[發明專利]一種基于氨儲能的多聯產系統及其工作方法

在審

• 申請號: 202111026017.0
• 申請日: 2021-09-02
• 公開（公告）號: CN113594526A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 白文剛;李凱倫;張磊;楊浦;韓偉;李紅智;姚明宇
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司;華能集團技術創新中心有限公司
• 主分類號: H01M8/22
• 分類號: H01M8/22;H01M8/0606;H02J3/28;C01C1/04;C01B3/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種基于氨儲能的多聯產系統及其工作方法，該系統包括包括儲能子系統和釋能子系統；本發明通過將可再生能源發電、電解水制氫、基于氨燃料儲能、氨分解制氫和氨?空氣燃料電池等進行有效地耦合，具有儲能密度高、儲能周期長、便于長距離運輸、可實現氧氣、氫氣和電力多聯產等優點。

技術領域

本發明屬于先進儲能技術領域，具體涉及一種基于氨儲能的多聯產系統及其工作方法。

背景技術

隨著全球大氣污染和氣候變暖形勢的日趨嚴峻，傳統的以化石能源為主的發電系統將面臨前所未有的壓力和挑戰。從世界范圍來看，各國都在努力提高自身電力結構中可再生能源發電的比例。未來，世界能源領域的發展趨勢必然是可再生能源逐步替代化石能源。然而，可再生能源由于自身的間歇性、不穩定性和不確定性等特點，嚴重阻礙了可再生能源發電的發展。未來要實現可再生能源替代化石能源，必須依賴大規模和長周期儲能技術的發展和支撐。

目前，儲能技術領域的研究十分活躍，各種儲能技術迅猛發展，如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、鋰電池儲能、超級電容器儲能、飛輪儲能、儲氫等。然而，現有的儲能技術難以同時滿足儲能密度大、可移動性、自耗損失小和全球能源貿易的要求。因此，需要開發一種新的儲能技術，從而使可再生能源發電在全世界范圍內向更深、更廣方向發展。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種基于氨儲能的多聯產系統及其工作方法，該系統將可再生能源發電、電解水制氫、基于氨燃料儲能、氨分解制氫和氨-空氣燃料電池等進行有效地耦合，具有儲能密度高、儲能周期長、便于長距離運輸、可實現氧氣、氫氣和電力多聯產等優點。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于氨儲能的多聯產系統，包括儲能子系統和釋能子系統；

所述儲能子系統包括可再生能源電網1、電解水裝置2、空氣分離裝置3、氫氣儲罐4、氧氣儲罐5、氮氣儲罐6、氨合成裝置7、氨氣分離液化裝置8、液氨儲罐9和液氨運輸罐車10；電解水裝置2的物料進口與外部水供應系統相連接，在電解水裝置2中，水經電解反應產生氫氣和氧氣，電解所需的電力由可再生能源電網1供應，電解水裝置2的氫氣出口與氫氣儲罐4的進口相連接，電解水裝置2的氧氣出口與氧氣儲罐5的進口相連接，氫氣儲罐4的出口與氨合成裝置7的氫氣進口相連接，空氣分離裝置3的物料進口與外部空氣供應系統相連接，在空氣分離裝置3中，空氣經分離產生氮氣和氧氣，空氣分離所需的電力由可再生能源電網1供應，空氣分離裝置3的氧氣出口與氧氣儲罐5的進口相連接，空氣分離裝置3的氮氣出口與氮氣儲罐6的進口相連接，氮氣儲罐6的出口與氨合成裝置7的氮氣進口相連接，在氨合成裝置7中，氫氣和氮氣發生氨合成反應生成氨氣，氨合成裝置7的出口與氨氣分離液化裝置8的進口相連接，在氨氣分離液化裝置8中，氨氣與未反應的氫氣和氮氣分離并液化后通過氨氣分離液化裝置8的氨出口與液氨儲罐9的進口相連接，經分離得到的未反應的氫氣和氮氣混合物經氨氣分離液化裝置8的混合氣出口與氨合成裝置7的返料氣進口相連接，儲存在液氨儲罐9的氨通過液氨運輸罐車10運輸到氨氣用戶所在地；

所述釋能子系統包括用戶側氨儲罐11、氨分解制氫裝置12和氨-空氣燃料電池13；用戶側氨儲罐11的進口與液氨運輸罐車10相連接，用戶側氨儲罐11具有兩個出口，一個出口與氨分解制氫裝置12的進口相連接，在氨分解制氫裝置12中，氨氣發生分解反應形成氮氣和氫氣，氮氣經收集用作他用，氫氣是一種重要的能量載體，具有多種用途，如氫燃燒發電和氫燃料電池等，用戶側氨儲罐11的另一個出口與氨-空氣燃料電池13的氨氣進口相連接，在氨-空氣燃料電池13中，氨氣與空氣發生電化學反應形成氮氣和水，并產生電能，產生的電能對外進行電力供應。