一种弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统技术方案

本发明专利技术提供一种弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，其特征在于，包括：风力发电系统、电解水制氢系统及燃煤发电系统；其中，所述风力发电系统与所述电解水制氢系统连接，给所述电解水制氢系统供电；所述电解水制氢系统用于电解水制备氢气和氧气；所述燃煤发电系统与所述电解水制氢系统的氧气输出端连接，利用电解水制氢系统生产的氧气实现燃煤发电系统的锅炉富氧燃烧。可有效消纳弃风电力，同时降低制氢成本；同时充分利用高价值的副产物氧气，将氧气送入燃煤锅炉实现锅炉的富氧燃烧；不仅能整体上大幅降低电解水制氢系统的成本，同时对于电厂侧来说，还具有节省能源，提高锅炉内部燃烧强度，减少排烟损失，提高锅炉效率的优异效果。

A coupling coal-fired power generation system for hydrogen production from waste air and electrolyzed water

【技术实现步骤摘要】
一种弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统
本专利技术涉及一种电解水制氢系统，更确切的说涉及一种弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统。
技术介绍
氢能作为清洁能源，它具有来源广泛、燃烧热值高、无污染及利用形式多等特点，有望成为能源领域的未来之星，更是被业界部分专家称为“终极能源”。氢气可以由水制取，原料来源取之不尽。常见的制氢技术有包括煤制氢、天然气与石油制氢、工业副产氢等，电解水制氢技术成熟度也较高，且有一些案例已经进入实用阶段。若以正常工商业销售电价计算并拆分电解水制氢的成本，具体应包括资产折旧、运营费用(一般维护、电池组更换)、电费(用电、过网费)，其中电费成本会达到70-80％，占比较高。因此，电解水制氢最重要的成本在于电费，用电的成本决定了氢气的成本，电解水制氢工艺需要尽可能的压低电费成本。我国可再生能源十分丰富，且可再生能源的开发力度居世界前列，新能源新增及累计装机容量均排名世界第一。但新能源电力发电量受季节及气候影响波动较大，无法满足用电侧负荷的稳定性，因而弃风、弃光、弃水现象十分严重。近5年来，我国风电产业迎来了突飞猛进的发展。2018年，我国新增并网风电装机2059万千瓦，累计并网装机容量达到1.84亿千瓦，占全部发电装机容量的9.7％。但是弃风现象较为严重，所谓弃风，是指风机处于正常情况下，由于当地电网接纳能力不足、风电场建设工期不匹配和风电不稳定等自身特点导致的部分风电场风机暂停的现象。国家对此较为重视并提出：2018年，确保全国平均风电弃风率低于12％(力争控制在10％以内)；2019年，确保全国平均风电弃风率低于10％(力争控制在8％左右)；2020年，确保全国平均风电弃风率控制在合理水平(力争控制在5％左右)。2018年全国平均弃风率为7％，但弃风率最高的地区弃风率达23％。清洁电力的消纳形势依然很严峻。
技术实现思路
基于现有技术所存在的问题，本专利技术提供了一种弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，利用弃风获得低廉的电力来打通制氢环节路线。在大量制取氢气的同时，充分利用高价值的副产物氧气，从而达到降低成本，实现经济效益的目的。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供如下技术方案：一种弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，包括：风力发电系统、电解水制氢系统及燃煤发电系统；其中，所述风力发电系统与所述电解水制氢系统连接，给所述电解水制氢系统供电；所述电解水制氢系统用于电解水制备氢气和氧气；所述燃煤发电系统与所述电解水制氢系统的氧气输出端连接，利用电解水制氢系统生产的氧气实现燃煤发电系统的锅炉富氧燃烧。上述弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，作为一种优选实施方式，所述风力发电系统包括风力发电机组和风电电能分配系统，其中，所述风力发电机组用于实现风能转化为电能；所述风电电能分配系统用于将电能进行分配，包括电网支路和制氢支路，所述电网支路用于风电对电网友好时将电能输送至电网，所述制氢支路用于风电对电网不友好时将电能输送至电解水制氢系统的电解槽用于制氢；所述制氢支路上依次设置有AC/DC变流器和DC/DC变压器；所述电网支路上依次设置有AC/AC变流器。