供電方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及清潔能源技術以及分布式供能領域，特別提供一種供電方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國城市化進程的加深，城市環(huán)境問題的加重以及城市公共基礎設施對于電力設備要求的提高。發(fā)展具有中國特色的的清潔高效分布式發(fā)電-儲能一體化裝置成為解決城市能源環(huán)境問題的重要途徑。
[0003]直接碳燃料電池(Direct Carbon Fuel Cell, DCFC)可以直接利用固體碳基燃料，而不是使用難于獲得和保存的氫。通過空氣中的氧與煤粉(或者生物質(zhì)燃料等其他碳源)之間的電化學反應，可將碳燃料中的化學能清潔高效地直接轉(zhuǎn)化為電能。DCFC燃料電池能夠利用煤炭、石油焦、預處理生物質(zhì)燃料等各類固體碳基燃料?？稍诩骖櫸覈柏氂透幻荷贇狻钡哪茉船F(xiàn)狀的同時，良好地處理經(jīng)濟發(fā)展、能源需求與環(huán)境保護之間的矛盾，是一種適合我國國情的先進發(fā)電設備。固體碳基燃料在制備、存儲、運輸過程中危險性小于氫氣、天然氣以及合成氣，燃料泄露與損耗可檢測可控制，在DCFC燃料電池發(fā)電過程中不產(chǎn)生S0X、NOx、粉塵等污染物，是理想的城市潔凈發(fā)電技術。DCFC燃料電池以液態(tài)金屬作為陽極，具有優(yōu)異的碳基燃料轉(zhuǎn)化活性，可將燃料中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能或存儲于陽極液態(tài)金屬熔體內(nèi)部。該型DCFC燃料電池采用管式電池結構，具有裝堆便捷、功率可控、調(diào)節(jié)迅速、操作簡便等優(yōu)勢，是理想的變工況應急/短時供電電源。DCFC燃料電池的使用可有力緩解我國油氣資源緊張現(xiàn)狀，提高能源利用效率，減輕ay咸排壓力，對能源技術進步和我國的國家能源安全具有重要意義。但DCFC燃料電池在使用的過程中需要不斷的補給碳燃料和氧氣，由于補給的不均勻性，導致其供電出現(xiàn)波動，供電波動又會進一步增大DCFC燃料電池的運行狀態(tài)波動，這一正反饋效應往往會導致DCFC燃料電池的電力輸出質(zhì)量較差。
[0004]鋰離子電池是目前較為成熟的動力電源和儲能設備，啟動快、放電電壓穩(wěn)定、負載響應迅速。目前產(chǎn)品型鋰離子電池最高儲能密度可達200Wh/kg，并具有1000次以上的循環(huán)壽命，能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化封裝和大自由度串并聯(lián)，是眼下使用較為廣泛的儲能工具。然而由于自身結構的原因，工業(yè)級鋰離子電池不能進行大功率的充放電，在長時間高功率放電條件下可能產(chǎn)生起火、爆炸等安全事故，因此獨立的鋰電池儲能單元的最大規(guī)模往往不大于10kWh0

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]本發(fā)明要解決的技術問題是現(xiàn)有技術中無法通過蓄電池進行大規(guī)模持續(xù)供電，以及通過直接碳燃料電池供電響應慢、電力輸出波動大的問題。
[0007]( 二)技術方案
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種供電方法，用于對局部用電區(qū)域應急或短時供電，包括以下步驟:
[0009]S1、實時監(jiān)測外部電網(wǎng)的供電狀態(tài)，當所述外部電網(wǎng)斷開或電壓小于200V時，蓄電池立即開始供電，保障局部用電區(qū)域供電不中斷，同時直接碳燃料電池開始啟動，其中，啟動所述直接碳燃料電池所需電能由所述蓄電池提供；
[0010]S2、待所述直接碳燃料電池啟動完成后，使用所述直接碳燃料電池代替所述蓄電池對所述局部用電區(qū)域供電，為提高所述直接碳燃料電池的供電質(zhì)量，利用所述蓄電池對所述直接碳燃料電池的電力輸出進行穩(wěn)壓，同時，當所述直接碳燃料電池具有剩余功率時，所述直接碳燃料電池對所述蓄電池進行充電；
[0011]S3、當系統(tǒng)判斷外部電網(wǎng)恢復供電且電壓大于210V時，所述局部用電區(qū)域供電交由所述外部電網(wǎng)提供，同時所述直接碳燃料電池開始停機程序，其中，所述直接碳燃料電池停機過程所需電能由所述外部電網(wǎng)提供；
[0012]S4、使用所述外部電網(wǎng)供電對蓄電池進行充電，待所述蓄電池充電完成后，重復步聚SI。
[0013]優(yōu)選的，在步驟SI中，所述直接碳燃料電池的啟動過程為:
[0014]S11、將所述直接碳燃料電池的金屬陽極加熱至800度熔融狀態(tài)；
[0015]S12、為所述直接碳燃料電池的陽極區(qū)域內(nèi)的金屬陽極提供碳燃料；
