СИСТЕМА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
FUEL CELL SYSTEM

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к системе топливных элементов.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Как правило, в жилых домах или зданиях применяют низкотемпературную систему топливных элементов, например, топливный элемент с полимерным электролитом (PEMFC). Низкотемпературный топливный элемент включает в себя преобразователь и пакет топливных элементов. Преобразователь применяют с целью преобразования бытового газа (сжиженного природного газа, LNG) в углеводородный газ, при этом пакет топливных элементов вырабатывает электроэнергию (часто ее называют «электричеством») и тепло, используя углеводородный газ и воздух. Электроэнергию, выработанную пакетом топливных элементов, подают в жилые дома или здания и применяют в качестве источника питания. Кроме того, тепло, выработанное пакетом топливных элементов, подают для отопления жилых домов и зданий.
В существующей системе топливных элементов для обеспечения электроэнергией или для отопления необходимо задействовать и преобразователь, и пакет топливных элементов. Однако электроэнергия и отопление не всегда требуются в жилых домах или зданиях одновременно, и в случае, когда в жилом доме или здании необходима или электроэнергия или отопление, существует проблема выработки и потребления другого вида энергии без надобности.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Техническая задача, требующая решения
Техническая задача, решаемая в настоящем изобретении, то есть, цель настоящего изобретения представляет собой обеспечение системы топливных элементов с энергоэффективностью, повышенной за счет независимого приведения в действие преобразователя и пакета топливных элементов, соответственно.
Другая цель настоящего изобретения представляет собой обеспечение системы топливных элементов, которая сводит к минимуму потери тепловой энергии.
Дополнительная цель настоящего изобретения представляет собой обеспечение системы топливных элементов, позволяющей максимально повысить прибыль за счет создания стратегии продаж электроэнергии.
Технические задачи настоящего изобретения не ограничены описанными выше целями, и из дальнейшего описания специалистам в данной области техники будут понятны другие цели, не упомянутые в настоящем документе.
Техническое решение
Система топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения может предусматривать для достижения указанных целей следующее: преобразователь для преобразования топлива; блок хранения преобразованного топлива, предназначенный для приема и хранения преобразованного топлива из преобразователя; пакет топливных элементов для выработки электроэнергии и тепла с применением преобразованного топлива; котельный агрегат для обеспечения отопления с применением сетевой воды; аккумуляторный блок, в котором хранят электроэнергию, выработанную пакетом топливных элементов; и блок управления, который управляет работой преобразователя, блока хранения преобразованного топлива, пакета топливных элементов, котельного агрегата и аккумуляторного блока, при этом когда температура сетевой воды в котельном агрегате превышает контрольное значение, а объем хранения преобразованного топлива в блоке хранения преобразованного топлива не выше контрольного значения, блок управления задействует преобразователь с использованием сетевой воды в котельном агрегате.
Согласно некоторым вариантам осуществления, когда требуется подача электроэнергии вовне, объем хранения преобразованного топлива в блоке хранения преобразованного топлива не выше контрольного значения, и величина заряда аккумуляторного блока не выше контрольного значения, блок управления может задействовать преобразователь с целью выработки преобразованного топлива, и также может задействовать пакет топливных элементов с использованием преобразованного топлива.
Согласно некоторым вариантам осуществления, когда требуется подача электроэнергии вовне, объем хранения преобразованного топлива в блоке хранения преобразованного топлива больше контрольного значения, и величина заряда аккумуляторного блока не выше контрольного значения, блок управления может выключить преобразователь, и также может задействовать пакет топливных элементов с использованием преобразованного топлива, которое хранят в блоке хранения преобразованного топлива.
Согласно некоторым вариантам осуществления, когда требуется подача электроэнергии извне и величина заряда аккумуляторного блока выше контрольного значения, блок управления может управлять подачей вовне электроэнергии, которую хранят в аккумуляторном блоке.
Согласно некоторым вариантам осуществления, когда требуется отопление снаружи, температура сетевой воды в котельном агрегате не ниже контрольного значения, и заряд аккумуляторного блока выше контрольного значения, блок управления может управлять нагреванием сетевой воды в котельном агрегате с помощью электроэнергии, которую хранят в аккумуляторном блоке.
Согласно некоторым вариантам осуществления, когда требуется отопление снаружи, температура сетевой воды в котельном агрегате не ниже контрольного значения, и заряд аккумуляторного блока выше контрольного значения, блок управления может управлять работой пакета топливных элементов и может дополнительно управлять нагреванием сетевой воды в котельном агрегате с использованием электроэнергии, которую хранят в аккумуляторном блоке.
Согласно некоторым вариантам осуществления, когда объем хранения преобразованного топлива в блоке хранения преобразованного топлива не выше контрольного значения, блок управления может задействовать преобразователь.
Согласно некоторым вариантам осуществления, когда объем хранения преобразованного топлива в блоке хранения преобразованного топлива больше контрольного значения, блок управления может выключить преобразователь, и также может задействовать пакет топливных элементов с использованием преобразованного топлива, которое хранят в блоке хранения преобразованного топлива.
Согласно некоторым вариантам осуществления, в блоке управления могут предусматривать двустороннюю расширенную инфраструктуру измерений (AMI), и когда количество электричества (электрический заряд), полученное через двустороннюю расширенную инфраструктуру измерений, больше контрольного значения, блок управления может задействовать пакет топливных элементов и также может управлять подачей вовне электроэнергии, выработанной в пакетом топливных элементов.
