本發(fā)明涉及燃料電池發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于能源互聯(lián)網(wǎng)的沼氣燃料電池系統(tǒng)及其運行策略。

背景技術(shù)：

沼氣是一種優(yōu)質(zhì)的可再生資源，主要成分是甲烷和二氧化碳，通常由工業(yè)、農(nóng)業(yè)或者城鎮(zhèn)生活中的大量有機(jī)廢棄物經(jīng)過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生。合理利用沼氣資源可以實現(xiàn)良好的廢物利用、減少環(huán)境污染、節(jié)約能源。由于沼氣池一般會緊挨生活區(qū)建立，因此將沼氣直接燃燒用作居民生活所需是目前沼氣的一種重要用途。然而將沼氣直接燃燒利用能量利用率較低、能量利用范圍較窄，因此將沼氣作為分布式能源進(jìn)行發(fā)電越來越被大眾所重視。利用沼氣進(jìn)行分布式發(fā)電可以提高沼氣的能量利用率、減少沼氣直接燃燒產(chǎn)生的污染物，是沼氣未來的一種重要利用途徑。

沼氣的發(fā)電技術(shù)主要包括沼氣內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)忮仩t、沼氣燃料電池等。其中，固體氧化物燃料電池（sofc）由于其燃料適應(yīng)性廣、高效、清潔、安靜的特點，非常適合沼氣的分布式發(fā)電利用。固體氧化物燃料電池（sofc）是一種能夠在中高溫下（600℃~1000℃）將碳?xì)淙剂现械幕瘜W(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。因其在能量轉(zhuǎn)化的過程中不經(jīng)過燃燒、機(jī)械轉(zhuǎn)動等過程，相比于其他的沼氣發(fā)電技術(shù)，sofc具有更高的發(fā)電效率，能夠穩(wěn)定、持續(xù)輸出電流，并同時進(jìn)行供熱。但由于分布式發(fā)電并網(wǎng)會給電網(wǎng)帶來一定的不確定性，容易使得根據(jù)原有配電網(wǎng)設(shè)計的保護(hù)裝置產(chǎn)生錯誤動作，影響電力保護(hù)設(shè)備間的協(xié)調(diào)運行，造成原有電網(wǎng)中相關(guān)設(shè)備的損壞，因此沼氣燃料電池發(fā)電技術(shù)作為一種重要的分布式發(fā)電技術(shù)，其發(fā)電并網(wǎng)在現(xiàn)階段有一定的困難。

近年來，能源互聯(lián)網(wǎng)越來越受到人們的重視，是未來能源系統(tǒng)的重要方向。能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以電力系統(tǒng)為中心，具有多網(wǎng)耦合、多源互補(bǔ)、雙向互動等特點的能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。能源互聯(lián)網(wǎng)中“源-網(wǎng)協(xié)調(diào)”的運營模式也提高了電網(wǎng)對分布式電源的接納能力，突出了不同分布式電源之間的互補(bǔ)協(xié)調(diào)性，降低接納新能源電力給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來的不利影響。這樣的特點為沼氣燃料電池技術(shù)等分布式發(fā)電技術(shù)并網(wǎng)難的問題提出了很好的解決途徑。同時，沼氣燃料電池技術(shù)調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)范圍大、電流輸出穩(wěn)定的特點也非常符合能源互聯(lián)網(wǎng)“源-源互補(bǔ)”、“源-網(wǎng)協(xié)調(diào)”的運營模式。