上述弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，作为一种优选实施方式，所述电解水制氢系统包括：补水系统、碱液循环系统、电解槽、氢纯化系统；其中，所述补水系统用于向所述氢纯化系统补充纯水；所述碱液循环系统，分别与所述电解槽的电解液输入端、所述氢纯化系统的液相输出端连接，用于从所述氢纯化系统回收电解碱液，并向所述电解槽提供电解碱液；所述电解槽，与所述碱液循环系统的输出端连接，用于接收电解碱液并且在直流电的作用下纯水发生电解反应生成氢气和氧气；所述氢纯化系统，分别与所述电解槽的输出端、所述补水系统的输出端和所述碱液循环系统的输入端连接，用于接收所述电解槽流出的富含氢气的电解碱液和富含氧气的电解碱液，并分别分离纯化氢气、氧气。上述弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，作为一种优选实施方式，所述补水系统包括纯水装置、原料水箱、补水泵，其中，所述纯水装置用于对水源进行纯化处理得到纯水；所述原料水箱与所述纯水装置连接，用于储存纯水；所述补水泵用于从所述原料水箱抽取纯水输送至目标设备。上述弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，作为一种优选实施方式，所述碱液循环系统包括碱液循环泵、碱液冷却器以及碱液循环管道；其中，所述碱液循环管道分别连接所述氢纯化系统的液相输出端和所述电解槽的输入端，所述碱液循环泵设置于所述碱液循环管道上用于提供碱液循环的动力，所述碱液冷却器设置于所述碱液循环管道上，用于对所述碱液进行冷却过滤处理。上述弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，作为一种优选实施方式，所述电解槽的输出端包括富含氢气电解液输出端和富含氧气电解液输出端，分别用于输出富含氢气的电解液和富含氧气的电解液；优选地，所述电解槽的输入端还与所述补水系统连接。上述弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，作为一种优选实施方式，所述氢纯化系统包括氢气纯化子系统和氧气纯化子系统；所述氢气纯化子系统包括依次连接的氢分离器、氢综合塔、氢气水分离器、氢气调压装置；其中，所述氢气分离器用于从所述电解槽流出的富含氢气电解液中分离电解液和氢气；所述氢综合塔用于洗涤、冷却所述氢分离器中分离出的氢气；所述氢气水分离器用于对所述氢综合塔排出的氢气进行气液分离；所述氢气调压装置用于对所述氢气水分离器排出的干燥纯净的氢气进行稳压处理，然后输送出所述氢纯化系统；所述氧气纯化子系统包括依次连接的氧分离器、氧综合塔、氧气水分离器、氧气调压装置；其中，所述氧气分离器用于从所述电解槽流出的富含氧气电解液中分离电解液和氧气；所述氧综合塔用于洗涤、冷却所述氧分离器中分离出的氧气；所述氧气水分离器用于对所述氧综合塔排出的氧气进行气液分离，所述氧气调压装置用于对所述氧气水分离器排出的干燥纯净的氧气进行稳压处理，然后输送出所述氢纯化系统；所述氢分离器和所述氧分离器的液相出口都与所述碱液循环系统连接；优选地，所述氢综合塔、所述氧综合塔都与所述碱液循环系统连接。上述弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，作为一种优选实施方式，所述氢气水分离器、所述氧气水分离器与碱液循环系统连接；或者，所述氢气水分离器、所述氧气水分离器与所述补水系统连接，氢气水分离器和氧气水分离器分离的纯水以进入补水系统循环使用。上述弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，作为一种优选实施方式，所述燃煤发电系统包括：氧气减压装置、氧气二次风混合系统、风机、锅炉；其中，所述氧气减压装置与电解水制氢系统的氢纯化系统连接，用于为所述氢纯化系统输出的氧气减压；所述氧气二次风混合系统分别与所述风机和所述氧气减压装置连接，用于混合从所述风机输送而来的二次风和所述氧气减压装置输出的氧气；所述锅炉与所述氧气二次风混合系统连接，所述氧气二次风混合系统输出的富氧混合气体被输送至所述锅炉进行燃烧。上述弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，作为一种优选实施方式，所述燃煤发电系统中管路上还设有流量调节阀，用于调控氧气流量的大小。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，其特征在于，包括：风力发电系统、电解水制氢系统及燃煤发电系统；其中，所述风力发电系统与所述电解水制氢系统连接，给所述电解水制氢系统供电；所述电解水制氢系统用于电解水制备氢气和氧气；所述燃煤发电系统与所述电解水制氢系统的氧气输出端连接，利用电解水制氢系统生产的氧气实现燃煤发电系统的锅炉富氧燃烧。/n