Согласно некоторым вариантам осуществления, в блоке управления могут предусматривать двустороннюю расширенную инфраструктуру измерений (AMI), и когда количество электричества, полученное через двустороннюю расширенную инфраструктуру измерений, больше контрольного значения, блок управления может управлять получением электроэнергии, которую подают извне, и затем хранить ее в аккумуляторном блоке.
Согласно некоторым вариантам осуществления, когда величина заряда аккумуляторного блока больше контрольного значения, и пакет топливных элементов задействован, блок управления может управлять подачей вовне электроэнергии, выработанной пакетом топливных элементов.
Характерные детали других вариантов осуществления включены в подробное описание настоящего изобретения и чертежи.
Полезный эффект изобретения
Система топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения может сводить к минимуму потери тепловой энергии за счет независимого приведения в действие преобразователя и пакета топливных элементов, что позволяет повысить энергоэффективность.
Кроме того, система топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения может максимально повысить прибыль за счет создания стратегии продаж электроэнергии.
Полезные эффекты настоящего изобретения не ограничены упомянутыми выше эффектами, и из описания формулы изобретения специалистам в данной области техники будут понятны другие эффекты, не упомянутые в настоящем документе.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 представлен пример системы топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. с 2 по 5 представлены примеры для объяснения работы системы топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6 представлен пример системы топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7 и 8 представлены примеры для объяснения способа работы системы топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Преимущества и особенности настоящего изобретения и способов их реализации станут очевидными на примере вариантов осуществления, подробно описанных ниже, в сочетании с прилагаемыми чертежами. При этом настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, которые описаны ниже, а может быть реализовано во множестве различных форм. Полное раскрытие настоящего изобретения обеспечивают только эти варианты осуществления и они предназначены для полного информирования специалистов в области техники, к которой относится настоящее изобретение, об объеме изобретения, при этом настоящее изобретение определяется только объемом формулы изобретения. Масштабы и относительные размеры компонент, показанных на чертежах, могут быть специально увеличены для лучшего понимания. Одинаковые позиции на чертежах относятся везде к одним и тем же элементам, а «и/или» означает все без исключения сочетания одного или нескольких описываемых элементов.
Используемая в настоящем документе терминология применяется для описания вариантов и не предназначена для ограничения настоящего изобретения. В настоящем документе использование единственного числа включает в себя также множественное число, если в предложении не указано иное. В настоящем документе «включает в себя» и/или «включающий в себя» не исключает присутствия или добавления одной или нескольких других компонент помимо указанных компонент.
Несмотря на то, что первый, второй и пр. использованы для описания различных элементов или компонент, эти элементы или компоненты, конечно, не ограничены этими терминами. Эти термины использованы только для того, чтобы отличать один элемент или компонент от другого. Таким образом, само собой разумеется, что по существу настоящего изобретения упомянутый ниже первый элемент или компонент может представлять собой второй элемент.
Если не указано иное, все термины (включая технические и научные термины), используемые в настоящем документе, могут быть использованы в значениях, обычно понятных специалистам в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Кроме того, термины, определенные в любом широко распространенном словаре, не подлежат идеальному или чрезмерному толкованию, если только они не определены четко и конкретно.
На фиг. 1 представлен пример системы 1 топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Система 1 топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения может представлять собой низкотемпературную систему топливных элементов. Так, система 1 топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения может представлять собой топливный элемент с полимерным электролитом (PEMFC), и варианты осуществления им не ограничены.
Как видно из фиг. 1, в системе 1 топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут предусматривать блок 10 электрогенератора, блок 20 подачи электроэнергии и блок 30 управления. В блоке 10 электрогенератора могут предусматривать преобразователь 100, блок 110 хранения преобразованного топлива, пакет 120 топливных элементов и блок 130 утилизации побочных продуктов. Кроме того, в блоке 20 подачи электроэнергии могут предусматривать котельный агрегат 200 и аккумуляторный блок 210.
Преобразователь 100 может получать топливо извне. Преобразователь 100 может преобразовывать топливо, подаваемое извне, для выработки преобразованного топлива и преобразованного побочного продукта. Преобразованное топливо, выработанное преобразователем 100, могут подавать в блок 110 хранения преобразованного топлива. Преобразованный побочный продукт, выработанный преобразователем 100, могут подавать в блок 130 утилизации побочных продуктов.
4
4
2
2
2
2
2
Так, подаваемое извне топливо может содержать газообразный метан (СН). Кроме того, используя газообразный метан (СН) и воду (НО), преобразователь 100 может вырабатывать водород (Н) и углекислый газ (СО). В этом случае выработанный водород (Н) могут подавать в блок 110 хранения преобразованного топлива в качестве преобразованного топлива, и выработанный углекислый газ (СО) могут подавать в блок 130 утилизации побочных продуктов в качестве преобразованного побочного продукта. Однако это только один пример, и варианты осуществления им не ограничены.
