一种利用电解水与碳基燃料发电耦合用于绿电调峰储能和消纳的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用电解水与碳基燃料发电耦合用于绿电调峰储能和消纳的方法，该方法包括以下步骤：步骤1：利用绿电进行电解水生产氢气和氧气；步骤2：在调峰的峰谷时间内，使步骤1生产的氧气与碳基燃料反应发电并生成二氧化碳和水；步骤3：使步骤2生成的二氧化碳和氢气反应生成碳基合成燃料和水，或者，使步骤2生成的二氧化碳和氢反应生成一氧化碳和水，一氧化碳和氢气反应生成碳基燃料。该方法通过电解水与碳基燃料发电耦合解决绿电的调峰、储能和消纳难题。和消纳难题。和消纳难题。

【技术实现步骤摘要】
一种利用电解水与碳基燃料发电耦合用于绿电调峰储能和消纳的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用电解水与碳基燃料发电耦合用于绿电调峰储能和消纳的方法，属于能源


技术介绍

[0002]光伏风电等绿电取代化石能源的发电已是必然趋势，但光伏风电等绿电具有随机性和时间分布，使传统的电网难以稳定运行，需要调峰和储存。
[0003]同时随着光伏风电的发展，利用绿电作为能源对传统工业再电气化消纳，生产低碳化绿色产品时代也将到来。
[0004]光伏风电接入传统电网，需要煤油气等化石燃料发电调峰，随着CO2排放气候变暖及化石能源终究会耗尽的限制，控制化石燃料发电成为人类共识。但随着光伏风电的比例增多，调峰、储存和消纳成为面对的难题需要克服。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种利用电解水与碳基燃料发电耦合用于绿电调峰储能和消纳的方法，该方法通过电解水与碳基燃料发电耦合解决绿电的调峰、储能和消纳难题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供了一种利用电解水与碳基燃料发电耦合用于绿电调峰储能和消纳的方法，其包括以下步骤：
[0007]步骤1：利用绿电进行电解水生产氢气和氧气；
[0008]步骤2：在调峰的峰谷时间内，使步骤1生产的氧气与碳基燃料反应发电并生成二氧化碳和水；
[0009]步骤3：使步骤2生成的二氧化碳和氢气反应生成碳基合成燃料和水，或者，使步骤2生成的二氧化碳和氢反应生成一氧化碳和水，一氧化碳和氢气反应生成碳基燃料。
[0010]根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术所提供的方法也可以先进行步骤2，这种情况下，启动反应的氧气可以来自于空气，该步骤所发的电可以用于电解水制取氢气和氧气，氧气再循环至“氧气与碳基燃料反应发电”的反应中。
[0011]化石燃料发电调峰特别是煤发电厂调峰易具经济性，但碳基燃料的燃煤发电同时排放CO2，核心是发电可控。本专利技术采取逆向思维，以CO2为碳资源，通过电赋能CO2资源，循环成为碳燃基料用于发电，实质上是利用碳基燃料循环可控发电，以调峰控制光伏风电的随机性和时间分布。
[0012]在上述方法中，优选地，所述步骤2采用的碳基燃料包括甲烷、甲醇、乙醇、碳酸二甲酯(DMC)、油品、煤和生物质燃料等中的一种或两种以上的组合。
[0013]在上述方法中，优选地，所述步骤3生成的碳基合成燃料包括甲烷、甲醇、乙醇、碳酸二甲酯和FT油品(采用FT合成获得)中的一种或两种以上的组合。这些碳基合成染料能够
通过燃烧或燃料电池发电，实现碳资源的循环。甲醇、乙醇、碳酸二甲酯、FT合成油的一些组分又是高附加值的化学品，以此路线又可颠覆现有利用煤油气为原料生产上述化学品的技术路线，即把CO2作为碳资源原料为起点，通过系列反应，赋能合成与生产传统以煤油气为原料生产的一些精细碳基产品，而这些精细碳基产品实质上是储存和消纳了绿电。
[0014]在上述方法中，优选地，所述步骤2中，氧气与碳基燃料反应发电并生成二氧化碳和水通过碳基燃料的燃烧实现，或者通过燃料电池发电实现。
[0015]在上述方法中，优选地，所述步骤3中，使步骤2生成的二氧化碳和氢反应生成一氧化碳和水的工艺条件为：压力1
‑
3.0Mpa，温度500
‑
950℃，空速500
‑
5000h
‑1，催化剂为镍系催化剂。其中，优选地，所述镍系催化剂的镍含量为2
‑
20％(重量比)，余为载体；更优选地，所述载体为氧化铝、氧化硅、氧化钙和氧化镁中的一种或两种以上的组合。
[0016]在上述方法中，优选地，所述步骤3中，一氧化碳和氢气反应生成碳基燃料的产物为甲醇、碳酸二甲酯或FT油品。
