[發(fā)明專利]一種耦合生物質(zhì)氣化的可再生能源電轉(zhuǎn)氣系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112725034A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王丹丹;李亞樓;安寧;李芳;楊小煜;孫璐;劉赫川;翟江;高鵬飛;蔡靖;文晶;何蕾;陳興雷;李文臣;趙敏;徐希望;丁平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電力科學(xué)研究院有限公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: C10J3/00
• 分類號: C10J3/00;C10J3/72;C10J3/80;C10J3/82;C25B1/04;C10L3/08
• 代理公司: 北京工信聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11266
• 代理人: 白曉晰

本發(fā)明提供了一種耦合生物質(zhì)氣化的可再生能源電轉(zhuǎn)氣系統(tǒng)，包括：電解水制氫單元、生物質(zhì)氣化單元和甲烷化單元；電解水制氫單元的能源輸入端與可再生能源產(chǎn)電系統(tǒng)的能源輸出端；電解水制氫單元的原料輸入端分別與外部水源和所述甲烷化單元的蒸汽出口連通；生物質(zhì)氣化單元的氧氣進口與電解水制氫單元的氧氣出口連通，生物質(zhì)氣化單元的氣化蒸汽進口與甲烷單元的蒸汽出口連通；甲烷化單元的原料氣進口分別與所述電解水制氫單元的氫氣出口及所述生物質(zhì)氣化單元的氣化合成氣出口連通。本發(fā)明中,進行CO/CO₂同體系甲烷化過程，節(jié)約了CO₂分離過程的能耗，夠顯著提高整體電轉(zhuǎn)氣的能量轉(zhuǎn)化效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可再生能源技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種耦合生物質(zhì)氣化的可再生能源電轉(zhuǎn)氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)

建設(shè)我國能源互聯(lián)網(wǎng)是關(guān)于推進能源安全新戰(zhàn)略、構(gòu)建國內(nèi)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)等有關(guān)要求的重要舉措，要以電為中心，轉(zhuǎn)變能源消費方式，推動以電代煤、以電代油、以電代氣、以電代柴，形成電能為主的能源消費格局；同時，要依托充足經(jīng)濟的清潔能源發(fā)電，推動電制氫氣、甲烷等燃料和原材料，培育綠色循環(huán)新型產(chǎn)業(yè)。

由于可再生能源出力具有波動性、隨機性和季節(jié)性特征，增加了電力系統(tǒng)的不確定性，消納問題日益突出。風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電的快速發(fā)展使得電力輸送和綜合消納的困難凸顯，一些傳統(tǒng)的儲能技術(shù)也無法滿足可再生能源的存儲，因此在大多數(shù)情況下被迫棄風(fēng)和棄光。

作為新能源消納和電-氣耦合的重要技術(shù)，電轉(zhuǎn)氣（Power-to-gas，P2G）技術(shù)近年來也受到了越來越多的關(guān)注。電轉(zhuǎn)氣技術(shù)能夠在新能源出力過剩時，能將富余的電能（棄風(fēng)棄光等）轉(zhuǎn)化為氫氣/天然氣進行存儲或運輸，當(dāng)需要電能時，再將儲存的氣體轉(zhuǎn)換為電能回饋電網(wǎng)，從而提高系統(tǒng)的可再生能源消納能力，實現(xiàn)電力與天然氣雙向閉環(huán)能量流動，增強了電力-天然氣系統(tǒng)之間的耦合性和系統(tǒng)的供能穩(wěn)定性。

目前電轉(zhuǎn)氣技術(shù)存在的主要問題是能源轉(zhuǎn)化效率較低：其中電解水過程的能效可以達(dá)到75%~85%，甲烷化過程的效率約為75%~80%，綜合兩個階段的化學(xué)反應(yīng)，P2G的效率僅為45~60%，嚴(yán)重限制了電轉(zhuǎn)氣技術(shù)的進一步推廣和應(yīng)用。另外，甲烷化過程需要提供穩(wěn)定碳源作為原料，常規(guī)思路是對電力、工業(yè)尾氣或大氣中的CO₂進行分離獲得碳源，再與電解獲得的氫氣通過Sabatier催化反應(yīng)，生成甲烷和水（CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O）。CO₂分離過程中往往需要消耗大量能量，設(shè)備投資、運行成本高昂。

例如，目前電轉(zhuǎn)氣過程的碳源CO₂主要來自化石能源，采用對燃煤電廠、水泥廠、鋼鐵廠、煤化工廠的的煙氣或合成氣進行CO₂分離獲得，全生命周期的碳排放并未減少，CO₂的獲取需要先經(jīng)過捕集過程，其捕集過程能耗較高。以燃煤電廠為例，采用CO₂捕集的燃煤電廠需要消耗大量的汽輪機抽汽（3~4GJ/t-CO₂）用以解吸過程，造成電廠發(fā)電量大幅減少，發(fā)電效率降低10個百分點以上。且將使用額外的土地、額外的CO₂捕集設(shè)備等，造成額外的投資運行費用。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明提出了一種耦合生物質(zhì)氣化的電轉(zhuǎn)氣系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有電轉(zhuǎn)氣工藝整體效率較低且對過程熱能及中間產(chǎn)物的利用率較低的問題。

本發(fā)明提出了一種耦合生物質(zhì)氣化的可再生能源電轉(zhuǎn)氣系統(tǒng)，包括：電解水制氫單元、生物質(zhì)氣化單元和甲烷化單元；其中，

所述電解水制氫單元的能源輸入端分別與產(chǎn)電系統(tǒng)的能源輸出端連通，用以在所述產(chǎn)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能的供給下，對水進行電解；外部水源和所述甲烷化單元的蒸汽出口分別所述電解水制氫單元的原料輸入端連通，用以向所述電解水制氫單元傳輸水或蒸汽的同時輸送所述電解水制氫單元所需的熱能；

所述生物質(zhì)氣化單元上開設(shè)有生物質(zhì)進口，用以與外界生物質(zhì)源連通；