本實(shí)用新型涉及發(fā)電領(lǐng)域，具體而言，涉及一種天然氣管道差壓燃料電池發(fā)置系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

能源問題近些年一直受到廣泛的關(guān)注。隨著三大化石能源的不斷使用，能儲(chǔ)備、過度開采，環(huán)境問題越來越嚴(yán)重。世界能源組織調(diào)查顯示，包括煤、石油、天然氣等在內(nèi)的礦物質(zhì)能源將在未來的100～200年內(nèi)耗盡，新的能源利用技術(shù)將被不斷的開發(fā)并利用起來。燃料電池就是一種潛力巨大的新能源。

未來20年，隨著我國(guó)“西氣東送”，全國(guó)天然氣管網(wǎng)的不斷完善及液化天然氣(LNG)的廣泛應(yīng)用，燃用天然氣的燃料電池發(fā)電裝置將會(huì)有很大市場(chǎng)。燃料電池可與水電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電等結(jié)合，形成更高效率的發(fā)電方式。

目前世界上天然氣的長(zhǎng)輸管道均采用高壓，國(guó)內(nèi)外多數(shù)天然氣長(zhǎng)輸管道壓力都在10MPa以上。各地區(qū)的天然氣分輸站和接收站，根據(jù)下游用戶的供氣壓力要求將主干管道天然氣進(jìn)行調(diào)壓后供應(yīng)給城市燃?xì)鈶?。天然氣在調(diào)壓過程中釋放出大量的壓力能，這些壓力能可以用于發(fā)電、制冷、液化、加熱等方面的回收利用。

然而，關(guān)于天然氣管網(wǎng)釋放的壓力能和新能源燃料電池技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，目前在高壓天然氣管網(wǎng)尚未提供有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種天然氣管道差壓燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無法將天然氣管網(wǎng)釋放的壓力能和新能源燃料電池技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種天然氣管道差壓燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其包括加熱裝置，加熱裝置的天然氣進(jìn)口管道與高壓天然氣管網(wǎng)相連，加熱裝置的天然氣出口管道與調(diào)壓裝置的進(jìn)口管道相連，且調(diào)壓裝置的出口管道與低壓天然氣管網(wǎng)相連；差壓發(fā)電裝置，差壓發(fā)電裝置的天然氣進(jìn)口管道與加熱裝置的天然氣出口管道相連，差壓發(fā)電裝置的天然氣出口管道與低壓天然氣管網(wǎng)相連；以及燃料電池發(fā)電裝置，燃料電池發(fā)電裝置的燃料進(jìn)口與低壓天然氣管網(wǎng)相連。

進(jìn)一步地，發(fā)電系統(tǒng)還包括：燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置的燃料進(jìn)口與低壓天然氣管網(wǎng)相連。

進(jìn)一步地，差壓發(fā)電裝置為渦輪透平機(jī)。

進(jìn)一步地，加熱裝置為余熱鍋爐。

進(jìn)一步地，余熱鍋爐的煙氣進(jìn)口分別與燃料電池發(fā)電裝置的煙氣出口、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置的煙氣出口相連。

進(jìn)一步地，發(fā)電系統(tǒng)還包括：引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)的進(jìn)口與余熱鍋爐的煙氣出口相連；煙囪，煙囪與引風(fēng)機(jī)的出口相連。

進(jìn)一步地，余熱鍋爐的燃料氣進(jìn)口與低壓天然氣管網(wǎng)相連。

進(jìn)一步地，發(fā)電系統(tǒng)還包括：電功率調(diào)節(jié)器，電功率調(diào)節(jié)器分別與差壓發(fā)電裝置的輸出電路、燃料電池發(fā)電裝置的輸出電路及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置的輸出電路相連。

進(jìn)一步地，發(fā)電系統(tǒng)還包括：空氣管道，空氣管道分別與余熱鍋爐的進(jìn)風(fēng)口、燃料電池發(fā)電裝置的進(jìn)風(fēng)口及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置的進(jìn)風(fēng)口相連。

進(jìn)一步地，調(diào)壓裝置為調(diào)壓閥。

應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，提供了一種天然氣管道差壓燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其包括加熱裝置，差壓發(fā)電裝置，以及燃料電池發(fā)電裝置；加熱裝置的進(jìn)口管道與高壓天然氣管網(wǎng)相連，加熱裝置的出口管道分別與調(diào)壓裝置的進(jìn)口管道、差壓發(fā)電裝置的進(jìn)口管道相連；調(diào)壓裝置的出口管道、差壓發(fā)電裝置的出口管道分別與低壓天然氣管網(wǎng)相連；燃料電池發(fā)電裝置的燃料進(jìn)口與低壓天然氣管網(wǎng)相連。

