[發明專利]一種可再生孤網能源系統

在審

• 申請號: 202010535953.3
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111748380A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 陳曉云;趙明;李寒熠;邱方程;陸海
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: C10J3/72
• 分類號: C10J3/72;C10J3/82;C10J3/84;C10L3/08;C10L3/10;C10J3/20;C10J3/56;F02B63/04;F02C6/00;F22B33/18
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本發明公開了一種可再生孤網能源系統，包括生物質氣化單元、水電解單元、甲烷化單元、燃氣發電機組發電單元和熱量利用單元，生物質氣化單元將固體生物質在高溫下熱解氣化轉化成合成氣；水電解單元借助棄風棄水將水電解為高純氫氣和高純氧氣；經過脫硫清潔后的合成氣與高純氫氣一同送入甲烷化單元進行甲烷化反應生成合成天然氣儲存起來，當孤網系統其他新能源發電容量不足時，將合成天然氣送入燃氣發電設備發電，維護能源系統的穩定性。本發明實現100％可再生能源，甲烷化反應單元過熱蒸汽，實現在孤網能源系統中耦合熱網，能提高能源轉化效率和系統靈活性，有效提高整個孤網的供電能力和運行經濟性。

技術領域

本發明屬于儲能技術領域，具體涉及一種基于生物質氣化耦合電轉氣技術的100％可再生能源孤網能源系統工藝。

背景技術

在我國距離陸地較遠的小型海島以及偏遠山區，如果鋪設長距離電纜進行供電非常不經濟，因而一般在當地建立孤島分布式能源網，以解決當地的能源供給問題。在海島和高原地區，通常擁有非常豐富的光伏、風能、水能、生物質等多種清潔能源，因此可有效利用可再生能源對該地區進行供能。但是由于風、光等資源的波動性與隨機性，不能滿足全天候需求，一般配備較大容量的燃料發電機組作為整個電網基本的動力來源，以保證供電的穩定性和可靠性。因此，可再生能源在孤島電網中占比受到限制，造成了可再生能源的大量浪費和對化石燃料的依賴。如果能借助高效的儲能手段，將可再生能源靈活儲存起來以抑制其波動，不僅能增強電網對清潔能源的接納能力，還能提高整個孤網的供電能力和運行經濟性。

現有技術有將電轉氣技術與煤制天然氣工藝集成(CN104531246A)；有將煤制天然氣排放的CO₂與水電解的氫氣發生反應，既避免了CO₂的排放，又大幅增加了天然氣產量；還有利用生物質能(CN104845691A)熱力發電廠煙氣中的CO₂(CN107141189A,CN110649650A)；或從空氣中補集(CN107998840A)作為甲烷化碳源。但在偏遠的孤島能源網當中，一般缺乏煤制天然氣工廠或者火力發電，從空氣中補集二氧化碳能耗又極高，所以充分利用偏遠地區豐富的生物質能提供碳源相對經濟合理。

針對上述情況，設計一種能高效利用可再生能源的穩定孤網能源系統對于電力電網在偏遠地區或者孤島的電力搭建尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術對孤網能源系統利用效率不高、存在不經濟的缺點，提出了一種可再生孤網能源系統。

本發明采用如下技術方案：

一種可再生孤網能源系統，其關鍵在于：包括生物質氣化單元、甲烷化單元、發電單元和熱量利用單元；

所述生物質氣化單元用于將固體生物質在高溫下熱解氣化生成合成氣；

所述甲烷化單元用于將上述合成氣轉化生成天然氣；

所述發電單元用于利用上述天然氣進行發電；

所述熱量利用單元用于利用副產高溫水蒸氣為系統供熱或供能。

該方案的效果是：生物質氣化單元能為甲烷化單元生成天然氣提供原料，發電單元利用天然氣能進行火力發電，熱量利用單元能將系統副產的高溫水蒸氣進行利用，為系統供熱或者供能；利用生物質能來提高偏遠孤網系統的穩定性；實現100％可再生能源，避免對化石燃料的依賴度；甲烷化反應單元過熱蒸汽，實現在孤網能源系統中耦合熱網，既提高能源轉化效率，又提高了能源系統的靈活性。

作為優選方案，上述系統還包括水電解單元，所述水電解單元用于將水電解為高純氫氣和高純氧氣，所述高純氫氣用于與所述合成氣反應生成所述天然氣。該方案的效果是：水電解單元利用孤網系統中棄風棄水將水電解為高純氫氣和高純氧氣，合理利用廢棄能源，氫氣與合成氣通過甲烷化反應能形成天然氣儲存，保證孤網系統在能源穩定，高純度氧氣能用于發電單元最大化能量轉換。