[發明專利]一種IGCC電站耦合水電解設備系統及其運行方法

在審

• 申請號: 202110170147.5
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112981439A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 楊豫森;周賢;王保民;姚國鵬
• 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: C25B9/19
• 分類號: C25B9/19;C25B9/60;C25B9/65;C25B1/04;C25B15/02;C25B9/67;H02J3/24;H02J3/28;H02J3/46
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

1.一種IGCC電站耦合水電解設備系統，包括IGCC電站常規設備：煤炭預處理裝置(1)、煤氣化爐(2)、空分裝置(7)、燃氣輪機(5)、余熱鍋爐(6)、燃機發電機(9)、汽輪機發電機(10)及送變電模塊(11)，其特征在于，還包括水電解設備(8)及其供電線路、氧氣供應管道、氫氣供應管道、氫氣儲罐及氧氣儲罐，所述水電解設備的供電線路連接IGCC電站電能輸出端及電網，所述水電解設備利用IGCC電站所發出的電力或電網輸送的電力電解水制取氫氣及氧氣；所述水電解設備的氧氣供應管道連接煤氣化爐的供氧管道，利用水電解設備產生的氧氣部分替代空分裝置制取的氧氣，或送入氧氣儲罐進行儲存。

2.根據權利要求1所述的IGCC電站耦合水電解設備系統，其特征在于，還包括調峰調頻控制模塊，所述調峰調頻控制模塊連接IGCC電站電能輸出的控制端，所述調峰調頻控制模塊控制發電機輸送給水電解設備的電負荷功率的增加或減少，響應電網對IGCC電站的調峰調頻負荷需求。

3.根據權利要求1或2所述的IGCC電站耦合水電解設備系統，其特征在于，所述水電解設備(8)的供電線路通過送變電及供電模塊(111)連接IGCC電站電能輸出端、電網、廠用電供電及升壓變壓器供電，即水電解設備(8)的電力來源有發電機出口母線(12)供電、廠用電供電和主升壓變壓器供電及電網下電供電中的任意一種或組合。

4.根據權利要求1所述的IGCC電站耦合水電解設備系統，其特征在于，水電解設備的氫氣供應管道連通氫氣儲罐或送入煤氣化爐。

5.根據權利要求1所述的IGCC電站耦合水電解設備系統，其特征在于，所述水電解設備(8)的氫氣輸出口通過氫氣供應管路連通燃氣輪機(5)的燃料入口，所述供應管路上設置流量調節閥。

6.根據權利要求1所述的IGCC電站耦合水電解設備系統，其特征在于，所述水電解設備(8)所需要的進水口連通IGCC電站的制水系統的水輸出端口。

7.根據權利要求1所述的IGCC電站耦合水電解設備系統，其特征在于，所述水電解設備所需要的水是通過的電能輸入端連接IGCC電站的電能輸出端，IGCC電站的制水系統中設置儲水罐，利用IGCC電站的調峰調頻富余電力驅動的制水系統制取。

8.根據權利要求1所述的IGCC電站耦合水電解設備系統，其特征在于，所述水電解設備(8)的電解槽采用堿性電解槽、PEM質子膜電解槽、高溫固體氧化物電解槽三種中的任意一種或組合。

9.根據權利要求8所述的IGCC電站耦合水電解設備系統，其特征在于，所述高溫固體氧化物電解槽包括相互連通的電解槽和電加熱器，所述電加熱器的高溫蒸汽入口連通來自IGCC電站余熱鍋爐的蒸汽供應出口，電加熱器的蒸汽出口連通電解槽的蒸汽入口，電加熱器提升所述高溫蒸汽的溫度，所述電加熱器的電能輸入端連接IGCC電站的電能輸出端所述電加熱器利用IGCC電站的調峰調頻富余電力驅動。

10.一種根據權利要求1至9中任意一項所述IGCC電站耦合水電解設備系統的運行方法，其特征在于，具體如下：

根據IGCC電站的規模及氣化爐要求的氧氣量，選擇水電解設備類型及功率，選擇水電解設備水供應來源；

根據所述水電解設備功率選擇供電來源，其供電來源自發電機出口母線供電、廠用電供電和主升壓變壓器供電及電網下電供電中的任意一種或組合；

利用IGCC電站的制水系統或利用調峰調頻富余電力制水系統提供水源，滿足所述水電解設備所需要的水量；

當電網要求IGCC電站或電廠減少上網電量，即從P_上需要降低P_降時，通過所述調峰調頻控制模塊控制增加IGCC電站或電廠向水電解設備的供電電量P_增；使得發電機發電負荷穩定在P_發；最終滿足水電解設備、IGCC電站制水系統以及生產純水用電量數值滿足下面的等式：

P_上＝P_發-P_降＝P_發-P_增

P_降＝P_增

當電網要求IGCC電站或電廠增加上網電量，即從P_上需要增加發電量P_升時，通過所述調峰調頻控制模塊控制IGCC電站或電廠減少向水電解設備的供電電量P_減；使得發電機發電負荷穩定在P_發；最終滿足水電解設備、IGCC電站制水系統以及生產純水用電量數值滿足下面的等式：

P_上＝P_發+P_升＝P_發+P_減

P_升＝P_減

水電解設備產生的氧氣送入儲罐儲存或直接送入氣化爐，部分替代IGCC空分裝置制取的氧氣；

水電解設備產生的氫氣送入儲罐儲存或直接送入氣化爐，增加合成氣產量；或直接與氣化爐產生的合成氣進行混合。