[發明專利]一種風/光與生物質互補的發電和化學品儲能系統及控制方法

在審

• 申請號: 201811257970.4
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109217370A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 吳晉滬;趙瑞東;葛元征;秦建光;何濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/28
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 張皓;嚴彩霞

本發明涉及一種風/光和生物質互補的發電與化學品儲能系統及控制方法，所述儲能系統包括：風/光發電單元、電力調控單元、電解水單元、氫/氧儲存單元、生物質利用單元、化學品合成單元和調峰發電單元。所述控制方法包括并網發電運行模式，盈余電力運行模式，棄電運行模式和調峰發電運行模式四種。根據本發明的所述儲能系統在傳統風/光互補發電及合成燃料儲能的基礎上，將生物質引入系統之中，既可利用生物質發電的穩定性調節風/光發電的波動性，又可高效的就地利用棄電制氫的副產品氧氣實現生物質的轉化，并為后續化學品合成單元提供含碳氣體，實現了能量與物料的綜合高效利用，提高了可再生能源系統的抗波動能力和輸出效益。

技術領域

本發明涉及一種多能源互補的發電和儲能系統，具體為一種風/光和生物質互補的發電與化學品儲能系統，屬能源、電力和化工技術領域。

背景技術

隨著我國社會經濟的發展，能源供應日趨緊張。傳統化石能源開發利用所帶來的環境污染、氣候變化等問題也日益嚴重。大力發展高效、清潔的可再生能源發電系統是保證我國能源安全，降低環境污染的重要舉措。但可再生能源尤其是風能、太陽能不穩定，發電品質較差，直接并網對電網沖擊較大，而且西部優質風電、光電資源難以就地消化，導致棄風、棄光問題嚴重，亟需研究解決。

大容量的儲能技術是解決風、光發電不穩定的重要途徑之一。相比傳統的儲能技術，Power to Gas(P2G)技術利用電解水技術將電網無法消納的再生能源電力轉化為氫氣，或進一步通過甲烷化技術生產合成天然氣或者液體燃料等，實現從電力到化學品的轉換，即化學品儲能。P2G技術儲能容量大、周期長，可消納大規模、長時間風、光發電的波動，是一種極具潛力的儲能新途徑。基于P2G技術，學者提出了多種能源轉化與儲能系統。如專利(CN201610597945.5)公開了一種風光-氫儲能及煤化工混合動力發電系統，實現儲能與煤化工的耦合。專利(CN201510481776)公開了一種風-氫-水-電混合能源系統拓撲結構及其控制方法，實現風電、儲能及燃料電池發電的高效結合。

目前已公開的基于P2G技術的能源系統一部分以氫氣為化工產品，但氫氣較難儲運，不適合大規模推廣應用。另一部分以甲烷或液體燃料為化工產品，但化學品合成過程所需的含碳氣體來源及電解水副產品氧氣的利用仍是與傳統化石能源相結合，無法滿足可再生能源體系要求。因此，迫切需要開發一種更加清潔、高效的P2G能源綜合利用系統，以解決上述問題。

發明內容

本發明的一個目的是通過引入生物質，構建一種風、光和生物質能互補的發電與化學品儲能系統，以降低風、光發電的波動性，實現電解水副產品氧氣的清潔轉化利用，并為儲能化學品的合成提供綠色含碳氣體，解決目前P2G能源系統面臨的問題。

本發明采用的技術方案概述如下：風發電或光發電經電力調節控制，穩定電力并入電網。電網無法消納的電力用于電解水制氫氣和氧氣。氧氣可以用于生物質富氧氣化或富氧燃燒，生物質利用后的含碳氣體進入化學品合成單元，與電解水產生的氫氣合成天然氣或甲醇等燃料。當風/光發電無法滿足電網需求時，采用儲存的氫氣或者化學品進行調峰發電。綜上，整個系統就實現了風/光/生物質互補發電，同時可把多余電力轉化成化學品(化學品儲能)，最終實現可再生能源的高效轉化與儲存利用。具體技術方案如下：

一種風/光與生物質互補的發電和化學品儲能系統，所述系統包括：

風/光發電單元1，用于由風/光發電產生電力；

電力調控單元2，所述電力調控單元2分別與所述風光發電單元1和與外部電網電連接，用于控制電力輸出；

電解水單元3，其與所述電力調控單元2電連接，接收來自所述電力調控單元2的電力，用于電解水產生氫氣和氧氣；

氫/氧儲存單元4，其與所述電解水單元3管線連接，用于儲存在所述電解水單元3中電解水產生的氫氣和氧氣；