2
2
2
2
Блок 110 хранения преобразованного топлива может получать преобразованное топливо из преобразователя 100. В блоке 110 хранения преобразованного топлива могут хранить преобразованное топливо. В блоке 110 хранения преобразованного топлива могут хранить преобразованное топливо в газообразной, жидкой или твердой фазе. Так, блок 110 хранения преобразованного топлива может получать из преобразователя 100 водород (Н) в качестве преобразованного топлива и хранить водород (Н) в виде гидрида металла. В этом случае для эффективного хранения водорода (Н) в блоке 110 хранения преобразованного топлива могут дополнительно предусматривать регулятор температуры и давления между преобразователем 100 и гидридом металла. Регулятор температуры и давления может контролировать хранение и выделение газообразного водорода (Н) путем соответствующей регулировки температуры и давления гидрида металла. Так, в качестве регулятора температуры и давления могут применять компрессор винтового типа, но варианты осуществления настоящего изобретения им не ограничены. Хранящееся преобразованное топливо могут подавать из блока 110 хранения преобразованного топлива в пакет 120 топливных элементов.
2
Пакет 120 топливных элементов может получать преобразованное топливо из блока 110 хранения преобразованного топлива. Пакет 120 топливных элементов может вырабатывать электроэнергию с применением преобразованного топлива и воздуха (например, кислорода (О)). Когда пакет 120 топливных элементов при помощи преобразованного топлива вырабатывает электроэнергию, благодаря внутренней химической реакции также может вырабатываться тепло. Другими словами, пакет 120 топливных элементов может вырабатывать электроэнергию и тепло, используя преобразованное топливо. Электроэнергию, выработанную пакетом 120 топливных элементов, могут подавать в аккумуляторный блок 210. Так, электроэнергию, выработанную пакетом 120 топливных элементов, могут хранить в батарее аккумуляторов (или «конденсаторе») аккумуляторного блока 210.
Кроме того, тепло, выработанное пакетом 120 топливных элементов, могут подавать в котельный агрегат 200. Так, тепло, выработанное пакетом 120 топливных элементов, могут подавать к сетевой воде котельного агрегата 200. Сетевой водой называют воду, которую подают от котельного агрегата 200 вовне системы 1 топливных элементов с целью обеспечения отопления.
Так, тепло, выработанное пакетом 120 топливных элементов, могут подавать в охлаждающий агент, циркулирующий в котельном агрегате 120. Поскольку охлаждающий агент пакета 120 топливных элементов поглощает тепло, выработанное в пакете 120 топливных элементов, температура может повышаться. Охлаждающий агент, имеющий повышенную температуру, может обмениваться теплом с сетевой водой котельного агрегата 200 посредством теплообменника. Таким образом, повышенную температуру охлаждающего агента могут снижать, поскольку она отдает тепло посредством теплообменника, и температуру сетевой воды могут повышать, поскольку сетевая вода посредством теплообменника поглощает тепло из охлаждающего агента, имеющего повышенную температуру. Другими словами, посредством теплообменника тепло, выработанное пакетом 120 топливных элементов, могут применять для нагревания сетевой воды котельного агрегата 200.
Согласно другому примеру, охлаждающий агент пакета 120 топливных элементов могут подавать непосредственно в котельный агрегат 200 для использования в качестве сетевой воды. Другими словами, охлаждающий агент, циркулирующий в пакете 120 топливных элементов, поглощает тепло, выработанное в пакете 120 топливных элементов, для повышения температуры, и охлаждающий агент с повышенной температурой могут подавать в котельный агрегат 200, тем самым его напрямую применяют в качестве сетевой воды. Другими словами, тепло, выработанное пакетом 120 топливных элементов, могут напрямую применять для нагревания сетевой воды котельного агрегата 200. Наконец, тепло, выработанное пакетом 120 топливных элементов, могут подавать в сетевую воду котельного агрегата 200.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, преобразователь 100 может получать тепло от котельного агрегата 200. Так, преобразователь 100 может получать сетевую воду напрямую из котельного агрегата 200. Согласно другому примеру преобразователь 100 может получать тепло от сетевой воды котельного агрегата 200 посредством теплообменника. Подробное описание будет приведено ниже.
Котельный агрегат 200 может обеспечивать отопление вовне системы 1 топливных элементов. Так, котельный агрегат 200 может обеспечивать отопление здания и т.п.Таким образом, котельный агрегат 200 может обеспечивать отоплением путем подачи сетевой воды с повышенной температурой к зданию и т.п.
Аккумуляторный блок 210 может подавать электроэнергию вовне системы 1 топливных элементов. Так, аккумуляторный блок 210 может подавать электроэнергию, которую хранят в конденсаторе аккумуляторного блока 210, к зданию и т.п. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, в аккумуляторном блоке 210 могут предусматривать конденсатор, систему управления аккумулятором (BMS), систему регулирования мощности (PCS) и т.п., и варианты осуществления не ограничены ими.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, электроэнергию, которую хранят в аккумуляторном блоке 210, могут применять для повышения температуры сетевой воды в котельном агрегате 200. Подробное описание будет приведено ниже.
В блоке 130 утилизации побочного продукта могут применять преобразованный побочный продукт, выработанный в преобразователе 100. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, при помощи по меньшей мере части преобразованного побочного продукта в блоке 130 утилизации побочного продукта могут вырабатывать преобразованное топливо и электроэнергию. Преобразованные побочные продукты, не использованные в блоке 130 утилизации побочного продукта, могут отводить посредством выпускного канала. Выпускной канал могут выводить вовне и могут подключать к некоторому устройству для дальнейшей переработки преобразованного побочного продукта.