[0017]在上述方法中，优选地，所述步骤2中，与碳基燃料反应的氧气中含有二氧化碳。
[0018]在上述方法中，优选地，所述二氧化碳与氧气的摩尔比为0.01
‑
9:1，更优选为0.25
‑
4:1。
[0019]在上述方法中，优选地，与氧气和二氧化碳的混合气进行反应的碳基燃料包括煤或生物质。
[0020]在上述方法中，优选地，步骤2、步骤3生成的水循环用于步骤1的电解水过程。
[0021]在上述方法中，优选地，步骤3生成的碳基燃料循环用于步骤2的氧气与碳基燃料反应发电的过程。通过工艺过程中合成的碳基燃料循环进行发电，由此调峰就不需要使用化石燃料了，这就实现了化石燃料发电调峰向可再生燃料发电调峰本质上转变，并且能够实现碳的循环利用。
[0022]本专利技术所提供的电赋能CO2生产碳基燃料及高值化学品的路径可为电解水生产氢气与氧气，氧与碳基燃料燃烧或经燃料电池发电用于可控调峰，同时产出CO2，CO2与电解水生产的氢经过催化剂CO2和H2直接合成碳基燃料，或经逆变换反应生成CO和水，CO和H2形成合成气，经各类反应可生产甲烷、甲醇、乙醇、DMC及FT合成油等。
[0023]本专利技术所提供的上述路径是面对光伏风电调峰储存和消纳难题，以化工创新思路解决电的调峰、储存和消纳三大难题，把上述三难题分解为若干个化学反应的组合：
[0024]2H2O(电解)
→
2H2+O2...........................................(1)
[0025]C
n
H
m
+O2→
CO2+H2O+可控电...................................(2)
[0026]CO2+H2→
CO+H2O.....................................................(3)
[0027]CO+2H2→
CH3OH.....................................................(4)
[0028]CO2+3H2→
CH3OH+H2O............................................(5)
[0029]CO+3H2→
CH4+H2O..................................................(6)
[0030]CO+H2→
C
n
H
m
+H2O...................................................(7)
[0031]以甲醇路径循环为例，即(8)
‑
(12)反应，通过电解水赋能氢气与氧气，O2和甲醇反应获得可控电，产生的CO2与氢气直接合成甲醇或经两步法，即经过逆变换反应把CO2转变为CO，再与氢合成甲醇，实现循环。
[0032]2H2O(电解)
→
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用电解水与碳基燃料发电耦合用于绿电调峰储能和消纳的方法，其包括以下步骤：步骤1：利用绿电进行电解水生产氢气和氧气；步骤2：在调峰的峰谷时间内，使步骤1生产的氧气与碳基燃料反应发电并生成二氧化碳和水；步骤3：使步骤2生成的二氧化碳和氢气反应生成碳基合成燃料和水，或者，使步骤2生成的二氧化碳和氢反应生成一氧化碳和水，一氧化碳和氢气反应生成碳基燃料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤2采用的碳基燃料包括甲烷、甲醇、乙醇、碳酸二甲酯、油品、煤和生物质燃料中的一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤3生成的碳基合成燃料包括甲烷、甲醇、乙醇、碳酸二甲酯和FT油品中的一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤2中，氧气与碳基燃料反应发电并生成二氧化碳和水通过碳基燃料的燃烧实现，或者通过燃料电池发电实现。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤3中，使步骤2生成的二氧化碳和氢反应生成一氧化碳和水的工艺条件为：压力1
‑
3.0Mpa，温度5...

【专利技术属性】
技术研发人员：周红军，周颖，张松林，徐春明，
申请(专利权)人：北京碳零氢电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：