[發明專利]一種利用電解制氫進行火電廠調峰的系統和方法

在審

• 申請號: 201810322807.5
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108400618A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 閆巍;張暢;許世森;余智勇;張歡
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46;C25B1/04;C25B11/04;C25B13/06;C25B13/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明公開了一種利用電解制氫進行火電廠調峰的系統和方法，該系統包括供電裝置、電解制氫裝置、固體儲氫裝置和控制裝置，供電裝置用于給電解制氫裝置供電；電解制氫裝置用于利用火電機組發電進行電解產生氫氣；固體儲氫裝置用于存儲和釋放電解制氫裝置產生的氫氣；控制裝置用于根據火電調峰任務調控電解制氫工作強度；本發明通過電解制氫的方式將火電廠的多余電量轉化為氫氣，以固體儲氫的方式儲存起來；調峰深度可通過電解制氫設備的功率來控制；本發明能夠實現火電廠的深度調峰，為清潔能源的上網提供了空間，同時保持火電機組在較佳工況下運行。

技術領域

本發明涉及火電廠調峰技術，特別涉及一種利用電解制氫進行火電廠調峰的系統和方法。

背景技術

近年來，我國發電裝機容量迅速增長，尤其是可再生能源，如風電、光伏、核電等，裝機規模在數年內已躍居世界首位。然而，由于用電需求增速放緩，電網輸送能力不足，以及可再生能源波動性對電網造成的沖擊，導致對可再生能源的利用率不高，甚至出現了較為嚴重的棄風棄光現象。

隨著《大氣十條》、《水十條》等環保法律法規的下發，我國對環境污染的治理力度越來越嚴厲。火電目前在我國電源裝機容量中占比將近70％，發改委、能源局等各部委發文中多次強調要提高可再生能源的消納利用率，這就需要火電通過深度調峰為清潔能源提供上網空間。在實際運行中，我國純凝機組調峰能力一般僅為額定容量的50％左右，典型的抽凝機組在供熱期的調峰能力僅為額定容量的20％；而丹麥和德國等地區的純凝和抽凝機組的調峰能力可以達到60％-80％的額定容量。而且，火電機組負荷過低會影響機組工況，造成能耗增高和設備壽命損害。

一種間接的調峰方法是在火電廠配備大型儲能設備，通過電能的儲存實現火電廠上網電量的調峰。在目前的電化學儲能方式中，氫儲能是唯一能夠實現大規模長周期儲存的一種，因此是一種良好的調峰儲能選擇。相比于火電廠熱電聯供或蓄熱的發電量調節方式，通過電解制氫實現氫儲能的調峰應用方式不局限于采暖季的應用，且能夠與氫氣相關的多種下游產業相互匹配。

對于在電廠中進行的大型氫氣存儲，安全是一個主要的關注焦點。高壓氫氣罐存儲的方法存在著較大的安全隱患，且設計規范要求的占地面積大，實施不方便。新型的固體儲氫方式具有很高的安全性，且儲氫密度高，適合作為固定式大型存儲。截止目前，尚未有通過電解制氫和固體儲氫方式進行火電調峰的相關報道。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種利用電解制氫進行火電廠調峰的系統和方法，通過電解制氫的方式將火電廠的多余電量轉化為氫氣，以固體儲氫的方式儲存起來；調峰深度可通過電解制氫設備的功率來控制；本發明能夠實現火電廠的深度調峰，為清潔能源的上網提供了空間，同時保持火電機組在較佳工況下運行。

一種利用電解制氫進行火電廠深度調峰的系統，包括供電裝置1、電解制氫裝置2、固體儲氫裝置3和控制裝置4；供電裝置1的輸入端連接火電廠的發電輸出，供電裝置1的輸出端連接電解制氫裝置2的電源接入口，用于給電解制氫裝置供電；電解制氫裝置2的氫氣出口連接固體儲氫裝置3的氫氣入口；控制裝置4連接電解制氫裝置2；控制裝置4包括數據獲取模塊、判斷模塊和控制模塊，控制裝置4根據調峰任務調控系統的工作強度，數據獲取模塊接收火電機組的負荷數據和時間，判斷模塊將火電機組的當前負荷數據和當前時間與預設的調峰負荷數據和預設時間進行對比判斷負荷是否滿足輸入的調峰任務要求；控制模塊向電解制氫裝置2發出啟動或停止以及加速或減慢電解制氫的指令。

電解制氫裝置2包括逆變器、電解制氫設備和輔助設備，逆變器用于將供電裝置1輸出的交流電變為適合電解制氫設備的直流電，電解制氫設備是堿性水電解制氫設備、固體聚合物電解制氫設備、固體氧化物電解制氫設備的一種或幾種。

優選地，對于堿性水電解制氫設備，電解制氫的陰極和陽極組成材料包括金屬合金，所述金屬合金中包括鎳，優選Ni-Co、Ni-Co-Fe、Ni-Fe合金材料。