利用本實(shí)用新型提供的上述發(fā)電系統(tǒng)，高壓天然氣管網(wǎng)的天然氣先進(jìn)入加熱裝置進(jìn)行加熱。加熱后的天然氣中的一路經(jīng)調(diào)壓裝置調(diào)壓后進(jìn)入低壓天然氣管網(wǎng)，另一路則進(jìn)入差壓發(fā)電裝置做功發(fā)電，做功后的天然氣繼續(xù)進(jìn)入低壓天然氣管網(wǎng)。另外，低壓管網(wǎng)的一路天然氣進(jìn)入燃料電池發(fā)電裝置，在陽極進(jìn)行天然氣的氧化過程，陰極進(jìn)行氧化劑的還原過程，導(dǎo)電離子在電解質(zhì)內(nèi)遷移，電子通過外電路做功并構(gòu)成電的回路。由此可見，本實(shí)用新型上述的發(fā)電系統(tǒng)很好地將天然氣管網(wǎng)釋放的壓力能和新能源燃料電池發(fā)電裝置技術(shù)相結(jié)合，利用燃料電池發(fā)電裝置和差壓發(fā)電裝置形成的清潔能源發(fā)電系統(tǒng)有效地將天然氣管網(wǎng)釋放的壓力能轉(zhuǎn)換為電能，提高了天然氣的綜合利用率。

附圖說明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的天然氣管道差壓燃料電池發(fā)電系統(tǒng)示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：

10、加熱裝置；11、調(diào)壓裝置；20、差壓發(fā)電裝置；30、燃料電池發(fā)電裝置；40、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置；50、引風(fēng)機(jī)；60、煙囪；70、電功率調(diào)節(jié)器；a、高壓天然氣管網(wǎng)；b、低壓天然氣管網(wǎng)；c、城市電網(wǎng)；d、空氣。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)描述，這些實(shí)施例不能理解為限制本申請(qǐng)所要求保護(hù)的范圍。

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本實(shí)用新型及其應(yīng)用或使用的任何限制。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本實(shí)用新型的范圍。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說明書的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。

正如背景技術(shù)部分所描述的，現(xiàn)有技術(shù)目前無法將天然氣管網(wǎng)釋放的壓力能和新能源燃料電池發(fā)電技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，以至于天然氣管網(wǎng)釋放的壓力能大大浪費(fèi)。

為了解決這一問題，本實(shí)用新型提供了一種天然氣管道差壓燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示，其包括加熱裝置10，差壓發(fā)電裝置20以及燃料電池發(fā)電裝置30，加熱裝置10的天然氣進(jìn)口管道與高壓天然氣管網(wǎng)a相連，加熱裝置10的天然氣出口管道分別與調(diào)壓裝置11的進(jìn)口管道、差壓發(fā)電裝置20的天然氣進(jìn)口管道相連；調(diào)壓裝置11的出口管道、差壓發(fā)電裝置20的天然氣出口管道分別與低壓天然氣管網(wǎng)b相連；燃料電池發(fā)電裝置30的燃料進(jìn)口與低壓天然氣管網(wǎng)b相連。

利用本實(shí)用新型提供的上述發(fā)電系統(tǒng)，高壓天然氣管網(wǎng)a的天然氣先進(jìn)入加熱裝置10進(jìn)行加熱。加熱后的天然氣中的一路經(jīng)調(diào)壓裝置11調(diào)壓后進(jìn)入低壓天然氣管網(wǎng)b，另一路則進(jìn)入差壓發(fā)電裝置20做功發(fā)電，做功后的天然氣繼續(xù)進(jìn)入低壓天然氣管網(wǎng)b。另外，低壓天然氣管網(wǎng)a的一路天然氣進(jìn)入燃料電池發(fā)電裝置30，在陽極進(jìn)行天然氣的氧化過程，陰極進(jìn)行氧化劑的還原過程，導(dǎo)電離子在電解質(zhì)內(nèi)遷移，電子通過外電路做功并構(gòu)成電的回路。由此可見，本實(shí)用新型上述的發(fā)電系統(tǒng)很好地將天然氣管網(wǎng)釋放的壓力能和新能源燃料電池技術(shù)相結(jié)合，利用燃料電池發(fā)電裝置30和差壓發(fā)電裝置20形成的清潔能源發(fā)電系統(tǒng)有效地將天然氣管網(wǎng)釋放的壓力能轉(zhuǎn)換為電能，提高了天然氣的綜合利用率。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1所示，發(fā)電系統(tǒng)還包括：燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40的燃料進(jìn)口與低壓天然氣管網(wǎng)b相連。進(jìn)一步設(shè)置燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40，低壓管網(wǎng)的一路天然氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40的壓氣機(jī)(即壓縮機(jī))連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮。壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的天然氣混合后燃燒，成為高溫燃?xì)?，并流入燃?xì)馔钙街信蛎涀龉?，?qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)一起旋轉(zhuǎn)。這樣，可以利用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40進(jìn)一步進(jìn)行天然氣發(fā)電，從而可以進(jìn)一步提高天然氣的利用率。