【技术特征摘要】
1.一种弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，其特征在于，包括：风力发电系统、电解水制氢系统及燃煤发电系统；其中，所述风力发电系统与所述电解水制氢系统连接，给所述电解水制氢系统供电；所述电解水制氢系统用于电解水制备氢气和氧气；所述燃煤发电系统与所述电解水制氢系统的氧气输出端连接，利用电解水制氢系统生产的氧气实现燃煤发电系统的锅炉富氧燃烧。


2.如权利要求1所述的弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，其特征在于，所述风力发电系统包括风力发电机组和风电电能分配系统，其中，
所述风力发电机组用于实现风能转化为电能；所述风电电能分配系统用于将电能进行分配，包括电网支路和制氢支路，所述电网支路用于风电对电网友好时将电能输送至电网，所述制氢支路用于风电对电网不友好时将电能输送至电解水制氢系统的电解槽用于制氢；
所述制氢支路上依次设置有AC/DC变流器和DC/DC变压器；所述电网支路上依次设置有AC/AC变流器。


3.如权利要求1或2所述的弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，其特征在于，所述电解水制氢系统包括：补水系统、碱液循环系统、电解槽、氢纯化系统；其中，
所述补水系统用于向所述氢纯化系统补充纯水；
所述碱液循环系统，分别与所述电解槽的电解液输入端、所述氢纯化系统的液相输出端连接，用于从所述氢纯化系统回收电解碱液，并向所述电解槽提供电解碱液；
所述电解槽，与所述碱液循环系统的输出端连接，用于接收电解碱液并且在直流电的作用下纯水发生电解反应生成氢气和氧气；
所述氢纯化系统，分别与所述电解槽的输出端、所述补水系统的输出端和所述碱液循环系统的输入端连接，用于接收所述电解槽流出的富含氢气的电解碱液和富含氧气的电解碱液，并分别分离纯化氢气、氧气。


4.如权利要求3所述的弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，其特征在于，所述补水系统包括纯水装置、原料水箱、补水泵，其中，所述纯水装置用于对水源进行纯化处理得到纯水；所述原料水箱与所述纯水装置连接，用于储存纯水；所述补水泵用于从所述原料水箱抽取纯水输送至目标设备。


5.如权利要求3或4所述的弃风电解水制氢耦合燃煤发电系统，其特征在于，所述碱液循环系统包括碱液循环泵、碱液冷却器以及碱液循环管道；其中，所述碱液循环管道分别连接所述氢纯化系统的液相输出端和所述电解槽的输入端，所述碱液循环泵设置于所述碱液循环管道上用于提供碱液循环的动力，所述碱液冷却器设置于所述碱液循环管道上，用于对所述碱液进行冷却过滤处理。


6.如权利要求3-...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕洲，高维，
申请(专利权)人：国电龙源电力技术工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11