2016年12月，能源局印發(fā)的《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃中》提到，未來我國能源發(fā)展的主要任務(wù)中，在能源系統(tǒng)優(yōu)化方面，要“因地制宜推廣天然氣熱電冷三聯(lián)供、分布式可再生能源發(fā)電”，同時在能源供給端的改革要“推動沼氣發(fā)電、生物質(zhì)氣化發(fā)電”等等，能源互聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)及沼氣的高效利用達(dá)到了一個重要的高度。但目前我國的分布式發(fā)電市場化程度較低，發(fā)展依然緩慢，在這樣的政策下，加快分布式發(fā)電市場化的推進(jìn)已經(jīng)勢在必行。采用沼氣生物質(zhì)發(fā)電等作為調(diào)節(jié)性電源可以增加分布式發(fā)電的類型和規(guī)模，推進(jìn)其市場化建設(shè)。將沼氣燃料電池技術(shù)作為一種分布式發(fā)電技術(shù)納入能源互聯(lián)網(wǎng)中，不僅拓寬了沼氣的利用途徑，節(jié)能環(huán)保，又可以豐富能源互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)協(xié)調(diào)、互補(bǔ)協(xié)同的形式，是解決沼氣分布式發(fā)電并網(wǎng)難的問題的一種可行方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對上述存在的問題，提供了一種基于能源互聯(lián)網(wǎng)的沼氣燃料電池系統(tǒng)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于能源互聯(lián)網(wǎng)的沼氣燃料電池系統(tǒng)，具體包括空氣供應(yīng)子系統(tǒng)、沼氣供應(yīng)子系統(tǒng)、水供應(yīng)子系統(tǒng)、空氣換熱器、沼氣換熱器、水蒸發(fā)器、水加熱器、重整器、固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)、燃燒器和電能輸出子系統(tǒng)，所述空氣供應(yīng)子系統(tǒng)連接空氣換熱器，所述沼氣供應(yīng)子系統(tǒng)連接沼氣換熱器，所述水供應(yīng)子系統(tǒng)分別連接水蒸發(fā)器和水加熱器，所述空氣換熱器依次連接沼氣換熱器、水蒸發(fā)器和水加熱器，所述水加熱器還分別連接沼氣供應(yīng)子系統(tǒng)和熱網(wǎng)，所述沼氣換熱器和水蒸發(fā)器分別連接重整器，所述空氣換熱器和重整器分別連接固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)，所述固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)連接燃燒器再連接空氣換熱器，所述固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)連接電能輸出子系統(tǒng)的一端，所述電能輸出子系統(tǒng)的另一端連接電網(wǎng)。

進(jìn)一步的，所述空氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括依次連接的鼓風(fēng)機(jī)和空氣控制閥，所述空氣控制閥連接空氣換熱器。空氣經(jīng)過空氣換熱器預(yù)熱后進(jìn)入固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)的陰極參與電化學(xué)反應(yīng)。

進(jìn)一步的，所述沼氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括依次連接的沼氣池、沼氣控制閥和脫硫器，所述脫硫器連接沼氣換熱器，所述水加熱器連接沼氣池。沼氣從沼氣池引出后，通過沼氣控制閥控制流量，隨后進(jìn)入脫硫器進(jìn)行常溫脫硫處理，隨后進(jìn)入沼氣換熱器進(jìn)行加熱，加熱至重整反應(yīng)所需溫度，隨后進(jìn)入重整器，在重整器中與水蒸氣混合進(jìn)行重整反應(yīng)，反應(yīng)后的混合氣體進(jìn)入固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)的陽極參與電化學(xué)反應(yīng)。所述脫硫器為常溫常壓脫硫器，采用包括醇胺脫硫技術(shù)在內(nèi)的常溫脫硫技術(shù)，所述重整器為常壓重整器。

進(jìn)一步的，所述水供應(yīng)子系統(tǒng)包括依次連接的水管、水控制閥和水凈化器，所述水凈化器連接水蒸發(fā)器，所述水控制閥連接水加熱器。水從水管中引出后進(jìn)入水控制閥，在水控制閥中分成兩路，一路進(jìn)入水凈化器，在水凈化器中去除水中的雜質(zhì)和離子，進(jìn)入水蒸發(fā)器，在水蒸發(fā)器中加熱至水蒸氣狀態(tài)，再進(jìn)入重整器發(fā)生重整反應(yīng)。另一路水進(jìn)入水加熱器，在水加熱器中加熱至熱網(wǎng)所需溫度，最后進(jìn)入熱網(wǎng)供熱。

進(jìn)一步的，所述電能輸出子系統(tǒng)包括依次連接的電壓變換單元和逆變單元，所述固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)連接電壓變換單元，所述逆變單元連接電網(wǎng)。所述固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)輸出的直流電通過電壓變換單元對電壓進(jìn)行升高和穩(wěn)定等操作，再通過逆變單元轉(zhuǎn)換為符合要求的交流電，最后輸出到電網(wǎng)中。

