[發(fā)明專利]一種火電廠電力通過電解池制氫系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710394062.9
• 申請日: 2017-05-28
• 公開（公告）號: CN107059042A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔華;楊豫森;徐波;譚智;陳輝;展望;陳超;朱明志
• 申請（專利權(quán)）人: 赫普熱力發(fā)展有限公司
• 主分類號: C25B1/10
• 分類號: C25B1/10;C25B11/04;C25B9/04;C25B9/00;H02J3/38
• 代理公司: 北京馳納智財知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11367
• 代理人: 孫海波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氫氣制造領(lǐng)域，尤其涉及電解制氫與火電廠靈活性調(diào)峰領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，在中國三北地區(qū)電力市場容量富裕，燃機、抽水蓄能等可調(diào)峰電源稀缺，電網(wǎng)調(diào)峰與火電機組靈活性之間矛盾突出，電網(wǎng)消納風(fēng)電、光電及核電等新能源的能力不足，棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重。熱電聯(lián)產(chǎn)機組“以熱定電”方式運行，調(diào)峰能力僅為10%左右。調(diào)峰困難已經(jīng)成為電網(wǎng)運行中最為突出的問題。目前國內(nèi)火電靈活性調(diào)峰改造均針對冬季供熱機組，夏季如何調(diào)峰是擺在眾多火電廠面前的一個難題。為了滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求，以及電廠在激烈競爭中的生存需要，深度調(diào)峰勢在必行。

目前中國氫氣年產(chǎn)量已逾千萬噸規(guī)模，位居世界第一。工業(yè)規(guī)模的制氫方法主要包括甲烷蒸汽重整和電解水制氫，其中電解水制氫的產(chǎn)量約占世界氫氣總產(chǎn)量4％。盡管甲烷蒸汽重整是目前最經(jīng)濟的制氫方法，但其在生產(chǎn)過程中不僅消耗大量化石燃料，而且產(chǎn)生大量二氧化碳。電解水制氫工藝過程簡單，產(chǎn)品純度高，通過采用可再生能源作為能量來源，可現(xiàn)氫氣的高效、清潔、大規(guī)模制備，該技術(shù)也可以用于CO2的減排和轉(zhuǎn)化，具有較為廣闊的發(fā)展前景。 特別是氫能應(yīng)用的燃料電池汽車是唯一能夠全面達到汽車性能指標(biāo)的環(huán)保車型，最大社會意義是代替石油和常規(guī)鋰電池汽車的電池處理和污染問題，氫燃料電池汽車的優(yōu)點確實很多，由于真正做到了有害氣體零排放，遠比油電混合動力、天然氣、乙醇、生物柴油等環(huán)保效果為好；由于燃料電池汽車以電解水代替石油，成本低、資源廣、有助于克服石油危機；從科學(xué)技術(shù)上講，發(fā)現(xiàn)和利用質(zhì)子膜使氫氣中的電子分離，是無公害發(fā)電的重大成就。

目前的電解水制氫方法主要有三種：堿性電解水制氫，固體聚合物電解水制氫，及高溫固體氧化物電解水制氫。堿性電解水制氫是目前非常成熟的制氫方法，目前為止，工業(yè)上大規(guī)模的電解水制氫基本上都是采用堿性電解制氫技術(shù)，該方法工藝過程簡單，易于操作。電解制氫的主要能耗為電能，每立方米氫氣電耗約為4.5～5.5kWh，電費占整個電解制氫生產(chǎn)成本的80％左右。因此，電解水制氫技術(shù)特別適用于風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電的能源載體。目前很多現(xiàn)有技術(shù)利用堿性電解水制氫工藝，如申請?zhí)枮?00910027704.7的專利介紹了一種新型的中高壓純水水電解制氫系統(tǒng)。但這些現(xiàn)有發(fā)明和技術(shù)沒有將電解制氫系統(tǒng)與火電廠的靈活性調(diào)峰和冷卻水系統(tǒng)結(jié)合，而且產(chǎn)出的氫氣僅用鋼瓶壓縮運輸，無法大型化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種火電廠電力通過電解池制氫系統(tǒng)，通過將電解制氫與火電廠的靈活性調(diào)峰相結(jié)合，間接利用大型風(fēng)電、光伏等清潔能源電能來電解制氫，可以全年四季解決棄風(fēng)、棄光、棄水、棄核等棄用清潔能源發(fā)電問題，為電網(wǎng)提供寶貴的調(diào)峰負荷，同時，生產(chǎn)的氫能可以方便的存儲和運輸，也可以直接混入現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)或直接對外銷售，增加現(xiàn)有火力發(fā)電廠的經(jīng)營效益，擴展其未來的生存空間。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的方案是，一種利用火電廠電力通過電解池制氫系統(tǒng)，包括電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)、送變電及供電系統(tǒng)、電解水制氫系統(tǒng)、氫氣收集凈化及對外輸送系統(tǒng)、冷卻水余熱回收系統(tǒng)、電解池高溫蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、純凈水制備及補水系統(tǒng)，其特征在于：所述送變電及供電系統(tǒng)是在電廠出線母線上新增一個間隔，所述間隔設(shè)置電開關(guān)，所述電開關(guān)通過輸電電網(wǎng)與降壓變壓器和逆變器連接，降壓變壓器和逆變器另一端與電解水制氫系統(tǒng)連接；所述電解水制氫系統(tǒng)包括堿性水溶液電解制氫裝置、固體聚合物電解制氫裝置、高溫固體氧化物電解制氫裝置中的至少一種。

優(yōu)選的是，所述電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)包括電網(wǎng)調(diào)度中心和電廠集控中心，電網(wǎng)調(diào)度中心通過上網(wǎng)電量使用情況進行實時調(diào)度，將調(diào)度信號傳輸給電廠集控中心，電廠集控中心下達電網(wǎng)調(diào)峰指令，通過控制所述送變電及供電系統(tǒng)的電開關(guān)進行電網(wǎng)調(diào)峰，電解水制氫系統(tǒng)的供電量由電廠集控中心控制。

上述任一方案優(yōu)選的是，所述冷卻水余熱回收系統(tǒng)包括鍋爐、汽輪機、凝汽器、低壓加熱器、除氧器、高壓加熱器、三通閥門與管道；所述凝汽器出口與凝結(jié)水管路連接。

上述任一方案優(yōu)選的是，汽輪機乏汽經(jīng)過凝結(jié)水管路冷凝成凝結(jié)水，在三通閥門的第一端連接低壓加熱器，凝結(jié)水進入低壓加熱器后利用汽輪機乏汽余熱對凝結(jié)水進行加熱，熱水再經(jīng)過除氧器除氧，進入高壓加熱器，最后作為循環(huán)水重新進入鍋爐再利用。

上述任一方案優(yōu)選的是，所述堿性水溶液電解制氫裝置、固體聚合物電解制氫裝置和高溫固體氧化物電解制氫裝置的冷卻水供水管道分別通過三通閥門與凝結(jié)水管路連接，冷卻水源為電廠凝汽器輸出的凝結(jié)水；所述堿性水溶液電解制氫裝置的冷卻水出水管道和所述固體聚合物電解制氫裝置的冷卻水出水管道與冷卻水回流管道匯合，制氫裝置中的冷卻水回流到除氧器中。