集太阳能熔盐蓄热与SOFC的发电储能一体化系统及工作方法与流程

技术特征：
1.集太阳能熔盐蓄热与sofc的发电储能一体化系统，其特征在于，包括太阳能集热蓄热单元和sofc发电与储能单元，所述太阳能集热储热单元包括太阳能集热器(1)、熔盐膨胀箱(2)、加热器(3)、第一熔盐泵(11)、第二熔盐泵(8)、第三熔盐泵(10)、第一控制阀(6)、第二控制阀(7)、第三控制阀(9)、低温熔融盐储罐(5)和高温熔融盐储罐(4)，所述加热器(3)为一熔盐/气体换热器，所述太阳能集热器(1)、熔盐膨胀箱(2)、第一控制阀(6)、加热器(3)熔盐侧、第一熔盐泵(11)通过管路依次连接形成循环回路，所述高温熔盐蓄热罐(4)、第二熔盐泵(8)、第二控制阀(7)、加热器(3)熔盐侧、第三控制阀(9)、第三熔盐泵(10)和低温熔盐蓄热罐(5)通过管路依次连接形成蓄热旁路；所述sofc发电与储能单元包括sofc电堆(12)、电子负载控制器(13)、第一回热器(14)、第二回热器(15)、第三回热器(16)、第四回热器(20)、第五回热器(21)、三通混合阀(27)、第一风机(31)、第二风机(19)、水泵(28)、第一氢气储罐(30)、第二氢气储罐(26)、第一氧气储罐(18)、第二氧气储罐(17)、第一储水罐(29)、第二储水罐(24)、凝汽器(22)、汽水分离器(23)、干燥器(25)、连接各类设备之间的管路以及连接电子负载控制器(13)与sofc电堆(12)之间的线路，其中，所述第一储水罐(29)、水泵(28)、第三回热器(16)燃料侧通过管路依次连接并与由第一氢气储罐(30)、第一风机(31)、第二回热器(15)燃料侧、第五回热器(21)燃料侧连接二次的管路在三通混合阀(27)处连接，通过加热器(3)燃料侧后进入sofc电堆(12)的燃料入口端，燃料出口管路依次通过第五回热器(21)燃料侧、第四回热器(20)燃料侧、凝汽器(22)燃料侧、汽水分离器(23)、干燥器(25)，最终与第二氢气储罐(26)连接，形成燃料闭式管路；所述第一氧气储罐(18)、第二风机(19)、第四回热器(20)氧气侧、第一回热器(14)氧气侧、加热器(3)氧气侧、进入sofc电堆(12)的氧气入口端，氧气出口管路通过第一回热器(14)的高温氧气侧、第二回热器(15)氧气侧、第三回热器(16)氧气侧进入到第二氧气储罐(17)形成氧气闭式管路；所述sofc电堆(12)与电子负载控制器(13)通过电缆连接，电子负载控制器(13)与外电路连接形成电路回路。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述太阳能集热储热单元还包括与第二熔盐泵(8)并联的第二熔盐泵旁路阀(8')，与第三熔盐泵(10)并联的第三熔盐泵旁路阀(10')。3.权利要求1或2所述的系统的工作方法，其特征在于，所述太阳能集热蓄热单元包含正常循环模式和旁路蓄热工作模式，具体如下；当太阳能光照充足时，启动正常循环模式，此时第一控制阀(6)处于打开状态，第二控制阀(7)和第三控制阀(9)处于关闭状态，启动第一熔盐泵(11)，熔盐通过第一熔盐泵(11)加压后进入太阳能集热器(1)进行加热，加热后的熔盐再流过熔盐膨胀箱(2)，进而进入加热器(3)对发电与储能单元的气体工质进行加热，随后熔盐通过第一熔盐泵(11)流入到太阳能集热器(1)入口，至此完成集热循环正常工作模式；当太阳能光照不足时，启动旁路蓄热工作模式，此时第一控制阀(6)处于关闭状态，第二控制阀(7)和第三控制阀(9)处于开启状态，启动第二熔盐泵(8)并关闭与其并联的第二熔盐泵旁路阀(8')，关闭第三熔盐泵(10)并打开与其并联的第三熔盐泵旁路阀(10')，蓄热
旁路系统的高熔盐流过加热器(3)对发电与储能单元的气体工质进行加热，流入到低温熔盐蓄热罐，至此开启旁路蓄热工作模式；所述sofc发电与储能单元包含发电工作模式和制氢储能工作模式，具体如下；当电网需要电能时，sofc发电与储能单元开启发电模式运行，此时通过电子负载控制器(13)控制电流方向完成向外供电，打开第二风机(19)将氧气流过sofc电堆(12)，将剩余氧气收集到第二氧气储罐(17)中；打开第一风机(31)将第一氢气储罐(30)的氢气引出，同时打开水泵(28)，通过控制水泵转速，将第一储水罐(29)的水取少量引入到加热器(16)后与氢气在三通混合阀(27)混合，最终混合后的气体流入到sofc电堆(12)中与氧气发生电化学反应向外供电；未完全参加化学反应的燃料气利用其自身的高温通过第五回热器(21)和第四回热器(20)对未参加反应的气体进行回热，最终通过凝汽器(22)和汽水分离器(23)、干燥器(25)，流入到第二氢气储罐(26)中对燃料进行回收；当电网电能过剩时，sofc发电与储能单元开启制氢储能模式运行，此时通过电子负载控制器(13)控制电流方向消纳外界电能，打开第二风机(19)将少量氧气流过sofc电堆(12)，将sofc电堆(12)电解的氧气收集到第二氧气储罐(17)中；打开第一风机(31)从第一氢气储罐(30)的引出少量氢气，同时打开水泵(28)，通过调整水泵转速，从第一储水罐(29)中取预设量的水引入到第三回热器(16)后与氢气在三通混合阀(27)混合，最终混合后的气体流入到sofc电堆(12)中电解以消纳外界电能；将化学反应产生的氢气及sofc电堆(12)前端输入的氢气依次通过第五回热器(21)和第四回热器(20)对未参加反应的气体进行回热，最终通过凝汽器(22)和汽水分离器(23)、干燥器(25)，流入到第二氢气储罐(26)中对燃料进行存储。

技术总结
本发明专利公开了集太阳能熔盐蓄热与SOFC的发电储能一体化系统及工作方法，整个系统应用于可再生能源发电并网与电网调峰运行领域。该系统包括太阳能集热器、熔融盐储罐、熔盐换热器、熔盐泵、风机、SOFC电堆、电子负载控制器、凝汽器、干燥器、间壁式换热器、管道、阀门、冷凝器、控制系统。本发明不仅可以用于向外发电供能，还可以从电网中获取能量，将电能转化为化学能存储，辅助电网调峰。辅助电网调峰。辅助电网调峰。


技术研发人员：王朝阳 刘明 严俊杰
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.08.27
技术公布日：2021/11/9