本發(fā)明還公開了一種基于能源互聯(lián)網(wǎng)的沼氣燃料電池系統(tǒng)的運行策略，具體包括以下過程：步驟s1，中央控制系統(tǒng)監(jiān)控基于能源互聯(lián)網(wǎng)的沼氣燃料電池系統(tǒng)的電網(wǎng)和熱網(wǎng)的實時負(fù)荷信息，環(huán)境監(jiān)測站收集實時環(huán)境信息，并建立電網(wǎng)及熱網(wǎng)的生產(chǎn)量與消費量之間的函數(shù)關(guān)系ⅰ，根據(jù)函數(shù)關(guān)系ⅰ判斷電網(wǎng)或熱網(wǎng)負(fù)荷是否產(chǎn)生波動，根據(jù)實時環(huán)境信息計算負(fù)荷的波動范圍和持續(xù)時間，如果波動持續(xù)時間長于沼氣燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時間，中央控制器發(fā)出調(diào)節(jié)沼氣流量的指令，調(diào)節(jié)沼氣池控制閥增大或者減小的流量，降低沼氣燃料電池系統(tǒng)輸出給電網(wǎng)和熱網(wǎng)的電量和熱量，平衡電網(wǎng)和熱網(wǎng)的負(fù)荷；步驟s2，中央控制系統(tǒng)接收實時環(huán)境信息，得到實時環(huán)境信息與電網(wǎng)及熱網(wǎng)的生產(chǎn)量和消費量之間的函數(shù)關(guān)系ⅱ，根據(jù)函數(shù)關(guān)系ⅱ以及未來幾天的環(huán)境信息預(yù)測未來幾天電網(wǎng)及熱網(wǎng)的生產(chǎn)量和消費量，判斷該預(yù)測結(jié)果之間的關(guān)系，如果生產(chǎn)量大于消費量，則調(diào)節(jié)沼氣控制閥減少沼氣流量，如果生產(chǎn)量小于消費量，則調(diào)節(jié)沼氣控制閥增加沼氣流量。

進(jìn)一步的，所述步驟s1的具體過程為過程：步驟s11、監(jiān)控基于能源互聯(lián)網(wǎng)的沼氣燃料電池系統(tǒng)的電網(wǎng)和熱網(wǎng)的實時負(fù)荷信息，得到能源互聯(lián)網(wǎng)中電能和熱能的生產(chǎn)量及消費量隨時間的函數(shù)關(guān)系ⅰ，同時環(huán)境監(jiān)測站收集備用的分布式電源和用戶端周邊的實時環(huán)境信息；步驟s12、中央控制系統(tǒng)通過步驟s11中生產(chǎn)量及消費量隨時間的變化關(guān)系以及實時環(huán)境信息分析電網(wǎng)或熱網(wǎng)中產(chǎn)生負(fù)荷波動的原因，在此基礎(chǔ)上計算并計算負(fù)荷的波動范圍和持續(xù)時間；步驟s13、中央控制系統(tǒng)判斷持續(xù)時間與沼氣燃料電池系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)時間的關(guān)系，對系統(tǒng)做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)：（1）若波動持續(xù)時間長于沼氣燃料電池系統(tǒng)響應(yīng)時間，中央控制器發(fā)出調(diào)節(jié)沼氣流量的指令，調(diào)節(jié)沼氣池控制閥增大或者減小的流量，降低沼氣燃料電池系統(tǒng)輸出給電網(wǎng)和熱網(wǎng)的電量和熱量；（2）若預(yù)測波動持續(xù)時間短于沼氣燃料電池系統(tǒng)響應(yīng)時間，中央控制器發(fā)出調(diào)節(jié)沼氣流量的指令，采用備用的分布式電源的調(diào)節(jié)方式，重新平衡電網(wǎng)和熱網(wǎng)的負(fù)荷；步驟s4、中央控制器發(fā)出調(diào)節(jié)沼氣流量的指令，平衡電網(wǎng)和熱網(wǎng)的負(fù)荷過程中，在沼氣燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時間內(nèi)持續(xù)監(jiān)測電網(wǎng)和熱網(wǎng)，并判斷是否達(dá)到負(fù)荷平衡狀態(tài)，若負(fù)荷未達(dá)到平衡狀態(tài)，重新計算負(fù)荷的波動范圍及持續(xù)時間，反饋至步驟s13進(jìn)行循環(huán)操作；若負(fù)荷達(dá)到平衡狀態(tài)，則停止相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施。

進(jìn)一步的，所述備用的分布式電源包括太陽能發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電站、沼氣燃料電池系統(tǒng)、儲能單元。所述備用的分布式電源的調(diào)節(jié)方式包括打開儲能單元進(jìn)行充放電操作。