優(yōu)選地，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40、燃料電池發(fā)電裝置30與低壓天然氣管網(wǎng)b的連接端位于差壓發(fā)電裝置20、調(diào)壓裝置11與低壓天然氣管網(wǎng)b連接端的下游。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，差壓發(fā)電裝置20為渦輪透平機(jī)。采用渦輪透平機(jī)作為差壓發(fā)電裝置20，加熱后的天然氣中的一路進(jìn)入渦輪透平機(jī)膨脹做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，做功后的天然氣進(jìn)入低壓管網(wǎng)。渦輪透平機(jī)的發(fā)電效率較高，有利于進(jìn)一步提高天然氣運(yùn)輸壓力能的利用率。

上述加熱裝置可以采用常用類型，更優(yōu)選地，加熱裝置10為余熱鍋爐。利用余熱鍋爐能夠更有效地加熱天然氣。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，余熱鍋爐的煙氣進(jìn)口分別與燃料電池發(fā)電裝置30的煙氣出口、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40的煙氣出口相連。在燃料電池發(fā)電裝置30和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40的發(fā)電過程中，均會(huì)產(chǎn)生高溫?zé)煔?。將這些高溫?zé)煔廨斔椭劣酂徨仩t，可以作為天然氣的加熱介質(zhì)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，發(fā)電系統(tǒng)還包括：引風(fēng)機(jī)50和煙囪60，引風(fēng)機(jī)50的進(jìn)口與余熱鍋爐的煙氣出口相連；煙囪60與引風(fēng)機(jī)50的出口相連。燃料電池發(fā)電裝置30和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40的發(fā)電過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓诮?jīng)余熱鍋爐的熱回收后，形成的低溫?zé)煔饽軌蛟谝L(fēng)機(jī)50的引送作用下進(jìn)入煙囪60，待燃燒后排放至大氣。

當(dāng)然，為了彌補(bǔ)高溫?zé)煔獾臒崃坎蛔?，在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，余熱鍋爐的燃料氣進(jìn)口與低壓天然氣管網(wǎng)相連。這樣，可以在高溫?zé)煔鉄o法滿足余熱鍋爐加熱高壓天然氣所需要的溫度時(shí)，余熱鍋爐可以自動(dòng)補(bǔ)充天然氣進(jìn)行燃燒，達(dá)到高壓天然氣所需要的加熱溫度。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1所示，發(fā)電系統(tǒng)還包括：電功率調(diào)節(jié)器70，電功率調(diào)節(jié)器70分別與差壓發(fā)電裝置20的輸出電路、燃料電池發(fā)電裝置30的輸出電路及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40的輸出電路相連。利用電功率調(diào)節(jié)器70，可以對(duì)差壓發(fā)電裝置20、燃料電池發(fā)電裝置30及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40所輸出的電力進(jìn)行電功率調(diào)節(jié)，從而可以將調(diào)解后的電送入城市電網(wǎng)c。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，發(fā)電系統(tǒng)還包括：空氣管道，空氣管道分別與余熱鍋爐的進(jìn)風(fēng)口、燃料電池發(fā)電裝置30的進(jìn)風(fēng)口及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40的進(jìn)風(fēng)口相連?？諝夤艿揽梢詾橛酂徨仩t、燃料電池發(fā)電裝置30及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置40提供助燃?xì)?，可以是空氣d，也可以是氧氣。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，調(diào)壓裝置11為調(diào)壓閥。

從以上的描述中，可以看出，本實(shí)用新型上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

利用本實(shí)用新型提供的上述發(fā)電系統(tǒng)，高壓天然氣管網(wǎng)的天然氣先進(jìn)入加熱裝置進(jìn)行加熱。加熱后的天然氣中的一路經(jīng)調(diào)壓裝置調(diào)壓后進(jìn)入低壓天然氣管網(wǎng)，另一路則進(jìn)入差壓發(fā)電裝置做功發(fā)電，做功后的天然氣繼續(xù)進(jìn)入低壓天然氣管網(wǎng)。另外，低壓天然氣管網(wǎng)的一路天然氣進(jìn)入燃料電池發(fā)電裝置，在陽極進(jìn)行天然氣的氧化過程，陰極進(jìn)行氧化劑的還原過程，導(dǎo)電離子在電解質(zhì)內(nèi)遷移，電子通過外電路做功并構(gòu)成電的回路。由此可見，本實(shí)用新型上述的發(fā)電系統(tǒng)很好地將天然氣管網(wǎng)釋放的壓力能和新能源燃料電池技術(shù)相結(jié)合，利用燃料電池發(fā)電裝置和差壓發(fā)電裝置形成的清潔能源發(fā)電系統(tǒng)有效地將天然氣管網(wǎng)釋放的壓力能轉(zhuǎn)換為電能，提高了天然氣的綜合利用率。更優(yōu)選地，進(jìn)一步設(shè)置燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置，低壓管網(wǎng)的一路天然氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置的壓氣機(jī)連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮。壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的天然氣混合后燃燒，成為高溫燃?xì)?，并流入燃?xì)馔钙街信蛎涀龉?，?qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)一起旋轉(zhuǎn)。這樣，可以利用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置進(jìn)一步進(jìn)行天然氣發(fā)電，從而可以進(jìn)一步提高天然氣的利用率。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。