2
2
2
2
2
+
-
+
+
Так, в блоке 130 утилизации побочного продукта углекислый газ (СО) как преобразованный побочный продукт могут растворять в жидкой воде (НО) с целью получения ионов водорода (Н) и ионов гидрокарбоната (НСО3). Восстановление ионов водорода (Н) может привести к образованию газообразного водорода (Н) в качестве преобразованного топлива. В процессе восстановления ионов водорода (Н) могут генерировать поток электронов (то есть, электрический ток). Другими словами, в блоке 130 утилизации побочного продукта с применением углекислого газа (СО) могут вырабатывать газообразный водород (Н) и электроэнергию в качестве преобразованного топлива, которое представляет собой преобразованный побочный продукт. Преобразованное топливо, выработанное в блоке 130 утилизации побочного продукта, могут подавать в блок 110 хранения преобразованного топлива. Кроме того, электроэнергию, выработанную блоком 130 утилизации побочного продукта, могут подавать в аккумуляторный блок 210.
На чертежах не показано, но в блоке 130 утилизации побочного продукта могут предусматривать блок переработки побочного продукта и блок хранения побочного продукта. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, в блоке переработки побочного продукта могут применять часть преобразованного побочного продукта с целью выработки преобразованного топлива и электроэнергии, и в блоке хранения побочного продукта могут хранить остальной преобразованный побочный продукт, не использованный в блоке переработки побочного продукта. Когда количество преобразованного побочного продукта в блоке хранения побочного продукта превышает определенное значение, преобразованный побочный продукт могут отводить из блока 130 утилизации побочного продукта через выпускное отверстие.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, блок 30 управления может управлять всей работой блока 10 выработки электроэнергии и блоком 20 подачи электроэнергии. Другими словами, блок 30 управления может контролировать всю работу преобразователя 100, блока 110 хранения преобразованного топлива, пакета 120 топливных элементов, блока 130 утилизации побочных продуктов, котельного агрегата 200 и аккумуляторного блока 210.
На фиг. 1 показан пример, на котором поясняют некоторые варианты осуществления настоящего изобретения. Кроме того, при реализации системы 1 топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения не обязательно будут предусматривать все компоненты, показанные на фиг. 1. Кроме того, в конфигурацию не обязательно будут включать только те компоненты, которые показаны на фиг. 1. Другими словами, специалисты в данной области техники могут исключить некоторые из компонент, показанных на фиг. 1, или добавить другие компоненты, не показанные на фиг. 1. Так, систему 1 топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения могут конфигурировать путем исключения блока 130 утилизации побочных продуктов.
На фиг. 2 представлена схема работы системы 1 топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Работа системы 1 топливных элементов в случае, когда извне системы 1 топливных элементов запрашивают электроэнергию и отопление (например, для здания), будет описана на примере фиг. 1 и 2.
Когда подачу электроэнергии и отопление запрашивают извне системы 1 топливных элементов (S200), блок 30 управления может определить превышает ли заряд аккумуляторного блока 210 первое контрольное значение (S201). Пользователь системы 1 топливных элементов может при необходимости устанавливать первое контрольное значение или может существовать значение, предварительно заданное изготовителем системы 1 топливных элементов. Другими словами, блок 30 управления может проверить превышает ли величина заряда аккумуляторного блока 210 первое контрольное значение.
Когда величина заряда аккумуляторного блока 210 превышает первое контрольное значение (S201, Y), блок 30 управления может определять превышает ли температура сетевой воды в котельном агрегате 200 второе контрольное значение (S202). Пользователь системы 1 топливных элементов может при необходимости устанавливать второе контрольное значение или может существовать значение, предварительно заданное изготовителем системы 1 топливных элементов.
Когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение (S202, Y), блок 30 управления может подавать электроэнергию, хранящуюся в аккумуляторном блоке 210 вовне системы 1 топливных элементов (S203). Кроме того, блок 30 управления может подавать сетевую воду, имеющую температуру выше второго контрольного значения, из котельного агрегата 200 вовне системы 1 топливных элементов (S204). Другими словами, когда заряд аккумуляторного блока 210 превышает первое контрольное значение и температура сетевой воды в котельном агрегате 200 выше второго контрольного значения, блок 30 управления может подавать электроэнергию и обеспечивать отопление вовне системы 1 топливных элементов, даже не приводя в действие пакет 120 топливных элементов.
Согласно некоторым вариантам осуществления, даже когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение, блок 30 управления может дополнительно нагревать сетевую воду в котельном агрегате 200 при помощи электроэнергии, хранящейся в аккумуляторном блоке 210, и затем подавать подогретую сетевую воду вовне системы 1 топливных элементов.
Когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 не выше второго контрольного значения (S202, N), блок 30 управления может подавать электроэнергию, хранящуюся в аккумуляторном блоке 210 вовне системы 1 топливных элементов (S205). Кроме того, блок 30 управления может нагревать сетевую воду в котельном агрегате 200 при помощи электроэнергии, хранящейся в аккумуляторном блоке 210. Блок 30 управления может подавать сетевую воду из котельного агрегата 200, нагретую при помощи электроэнергии, хранящейся в аккумуляторном блоке 210, вовне системы 1 топливных элементов (S206). Другими словами, когда заряд аккумуляторного блока 210 превышает первое контрольное значение и температура сетевой воды в котельном агрегате 200 ниже или равна второму контрольному значению, блок 30 управления может подавать электроэнергию и обеспечивать отопление вовне системы 1 топливных элементов при только помощи электроэнергии, хранящейся в аккумуляторном блоке 210, даже не приводя в действие пакет 120 топливных элементов.