進(jìn)一步的，所述步驟s2的具體過程為：步驟s21、接收環(huán)監(jiān)測站收集的包括太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)的分布式電源周邊的實時環(huán)境信息，以及用戶端周邊的實時環(huán)境信息；步驟s22、根據(jù)所收集的實時環(huán)境信息與步驟s11中得到的備用的分布式電源和用戶端周邊的實時環(huán)境信息，將分布式電源總發(fā)電發(fā)熱量、用戶端消費的電量和熱量進(jìn)行比對，建立該區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)分布式電源周邊實時環(huán)境信息與電網(wǎng)及熱網(wǎng)生產(chǎn)量和消費量之間的函數(shù)關(guān)系ⅱ；步驟s23、根據(jù)所收集的實時環(huán)境信息，與歷史同時期的環(huán)境信息進(jìn)行比對，建立未來幾天環(huán)境信息的預(yù)測模型，預(yù)測未來幾天分布式電源及用戶端周邊的環(huán)境信息；步驟24、根據(jù)函數(shù)關(guān)系ⅱ和步驟23中未來幾天的環(huán)境信息變化預(yù)測未來幾天該區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)電發(fā)熱量和用電用熱量；步驟25、根據(jù)步驟s24中的預(yù)測結(jié)果判斷電網(wǎng)及熱網(wǎng)的負(fù)荷平衡，對沼氣燃料電池做出相應(yīng)的沼氣流量進(jìn)行如下調(diào)節(jié)：（1）若預(yù)測的總發(fā)電發(fā)熱量小于用電用熱量，則調(diào)節(jié)沼氣控制閥緩慢增大沼氣流量，增加沼氣燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電發(fā)熱量；（2）若預(yù)測的總發(fā)電發(fā)熱量大于用電用熱量，則調(diào)節(jié)沼氣控制閥緩慢減少的沼氣流量，降低沼氣燃料電池的發(fā)電發(fā)熱量。

進(jìn)一步的，所述實時環(huán)境信息包括當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度、光照時間、風(fēng)速、風(fēng)向信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用上述技術(shù)方案的有益效果為：

（1）實現(xiàn)了沼氣的高效、清潔利用以及分布式熱電聯(lián)供；

（2）實現(xiàn)了沼氣燃料電池系統(tǒng)尾氣能量的梯級利用，除用于加熱系統(tǒng)部件、維持系統(tǒng)自運行以外，還用于加熱沼氣池，維持最佳發(fā)酵溫度，加快沼氣的產(chǎn)生，提高了整個系統(tǒng)的能源利用效率；

（3）提出了基于能源互聯(lián)網(wǎng)的分布式沼氣發(fā)電并網(wǎng)的一種解決方案，實現(xiàn)了能源互聯(lián)網(wǎng)的“源-源互補(bǔ)”、“源-網(wǎng)協(xié)調(diào)”的運營模式，提高了能源互聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于能源互聯(lián)網(wǎng)的沼氣燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本工作框架示意圖。

圖3是本發(fā)明沼氣燃料電池系統(tǒng)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的運行策略的流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