[0016]S13、向所述直接碳燃料的陰極區(qū)域內(nèi)通入空氣，陰極區(qū)域內(nèi)的空氣中的氧氣解離生成氧離子，氧離子經(jīng)陰極導體電解質(zhì)傳導至陽極區(qū)域氧化金屬陽極并向外電路釋放電子，同時陽極區(qū)域和陰極區(qū)域分別排放出陽極尾氣和陰極尾氣。
[0017]優(yōu)選的，步驟SI I中，通過電磁加熱的方式對所述金屬陽極進行加熱。
[0018]優(yōu)選的，步驟S13中，將所述陽極尾氣和陰極尾氣通入到所述直接碳燃料電池的金屬陽極中參與陽極拌混。
[0019]優(yōu)選的，所述陽極尾氣和陰極尾氣在通入到所述直接碳燃料的金屬陽極之前先經(jīng)過催化補燃。
[0020]優(yōu)選的，步驟S13中，通過所述陽極尾氣和陰極尾氣對通入陰極區(qū)域前的空氣進行預熱。
[0021]優(yōu)選的，步驟S13中，通過鼓風機將空氣通入到所述直接碳燃料電池的陰極區(qū)域內(nèi)。
[0022]優(yōu)選的，步驟S12中，通過所述陽極尾氣和陰極尾氣的氣力輸送對碳燃料進行輸送。
[0023]優(yōu)選的，通過多個所述直接碳燃料電池的串聯(lián)和并聯(lián)實現(xiàn)對電堆輸出電壓和輸出電流的調(diào)控。
[0024]優(yōu)選的，步驟S2中，利用所述蓄電池對所述直接碳燃料電池⑴的輸出電壓進行穩(wěn)壓。
[0025](三)有益效果
[0026]本發(fā)明提供的一種應急電源系統(tǒng)，用于對局部用電區(qū)域的應急或短時供電，該方法包括以下步驟:S1、實時監(jiān)測外部電網(wǎng)的供電狀態(tài)，當外部電網(wǎng)斷開或電壓小于200V時，蓄電池立即開始供電，保障局部用電區(qū)域供電不中斷，同時直接碳燃料電池開始啟動，所需電能由蓄電池提供；S2、待直接碳燃料電池啟動完成后，使用直接碳燃料電池代替蓄電池對局部用電區(qū)域供電；S3、當外部電網(wǎng)恢復供電電壓大于210V時，局部用電區(qū)域供電交由外部電網(wǎng)提供，同時直接碳燃料電池開始停機程序，所需電能由外部電網(wǎng)提供；S4、使用外部電網(wǎng)供電對蓄電池進行充電，充電完成后重復步聚SI。本發(fā)明使直接碳燃料電池與蓄電池相結合，既能夠滿足突發(fā)用電情況對電源啟動性能的要求也能夠滿足電力用戶對長時間大功率穩(wěn)定供電的需求。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明實施例的直接碳燃料電池的示意圖；
[0028]附圖標記:
[0029]1、直接碳燃料電池；2、陰極區(qū)域；3、陽極區(qū)域；4、補燃；5、預熱。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0031]在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，術語“上”、“下”、“頂部”、“底部”、“縱向”等指示的方位或狀態(tài)關系為基于附圖所示的方位或狀態(tài)關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的機構或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0032]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種應急電源系統(tǒng)，用于對局部用電區(qū)域進行應急/短時供電，包括以下步驟:
[0034]S1、實時監(jiān)測外部電網(wǎng)的供電狀態(tài)，當所述外部電網(wǎng)斷開或電壓小于200V時，蓄電池立即開始供電，保障局部用電區(qū)域供電不中斷，同時直接碳燃料電池I開始啟動，其中，啟動所述直接碳燃料電池I所需電能由所述蓄電池提供；
[0035]其中，蓄電池可以是鋰離子電池，鋰離子電池可在室溫下正常工作，具有啟動快，循環(huán)穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，可滿足短時間內(nèi)用戶和燃料電池啟動的電力需求，在燃料電池部件啟動間隙期間滿足用戶的用能需求，電網(wǎng)供電出現(xiàn)異常時即將用戶設備電力供給切換至鋰電供給，鋰離子電池在此情況下同時向直接碳燃料電池堆供電，開始直接碳燃料電池發(fā)電系統(tǒng)啟動程序。
[0036]其中，直接碳燃料電池I采用啟速度動快，抗熱震性能好的管式固體氧化物燃料電池，其陰極區(qū)域2由電池管構成，電池管的內(nèi)部布置有陰極，電池管的外部為陽極區(qū)域3，陽極區(qū)域3為金屬陽極。
[0037]所述直接碳燃料電池I的啟動過程為:
[0038]SI 1、將所述直接碳燃料電池I的金屬陽極加熱至800度熔融狀態(tài)，具體可通過電磁加熱的方式對所述金屬陽極進行加熱，可形成均一溫度場融化金屬；