Когда величина заряда аккумуляторного блока 210 не выше первого контрольного значения (S201, N), блок 30 управления может определять превышает ли температура сетевой воды в котельном агрегате 200 второе контрольное значение (S207). Когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение (S207, Y), блок 30 управления может определять превышает ли объем хранения преобразованного топлива, хранящегося в блоке 110 хранения преобразованного топлива, третье контрольное значение (S208). Пользователь системы 1 топливных элементов может при необходимости устанавливать третье контрольное значение или может существовать значение, предварительно заданное изготовителем системы 1 топливных элементов.
Согласно некоторым вариантам осуществления, управление работой преобразователя 100 и работой пакета 120 топливных элементов могут осуществлять независимо друг от друга. Когда объем хранения преобразованного топлива в блоке 110 хранения преобразованного топлива превышает третье контрольное значение (S208, Y), блок 30 управления может задействовать пакет 120 топливных элементов только с использованием преобразованного топлива, которое хранят в блоке 110 хранения преобразованного топлива, не приводя в действие преобразователь 100. Другими словами, блок 30 управления может управлять подачей преобразованного топлива, хранящегося в блоке 110 хранения преобразованного топлива, в пакет 120 топливных элементов, не приводя в действие преобразователь 100, и может дополнительно задействовать пакет 120 топливных элементов с использованием преобразованного топлива, подаваемого из блока 110 хранения преобразованного топлива. Пакет 120 топливных элементов может вырабатывать электроэнергию с использованием преобразованного топлива, при этом блок 30 управления может подавать электроэнергию, выработанную в пакете 120 топливных элементов, вовне системы 1 топливных элементов (S209). Так, блок 30 управления может управлять прямой подачей электроэнергии, выработанной пакетом 120 топливных элементов, вовне системы 1 топливных элементов посредством устройства преобразования энергии и т.п. Согласно другому примеру, электроэнергию, выработанную пакетом 120 топливных элементов, могут хранить в аккумуляторном блоке 210, при этом блок 30 управления может задействовать аккумуляторным блоком 210 с целью подачи электроэнергии вовне.
Поскольку температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение, блок 30 управления может подавать сетевую воду из котельного агрегата 200 вовне системы 1 топливных элементов (S203). Блок 30 управления может обеспечивать отопление путем подачи сетевой воды из котельного агрегата 200 вовне системы 1 топливных элементов (S210). Согласно некоторым вариантам осуществления, даже когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение, блок 30 управления может дополнительно нагревать сетевую воду с использованием тепла, выработанного во время работы пакета 120 топливных элементов, и подогретую сетевую воду могут подавать вовне системы 1 топливных элементов. Однако варианты осуществления этим не ограничены и, конечно, блок 30 управления может подавать сетевую воду из котельного агрегата 200 вовне системы 1 топливных элементов без дополнительного нагревания сетевой воды в котельном агрегате 200.
Когда объем хранения преобразованного топлива в блоке 110 хранения преобразованного топлива не выше третьего контрольного значения (S208, N), может потребоваться приведение в действие преобразователя 100. В этом случае, поскольку температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение, блок 30 управления может задействовать преобразователь 100 с использованием сетевой воды из котельного агрегата 200.
Для преобразования топлива преобразователю 100 может быть необходимо топливо и газообразная вода (то есть, водяной пар). Для осуществления фазового перехода воды в газообразное состояние необходимо подводить к воде тепловую энергию. Согласно некоторым вариантам осуществления, блок 30 управления может нагревать и испарять жидкую воду при помощи электроэнергии аккумуляторного блока 210 или внешней электроэнергии. При этом для снижения потребления электроэнергии из аккумуляторного блока 210 или внешней электроэнергии, блок управления 30 может использовать сетевую воду из котельного агрегата 200, температура которой выше второго контрольного значения. Так, сетевую воду из котельного агрегата 200 могут непосредственно подавать в преобразователь 100, и блок 30 управления может нагревать и превращать в пар сетевую воду, поданную в преобразователь 100. Согласно другому примеру, сетевая вода из котельного агрегата 200 может передавать тепло жидкой воде, поданной в преобразователь 100, посредством теплообменника. Другими словами, в силу того, что блок 30 управления управляет преобразователем 100 с использованием тепла сетевой воды из котельного агрегата 200, могут снижать потребление электроэнергии, которое происходит при работе преобразователя 100, и тем самым могут повышать эффективность.
Другими словами, когда количество электроэнергии в аккумуляторном блоке 210 не больше первого контрольного значения, температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение, и объем хранения преобразованного топлива в блоке 110 хранения преобразованного топлива не больше третьего контрольного значения, блок 30 управления может задействовать преобразователь 100 с использованием сетевой воды из котельного агрегата 200 и может подавать топливо, выработанное преобразователем 100, на пакет 120 топливных элементов. Блок 30 управления может задействовать пакет 120 топливных элементов с использованием преобразованного топлива и может подавать электроэнергию, выработанную пакетом 120 топливных элементов, вовне системы 1 топливных элементов (S211). Кроме того, блок 30 управления может подавать сетевую воду из котельного агрегата 200 вовне системы 1 топливных элементов (S212).
Согласно некоторым вариантам осуществления, даже когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение, блок 30 управления может дополнительно нагревать сетевую воду с использованием тепла, выработанного во время работы пакета 120 топливных элементов, и подогретую сетевую воду могут подавать вовне системы 1 топливных элементов. Однако варианты осуществления этим не ограничены и, конечно, блок 30 управления может подавать сетевую воду из котельного агрегата 200 вовне системы 1 топливных элементов без дополнительного нагревания сетевой воды в котельном агрегате 200.
Когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 не выше второго контрольного значения (S207, N), блок 30 управления может определять превышает ли объем хранения преобразованного топлива, хранящегося в блоке 110 хранения преобразованного топлива, третье контрольное значение (S213).
Когда объем хранения преобразованного топлива в блоке 110 хранения преобразованного топлива превышает третье контрольное значение (S213, Y), блок 30 управления может задействовать пакет 120 топливных элементов с использованием только преобразованного топлива, которое хранят в блоке 110 хранения преобразованного топлива, не приводя в действие преобразователь 100. Другими словами, блок 30 управления может управлять работой с целью подачи преобразованного топлива, которое хранят в блоке 110 хранения преобразованного топлива, в пакет 120 топливных элементов, не приводя в действие преобразователь 100. Блок 30 управления может задействовать пакет 120 топливных элементов для выработки электроэнергии, и может управлять подачей выработанной энергии вовне системы 1 топливных элементов (S214). Кроме того, блок 30 управления может управлять нагреванием сетевой воды в котельном агрегате 200 с использованием тепла, выработанного пакетом 120 топливных элементов, и может управлять подачей нагретой сетевой воды вовне системы 1 топливных элементов (S215).
Когда объем хранения преобразованного топлива в блоке 110 хранения преобразованного топлива не выше третьего контрольного значения (S213, N), может потребоваться приведение в действие преобразователя 100. Блок 30 управления может управлять работой преобразователя 100 с целью выработки преобразованного топлива, и может задействовать пакет 120 топливных элементов с использованием выработанного преобразованного топлива. В пакете 120 топливных элементов могут вырабатывать электроэнергию и тепло. Блок 30 управления может управлять подачей электроэнергии, выработанной в пакете 120 топливных элементов, вовне системы 1 топливных элементов (S216). Кроме того, блок 30 управления может управлять нагреванием сетевой воды в котельном агрегате 200 с использованием тепла, выработанного пакетом 120 топливных элементов, и может управлять подачей сетевой воды вовне системы 1 топливных элементов (S217).
На фиг. 3 представлена схема системы 1 топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. В частности, работа системы 1 топливных элементов в случае, когда извне системы 1 топливных элементов запрашивают только подачу электроэнергии, будет описана на примере фиг. 1 и 3. Для удобства описания содержимое, аналогичное или идентичное представленному выше, будет описано кратко или пропущено.
Когда подачу электроэнергии запрашивают извне системы 1 топливных элементов (S300), блок 30 управления может проверять превышает ли электроэнергия, которую хранят в аккумуляторном блоке 210, первое контрольное значение (S301). Когда величина заряда аккумуляторного блока 210, превышает первое контрольное значение (S301, Y), блок 30 управления может подавать электроэнергию, которую хранят в аккумуляторном блоке 210, вовне системы 1 топливных элементов (S302).
Когда величина заряда аккумуляторного блока 210 не выше первого контрольного значения (S301, N), блок 30 управления может определять превышает ли объем хранения преобразованного топлива, хранящегося в блоке 110 хранения преобразованного топлива, третье контрольное значение (S302). Когда объем хранения преобразованного топлива, хранящегося в блоке 110 хранения преобразованного топлива, превышает третье контрольное значение (S302, Y), блок 30 управления может задействовать пакет 120 топливных элементов с использованием преобразованного топлива, которое хранят в блоке 110 хранения преобразованного топлива, не приводя в действие преобразователь 100. Кроме того, блок 30 управления может управлять подачей электроэнергии, выработанной пакетом 120 топливных элементов, вовне системы 1 топливных элементов (S303).
Когда объем хранения преобразованного топлива, хранящегося в блоке 110 хранения преобразованного топлива, не выше третьего контрольного значения (S302, N), блок 30 управления может определять превышает ли температура сетевой воды в котельном агрегате 200 третье контрольное значение (S304). Когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение (S304, Y), блок 30 управления может задействовать преобразователь 100 с использованием сетевой воды из котельного агрегата 200. Блок 30 управления может задействовать пакет 120 топливных элементов с использованием преобразованного топлива, выработанного преобразователем 100, и может подавать электроэнергию, выработанную пакетом 120 топливных элементов, вовне системы 1 топливных элементов (S305).
Когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 не выше второго контрольного значения (S304, N), блок 30 управления может задействовать преобразователь 100, и может дополнительно управлять подачей преобразованного топлива, выработанного в преобразователе 100, в пакет (120) топливных элементов. Блок 30 управления может задействовать пакет 120 топливных элементов с использованием преобразованного топлива, выработанного в преобразователе 100, и может подавать электроэнергию, выработанную в пакете 120 топливных элементов, вовне системы 1 топливных элементов (S306).
На фиг. 4 представлена схема работы системы 1 топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Работа системы 1 топливных элементов в случае, когда извне системы 1 топливных элементов запрашивают только отопление, будет описана на примере фиг. 1 и 4. Для удобства описания содержимое, аналогичное или идентичное представленному выше, будет описано кратко или пропущено.
Когда извне системы 1 топливных элементов (S400) запрашивают только отопление, блок 30 управления может определять превышает ли температура сетевой воды в котельном агрегате 200 второе контрольное значение (S401). Когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение (S401, Y), блок 30 управления может подавать сетевую воду из котельного агрегата 200 вовне системы 1 топливных элементов (S402).
Когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 не выше второго контрольного значения (S401, N), блок 30 управления может определять превышает ли заряд аккумуляторного блока 210 первое контрольное значение (S403). Когда заряд аккумуляторного блока 210 превышает первое контрольное значение (S403, Y), блок 30 управления может нагревать сетевую воду в котельном агрегате 200 с использованием электроэнергии аккумуляторного блока 210, и может подавать нагретую сетевую воды из котельного агрегата 200 вовне системы 1 топливных элементов (S404).
Когда величина заряда аккумуляторного блока 210 не выше первого контрольного значения (S403, N), блок 30 управления может проверять превышает ли объем хранения преобразованного топлива, хранящегося в блоке 110 хранения преобразованного топлива, третье контрольное значение (S405). Когда объем хранения преобразованного топлива в блоке 110 хранения преобразованного топлива превышает третье контрольное значение (S405, Y), блок 30 управления может задействовать пакет 120 топливных элементов с использованием преобразованного топлива, которое хранят в блоке 110 хранения преобразованного топлива, не приводя в действие преобразователь 100. При этом блок 30 управления может управлять зарядкой аккумуляторного блока 210 с использованием электроэнергии, выработанной в пакете 120 топливных элементов (S406). Кроме того, блок 30 управления может нагревать сетевую воду в котельном агрегате 200 с использованием тепла, выработанного пакетом 120 топливных элементов, и может управлять подачей нагретой сетевой воды вовне системы 1 топливных элементов (S407).
Когда объем хранения преобразованного топлива в блоке 110 хранения преобразованного топлива не выше третьего контрольного значения (S405, N), блок 30 управления может задействовать преобразователь 100. Блок 30 управления может задействовать пакет 120 топливных элементов с использованием преобразованного топлива, подаваемого из преобразователя 100. Блок 30 управления может управлять хранением электроэнергии, выработанной пакетом 120 топливных элементов в аккумуляторном блоке 210 (S408). Кроме того, блок 30 управления может нагревать сетевую воду в котельном агрегате 200 с использованием тепла, выработанного пакетом 120 топливных элементов, и может подавать нагретую сетевую воду вовне системы 1 топливных элементов (S407).
На фиг. 5 представлена схема для объяснения работы системы 1 топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Штатная работа системы 1 будет описана на примере фиг. 1 и 5. Для удобства описания содержимое, аналогичное или идентичное представленному выше, будет описано кратко или пропущено.
Блок 30 управления может всегда проверять температуру сетевой воды в котельном агрегате 200 и объем хранения в блоке 110 хранения преобразованного топлива. Когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение и объем хранения преобразованного топлива в блоке 110 хранения преобразованного топлива не выше третьего контрольного значения (S500), блок 30 управления может задействовать преобразователь 100 с использованием сетевой воды из котельного агрегата 200. Кроме того, блок 30 управления может управлять хранением преобразованного топлива, выработанного преобразователем 100, в блоке 110 хранения преобразованного топлива (S510).
Как описано выше, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, когда необходимо подавать электроэнергию вовне системы 1 топливных элементов и заряд аккумуляторного блока 210 превышает первое контрольное значение, блок 30 управления может управлять подачей электроэнергии, которую хранят в аккумуляторном блоке 210, не приводя в действие преобразователь 100 и пакет 120 топливных элементов.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, когда необходимо подавать электроэнергию вовне системы 1 топливных элементов, заряд аккумуляторного блока 210 не выше первого контрольного значения и объем хранения преобразованного топлива в блоке 110 хранения преобразованного топлива превышает третье контрольное значение, блок 30 управления может задействовать пакет 120 топливных элементов с использованием преобразованного топлива, которое хранят в блоке 110 хранения преобразованного топлива, не приводя в действие преобразователь 100.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, когда требуется подача электроэнергии вовне системы 1 топливных элементов, заряд аккумуляторного блока 210 не выше первого контрольного значения, объем хранения преобразованного топлива в блоке 110 хранения преобразованного топлива не выше третьего контрольного значения и температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение, блок 30 управления может задействовать преобразователь 100 с использованием сетевой воды из котельного агрегата 200.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, когда требуется обеспечить отопление вовне системы 1 топливных элементов и температура сетевой воды в котельном агрегате 200 превышает второе контрольное значение, блок 30 управления может подавать сетевую воду из котельного агрегата 200 вовне системы 1 топливных элементов, не приводя в действие преобразователь 100 и пакет 120 топливных элементов.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, когда требуется обеспечить отопление вовне системы 1 топливных элементов, заряд аккумуляторного блока 210 превышает первое контрольное значение и температура сетевой воды в котельном агрегате 200 не выше второго контрольного значения, блок 30 управления может нагревать сетевую воду в котельном агрегате 200 с использованием заряда аккумуляторного блока 210, не приводя в действие пакет 120 топливных элементов.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, блок 30 управления всегда проверяет температуру сетевой воды в котельном агрегате 200 и объем хранения преобразованного топлива в блоке 110 хранения преобразованного топлива и, когда температура сетевой воды в котельном агрегате 200 не выше третьего контрольного значения, блок 30 управления может задействовать преобразователь 100 с использованием сетевой воды из котельного агрегата 200.
На фиг. 6 представлен пример системы 2 топливных элементов согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения. Для удобства описания содержимое, аналогичное или идентичное представленному выше, будет пропущено или описано кратко.
Блок 30 управления системой 2 топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения может предусматривать двустороннюю расширенную инфраструктуру 310 измерений (AMI). Посредством двусторонней AMI 310 блок 30 управления может предоставлять информацию, например, об использованной вовне электроэнергии, и может получать извне информацию, например, о расходе топлива и тарифе (счете) на электроэнергию.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, систему 2 топливных элементов могут по сети подключать ко внешнему устройству 3. Согласно некоторым вариантам осуществления, внешнее устройство 3 может осуществлять контроль за правильно ли блок 30 управления осуществляет управление и т.п. Кроме того, когда система 2 топливных элементов работает неисправно, внешнее устройство 3 может управлять блоком 30 управления посредством дистанционного управления и т.п. Кроме того, внешнее устройство 3 может получать информацию о работе системы 2 топливных элементов и т.п., и может вносить ее в базу данных с целью улучшения работы и повышения эффективности блока 30 управления, а также обновлять ее. Кроме того, изготовитель системы 2 топливных элементов может задействовать программу энергосбережения, в которой при помощи внешнего устройства 3 отражают тарифы на электроэнергию и топливо.
На фиг. 7 и 8 представлены схемы работы системы 2 топливных элементов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Способ работы системы 2 топливных элементов будет описан на примере фиг. 6, 7 и 8. Для удобства описания содержимое, аналогичное или идентичное представленному выше, будет описано кратко или пропущено.
На фиг. 6 и 7 двусторонняя расширенная инфраструктура 310 измерений блока 30 управления может получать информацию о счете за электроэнергию (S700). Когда тариф на электроэнергию меньше четвертого контрольного значения (S701, Y), блок 30 управления может проверять превышает ли заряд аккумуляторного блока 210 первое контрольное значение (S702). Когда величина заряда аккумуляторного блока 210 превышает первое контрольное значение (S702, Y), блок 30 управления может осуществлять общее управление (S703). Общее управление относится к работе системы топливных элементов, описанной выше на примере рис. с 1 по 5. Четвертое контрольное значение могут определять на основе затрат, понесенных при работе пакета 120 топливных элементов.
Когда заряд аккумуляторного блока 210 не выше первого контрольного значения (S702, N), блок 30 управления может приобретать электроэнергию извне системы 2 топливных элементов. Блок 30 управления может управлять хранением электроэнергии, приобретенной извне системы 2 топливных элементов, в аккумуляторном блоке 210 (S704).
Когда тариф на электроэнергию не ниже четвертого контрольного значения (S701, N), блок 30 управления может проверять превышает ли тариф на электроэнергию пятое контрольное значение (S705). Когда тариф на электроэнергию не выше пятого контрольного значения (S705, N), блок 30 управления может осуществлять общее управление (S703). Пятое контрольное значение могут определять на основе затрат, понесенных при работе пакета 120 топливных элементов. Четвертое контрольное значение и пятое контрольное значение могут быть одинаковыми или могут отличаться друг от Друга.
Когда тариф на электроэнергию больше пятого контрольного значения (S705, Y), блок 30 управления может задействовать пакет 120 топливных элементов (S706). Блок 30 управления может продавать электроэнергию за счет управления электроэнергией, вырабатываемой пакетом 120 топливных элементов для поставки вовне системы 2 топливных элементов (S707).
Как видно из фиг. 6 и 8, блок 30 управления может определять заряд аккумуляторного блока 210 и работает ли пакет 120 топливных элементов. Когда заряд аккумуляторного блока 210 больше первого контрольного значения, но необходима непрерывная работа пакета 120 топливных элементов (S800), блок 30 управления может подавать вовне и продавать электроэнергию, выработанную пакетом 120 топливных элементов (S801). Так, когда электроэнергию больше не могут хранить в аккумуляторном блоке 210 из-за непрерывной работы пакета 120 топливных элементов, блок 30 управления может продавать электроэнергию, выработанную пакетом 120 топливных элементов.
Как описано выше, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, система 2 топливных элементов может устанавливать стратегию продаж электроэнергии, исходя из информации о тарифе на электроэнергию, полученной от двусторонней AMI 310. Другими словами, когда тариф на электроэнергию ниже затрат на выработку электроэнергии при помощи системы 2 топливных элементов, блок 30 управления может приобретать электроэнергию и хранить ее в аккумуляторном блоке 210. Кроме того, когда тариф на электроэнергию выше затрат на выработку электроэнергии при помощи системы 2 топливных элементов, блок 30 управления может задействовать пакет 120 топливных элементов и, тем самым, продавать электроэнергию.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, когда в аккумуляторном блоке 210 больше нет места для хранения электроэнергии, а пакет 120 топливных элементов вырабатывает электроэнергию, блок 30 управления может продавать электроэнергию, вырабатываемую пакетом 120 топливных элементов, вовне системы 2 топливных элементов.
Несмотря на то, что варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше на примере прилагаемых чертежей, настоящее изобретение не ограничено приведенными выше вариантами осуществления и может быть реализовано в различных видах. Кроме того, специалистам в той области техники, к которой относится настоящее изобретение, будет понятно, что настоящее изобретение может быть реализовано в других конкретных видах без изменения сущности и основных признаков настоящего изобретения. Таким образом, следует понимать, что описанные выше примеры осуществления во всех аспектах носят только иллюстративный характер и не являются ограничивающими.