裝置、重整制氫裝置、氫氣提純裝置、制冷機，動力機向發(fā)電機提供熱能供其發(fā)電，動力機排出的煙氣與氫氣提純裝置提純氫氣后產生的不純尾氣進入補燃裝置燃燒，燃燒產生的煙氣進入重整制氫裝置為重整制氫供熱量，重整制氫制得的氫氣經由氫氣提純裝置提純后供氫，重整制氫裝置的尾氣進入吸收式制冷機進行制冷、制熱或提供熱水。
2、 如權利要求l所述的多能源產出的分布式能源系統(tǒng)，其特征在于其還包括壓縮機， 設于氫氣提純裝置前，為氫氣提純提供壓力。
3、 如權利要求l所述的多能源產出的分布式能源系統(tǒng)，其特征在于該重整制氫裝置包 含有重整反應器，還包括一個或多個熱交換器，重整反應器制得的氫氣依次經過熱交換器換 熱后進入氫氣提純裝置。
4、 如權利要求2所述的多能源產出的分布式能源系統(tǒng)，其特征在于該重整制氫裝置包 含有重整反應器，還包括一個或多個熱交換器，重整反應器制得的氫氣依次經過熱交換器換 熱后進入壓縮機壓縮并由氫氣提純裝置提純。
5、 如權利要求l-4任一項所述的多能源產出的分布式能源系統(tǒng)，其特征在于該燃料驅 動動力機為燃氣輪機。
6、 如權利要求l-4任一項所述的多能源產出的分布式能源系統(tǒng)，其特征在于該燃料驅 動動力機為燃氣內燃機或柴油機。
7、 如權利要求6所述的多能源產出的分布式能源系統(tǒng)，其特征在于其還包括缸套水熱 交換機、制冷機，燃氣內燃機或柴油機的缸套水進入吸收式制冷機的低溫發(fā)生器制冷或產生 熱水或進入缸套水熱交換器產生熱水。
全文摘要
一種多能源產出的分布式能源系統(tǒng)，其包括燃料驅動動力機、發(fā)電機、補燃裝置、重整制氫裝置、氫氣提純裝置、制冷機，動力機向發(fā)電機提供熱能供其發(fā)電，動力機排出的煙氣與氫氣提純裝置提純氫氣后產生的不純尾氣進入補燃裝置燃燒，燃燒產生的煙氣進入重整制氫裝置為重整制氫供熱量，重整制氫制得的氫氣經由氫氣提純裝置提純后供氫，重整制氫裝置的尾氣進入吸收式制冷機進行制冷、制熱或提供熱水。本發(fā)明有效利用了能源，進一步提高分布式冷、熱、電、氫氣的能源共生系統(tǒng)的效率，且減少有害氣體的排放。
文檔編號F02B63/04GK101435367SQ20081020414
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月5日 優(yōu)先權日2008年12月5日
發(fā)明者偉 周, 崗 明, 馬建新 申請人:同濟大學