如圖1所示，一種基于能源互聯(lián)網(wǎng)的沼氣燃料電池系統(tǒng)，具體包括空氣供應(yīng)子系統(tǒng)、沼氣供應(yīng)子系統(tǒng)、水供應(yīng)子系統(tǒng)、空氣換熱器5-2、沼氣換熱器5-3、水蒸發(fā)器5-4、水加熱器5-5、重整器2-4、固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1、燃燒器5-1和電能輸出子系統(tǒng)，所述空氣供應(yīng)子系統(tǒng)連接空氣換熱器5-2，所述沼氣供應(yīng)子系統(tǒng)連接沼氣換熱器5-3，所述水供應(yīng)子系統(tǒng)分別連接水蒸發(fā)器5-4和水加熱器5-5，所述空氣換熱器5-2依次連接沼氣換熱器5-3、水蒸發(fā)器5-4和水加熱器5-5，所述水加熱器5-5還分別連接沼氣供應(yīng)子系統(tǒng)和熱網(wǎng)3-4，所述沼氣換熱器5-3和水蒸發(fā)器5-4分別連接重整器2-4，所述空氣換熱器5-2和重整器2-4分別連接固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1，所述固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1連接燃燒器5-1再連接空氣換熱器5-2，所述固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1連接電能輸出子系統(tǒng)的一端，所述電能輸出子系統(tǒng)的另一端連接電網(wǎng)6-3。固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1的出口未反應(yīng)完全的氣體在燃燒器5-1中進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈴娜紵饕?，在空氣換熱器5-2中對空氣進(jìn)行加熱，隨后進(jìn)入沼氣換熱器5-3中對沼氣進(jìn)行加熱，再進(jìn)入水蒸發(fā)器5-4對水進(jìn)行加熱蒸發(fā)，最后進(jìn)入水加熱器5-5對供熱用水進(jìn)行加熱，實現(xiàn)對熱網(wǎng)3-4進(jìn)行供熱，通過從空氣換熱器5-2、沼氣換熱器5-3、水蒸發(fā)器5-4和水加熱器5-5對氣體進(jìn)行能量梯級利用，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效熱回收。所述水加熱器5-5與所述沼氣供應(yīng)子系統(tǒng)相連接，尾氣余熱加熱沼氣池，以維持生產(chǎn)沼氣所需溫度。固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1的陰極和陽極的氣體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)輸出電能，并通過電能輸出子系統(tǒng)向電網(wǎng)供電6-3。

所述空氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括依次連接的鼓風(fēng)機(jī)1-1和空氣控制閥1-2，所述空氣控制閥1-2連接空氣換熱器5-2，鼓風(fēng)機(jī)1-1鼓入空氣，通過空氣控制閥1-2控制流量?？諝膺M(jìn)入空氣換熱器5-2中，與燃燒尾氣進(jìn)行換熱，空氣被加熱至固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1所需反應(yīng)溫度（600℃~1000℃），隨后進(jìn)入固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1陰極，空氣中的o2在固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1陰極參與電化學(xué)反應(yīng)。

所述沼氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括依次連接的沼氣池2-1、沼氣控制閥2-2和脫硫器2-3，所述脫硫器2-3連接沼氣換熱器5-3，所述水加熱器5-5連接沼氣池2-1。沼氣通過沼氣控制閥2-2控制其輸出流量，進(jìn)入脫硫器2-3中脫硫，脫硫器2-3中裝有的常溫脫硫劑如二甲基乙醇胺（dmea）液相脫硫劑等能夠在常溫常壓下有效脫除沼氣中含有的h2s成分以及部分有機(jī)硫；脫硫后的沼氣進(jìn)入沼氣換熱器5-3中，與燃燒尾氣進(jìn)行換熱，被加熱至重整所需溫度并進(jìn)入重整器2-4中，與水蒸氣混合。在重整器2-4中鎳基催化劑的催化下，沼氣中的ch4與h2o氣體發(fā)生重整反應(yīng)，重整為ch4、h2、co、co2和h2o的混合氣體；混合氣體從重整器2-4中輸出，進(jìn)入到固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1的陽極；混合氣體中的h2、co在固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)的陽極參與電化學(xué)反應(yīng)。

所述水供應(yīng)子系統(tǒng)包括依次連接的水管3-1、水控制閥3-2和水凈化器3-3，所述水凈化器3-3連接水蒸發(fā)器5-4，所述水控制閥3-2連接水加熱器5-5。水從水管引出，通過水控制閥3-2分為兩路，并分別控制其流量。一路進(jìn)入水凈化器3-3，通過水凈化器3-3中的凈化劑如活性炭等過濾掉水中的雜質(zhì)和離子，隨后進(jìn)入水蒸發(fā)器，在水蒸發(fā)器5-4中被燃燒尾氣加熱至水蒸氣狀態(tài)；水蒸氣從水蒸發(fā)器5-4中通過保溫管進(jìn)入重整器2-4，提供重整器2-4中重整反應(yīng)需要的h2o氣體；另一路直接進(jìn)入水加熱器，在水加熱器5-5中被燃燒尾氣加熱至70℃，隨后進(jìn)入熱網(wǎng)3-4進(jìn)行供熱。水加熱器5-6中實現(xiàn)加熱的具體過程：從固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1陰極排出的未反應(yīng)完全的空氣和從陽極排出的未反應(yīng)完全的混合氣體進(jìn)入燃燒器并混合，在燃燒器5-1中點火燃燒?；旌蠚怏w中的ch4、h2、co被完全消耗，生成主要成分為co2、h2o、o2和n2的高溫混合尾氣。高溫尾氣首先進(jìn)入空氣換熱器5-2，將鼓風(fēng)機(jī)1-1引入的空氣加熱至電化學(xué)反應(yīng)所需溫度。隨后尾氣進(jìn)入沼氣換熱器5-3中，加熱從脫硫后的沼氣至重整溫度。隨后尾氣進(jìn)入水蒸發(fā)器中5-4，加熱從凈化后的水至水蒸氣狀態(tài)。隨后尾氣進(jìn)入水加熱器5-5中，加熱從水管中直接引入的水至70℃。經(jīng)過多級換熱，高溫尾氣自身被冷卻至100℃以下，并進(jìn)入沼氣池2-1的加熱管中，維持沼氣池厭氧發(fā)酵的最佳溫度50℃，最后被排入大氣中。

所述電能輸出子系統(tǒng)包括依次連接的電壓變化單元6-1和逆變單元6-2，所述固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1連接電壓變換單元6-1，所述逆變單元6-2連接電網(wǎng)6-3。在固體氧化物燃料電池子系統(tǒng)4-1中，陽極的混合氣體中的h2和co在600℃~1000℃的溫度下，與陰極的空氣中的o2發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成co2和h2o，并對外輸出電能，輸出的的直流電能首先通過電壓變換單元6-1進(jìn)行電壓升高和穩(wěn)定等操作，隨后在逆變單元6-2中將直流電轉(zhuǎn)化為符合電網(wǎng)6-3要求的交流電，最后并入電網(wǎng)6-3。

如圖2所示，基于區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)，所述沼氣燃料電池系統(tǒng)還能結(jié)合源網(wǎng)荷信息，與其他備用的分布式電源相互協(xié)調(diào)管控。由于包括太陽能、風(fēng)能在內(nèi)的很多分布式電源受環(huán)境因素影響較大，不便于人為調(diào)控，而沼氣燃料電池系統(tǒng)可以通過快速定量調(diào)節(jié)沼氣流量來調(diào)整產(chǎn)電量與產(chǎn)熱量，所以利用沼氣燃料電池對能源互聯(lián)網(wǎng)電網(wǎng)和熱網(wǎng)的負(fù)荷平衡進(jìn)行調(diào)控是一種很好的方法。一般地，區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)中的分布式電源包括太陽能發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電站、沼氣燃料電池系統(tǒng)和儲能單元等，不同分布式發(fā)電源產(chǎn)生的電能通過控制器并入電網(wǎng)6-3，或從中接受電能。同時，沼氣燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的熱水通過控制器并入熱網(wǎng)3-4中供熱。用戶從電網(wǎng)6-3，和熱網(wǎng)3-4中取用電能以及熱能使用。該區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)中還包含環(huán)境監(jiān)測站和中央控制系統(tǒng)，環(huán)境監(jiān)測站收集分布式發(fā)電源以及用戶端周邊的環(huán)境信息。本發(fā)明還公開了一種基于能源互聯(lián)網(wǎng)的沼氣燃料電池系統(tǒng)的運行策略，具體包括以下過程：步驟s1，中央控制系統(tǒng)監(jiān)控基于能源互聯(lián)網(wǎng)的沼氣燃料電池系統(tǒng)的電網(wǎng)和熱網(wǎng)的實時負(fù)荷信息，環(huán)境監(jiān)測站收集實時環(huán)境信息，并建立電網(wǎng)及熱網(wǎng)的生產(chǎn)量與消費量之間的函數(shù)關(guān)系ⅰ，根據(jù)函數(shù)關(guān)系ⅰ判斷電網(wǎng)或熱網(wǎng)負(fù)荷是否產(chǎn)生波動，根據(jù)實時環(huán)境信息計算負(fù)荷的波動范圍和持續(xù)時間，如果波動持續(xù)時間長于沼氣燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時間，中央控制器發(fā)出調(diào)節(jié)沼氣流量的指令，調(diào)節(jié)沼氣池控制閥增大或者減小的流量，降低沼氣燃料電池系統(tǒng)輸出給電網(wǎng)和熱網(wǎng)的電量和熱量，平衡電網(wǎng)和熱網(wǎng)的負(fù)荷；步驟s2，中央控制系統(tǒng)接收實時環(huán)境信息，得到實時環(huán)境信息與電網(wǎng)及熱網(wǎng)的生產(chǎn)量和消費量之間的函數(shù)關(guān)系ⅱ，根據(jù)函數(shù)關(guān)系ⅱ以及未來幾天的環(huán)境信息預(yù)測未來幾天電網(wǎng)及熱網(wǎng)的生產(chǎn)量和消費量，判斷該預(yù)測結(jié)果之間的關(guān)系，如果生產(chǎn)量大于消費量，則調(diào)節(jié)沼氣控制閥減少沼氣流量，如果生產(chǎn)量小于消費量，則調(diào)節(jié)沼氣控制閥增加沼氣流量。

如圖3所示，所述步驟s1的具體過程為過程：步驟s11、監(jiān)控基于能源互聯(lián)網(wǎng)的沼氣燃料電池系統(tǒng)的電網(wǎng)和熱網(wǎng)的實時負(fù)荷信息，得到能源互聯(lián)網(wǎng)中電能和熱能的生產(chǎn)量及消費量隨時間的函數(shù)關(guān)系ⅰ，同時環(huán)境監(jiān)測站收集備用的分布式電源和用戶端周邊的實時環(huán)境信息；步驟s12、中央控制系統(tǒng)通過步驟s11中生產(chǎn)量及消費量隨時間的變化關(guān)系以及實時環(huán)境信息分析電網(wǎng)或熱網(wǎng)中產(chǎn)生負(fù)荷波動的原因，在此基礎(chǔ)上計算并計算負(fù)荷的波動范圍和持續(xù)時間；步驟s13、中央控制系統(tǒng)判斷持續(xù)時間與沼氣燃料電池系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)時間的關(guān)系，對系統(tǒng)做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)：（1）若波動持續(xù)時間長于沼氣燃料電池系統(tǒng)響應(yīng)時間，中央控制器發(fā)出調(diào)節(jié)沼氣流量的指令，調(diào)節(jié)沼氣池控制閥增大或者減小的流量，降低沼氣燃料電池系統(tǒng)輸出給電網(wǎng)和熱網(wǎng)的電量和熱量；（2）若預(yù)測波動持續(xù)時間短于沼氣燃料電池系統(tǒng)響應(yīng)時間，中央控制器發(fā)出調(diào)節(jié)沼氣流量的指令，采用備用的分布式電源的調(diào)節(jié)方式，重新平衡電網(wǎng)和熱網(wǎng)的負(fù)荷；步驟s4、中央控制器發(fā)出調(diào)節(jié)沼氣流量的指令，平衡電網(wǎng)和熱網(wǎng)的負(fù)荷過程中，在沼氣燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時間內(nèi)持續(xù)監(jiān)測電網(wǎng)和熱網(wǎng)，并判斷是否達(dá)到負(fù)荷平衡狀態(tài)，若負(fù)荷未達(dá)到平衡狀態(tài)，重新計算負(fù)荷的波動范圍及持續(xù)時間，反饋至步驟s13進(jìn)行循環(huán)操作；若負(fù)荷達(dá)到平衡狀態(tài)，則停止相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施。

如圖3所示，所述步驟s2的具體過程為：步驟s21、接收環(huán)監(jiān)測站收集的包括太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)的分布式電源周邊的實時環(huán)境信息，以及用戶端周邊的實時環(huán)境信息；步驟s22、根據(jù)所收集的實時環(huán)境信息與步驟s11中得到的備用的分布式電源和用戶端周邊的實時環(huán)境信息，將分布式電源總發(fā)電發(fā)熱量、用戶端消費的電量和熱量進(jìn)行比對，建立該區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)分布式電源周邊實時環(huán)境信息與電網(wǎng)及熱網(wǎng)生產(chǎn)量和消費量之間的函數(shù)關(guān)系ⅱ；步驟s23、根據(jù)所收集的實時環(huán)境信息，與歷史同時期的環(huán)境信息進(jìn)行比對，建立未來幾天環(huán)境信息的預(yù)測模型，預(yù)測未來幾天分布式電源及用戶端周邊的環(huán)境信息；步驟24、根據(jù)函數(shù)關(guān)系ⅱ和步驟23中未來幾天的環(huán)境信息變化預(yù)測未來幾天該區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)電發(fā)熱量和用電用熱量；步驟25、根據(jù)步驟s24中的預(yù)測結(jié)果判斷電網(wǎng)及熱網(wǎng)的負(fù)荷平衡，對沼氣燃料電池做出相應(yīng)的沼氣流量進(jìn)行如下調(diào)節(jié)：（1）若預(yù)測的總發(fā)電發(fā)熱量小于用電用熱量，則調(diào)節(jié)沼氣控制閥緩慢增大沼氣流量，增加沼氣燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電發(fā)熱量；（2）若預(yù)測的總發(fā)電發(fā)熱量大于用電用熱量，則調(diào)節(jié)沼氣控制閥緩慢減少的沼氣流量，降低沼氣燃料電池的發(fā)電發(fā)熱量。

如圖3所示的沼氣燃料電池系統(tǒng)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的運行策略，運行策略包括沼氣燃料電池對能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的實時調(diào)控和預(yù)測調(diào)控，以下用2個實施例分別說明步驟s1中的實時調(diào)控和步驟s2中的預(yù)測調(diào)控的工作方式。其中，實施例1描述了實時調(diào)控方式，實施例2描述了預(yù)測調(diào)控方式。該實施例基于圖2所示的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的工作框架。

實施例1：中央控制系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測電網(wǎng)和熱網(wǎng)的負(fù)荷狀態(tài)，得到電網(wǎng)和熱網(wǎng)的負(fù)荷平衡曲線。此時，電網(wǎng)和熱網(wǎng)的生產(chǎn)負(fù)荷開始波動，環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測到分布式電源周邊出現(xiàn)包括風(fēng)力波動、光照波動等向不利用或有利于電力生產(chǎn)的變化。分布式電源中的太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等發(fā)電量產(chǎn)生波動，導(dǎo)致電網(wǎng)電力生產(chǎn)負(fù)荷波動。中央控制系統(tǒng)通過控制器監(jiān)測到具體分布式電源的波動情況以及周邊環(huán)境變化情況，計算出此次波動的范圍和持續(xù)時長。若預(yù)測波動持續(xù)時間長于沼氣燃料電池系統(tǒng)響應(yīng)時間，中央控制系統(tǒng)發(fā)出調(diào)節(jié)沼氣流量的指令，增大或降低沼氣燃料電池的發(fā)電發(fā)熱量，重新平衡電網(wǎng)和熱網(wǎng)的負(fù)荷；若預(yù)測波動持續(xù)時間短于沼氣燃料電池系統(tǒng)響應(yīng)時間，中央控制系統(tǒng)采用如蓄電池組充放電等快速響應(yīng)的分布式調(diào)節(jié)方式，維持電網(wǎng)和熱網(wǎng)的負(fù)荷平衡。在此過程中，中央控制系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測電網(wǎng)或熱網(wǎng)的波動情況，并調(diào)整采取的調(diào)節(jié)措施，直至達(dá)到負(fù)荷平衡狀態(tài)。

實施例2：電網(wǎng)和熱網(wǎng)處于負(fù)荷平衡狀態(tài)。中央控制系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測電網(wǎng)和熱網(wǎng)的負(fù)荷狀態(tài)，同時，環(huán)境監(jiān)測站收集分布式電源周邊的環(huán)境實時信息，包括溫度、濕度、光照強(qiáng)度、光照時間、風(fēng)力、風(fēng)向信息，并傳輸給中央控制系統(tǒng)。中央控制系統(tǒng)建立電網(wǎng)和熱網(wǎng)生產(chǎn)量的實時信息與分布式電源周邊的環(huán)境實時信息之間的函數(shù)關(guān)系。隨后，環(huán)境監(jiān)測站接收當(dāng)?shù)貧庀囝A(yù)報系統(tǒng)發(fā)送的未來幾天分布式電源周邊的環(huán)境信息，并傳輸給中央控制系統(tǒng)。中央控制系統(tǒng)利用此前所建立的函數(shù)關(guān)系ⅱ以及未來幾天分布式電源周邊的環(huán)境信息預(yù)測出未來幾天的分布式電源電能和熱能生產(chǎn)量的增加或減少的變化趨勢。隨后，中央控制系統(tǒng)發(fā)出調(diào)控指令，緩慢增大或減低沼氣流量，在未來幾天中逐步增加或降低所述沼氣燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電量及發(fā)熱量，維持電網(wǎng)或熱網(wǎng)的負(fù)荷平衡狀態(tài)。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。如果本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神所做的非實質(zhì)性改變或改進(jìn)，都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍。