CN111852593A - 一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统及方法 - Google Patents

一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111852593A
CN111852593A CN202010650583.8A CN202010650583A CN111852593A CN 111852593 A CN111852593 A CN 111852593A CN 202010650583 A CN202010650583 A CN 202010650583A CN 111852593 A CN111852593 A CN 111852593A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power plant
solid oxide
power
temperature solid
electrically connected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010650583.8A
Other languages
English (en)
Inventor
王志强
杨尚东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwest Electric Power Research Institute of China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Northwest Electric Power Research Institute of China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwest Electric Power Research Institute of China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd filed Critical Northwest Electric Power Research Institute of China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority to CN202010650583.8A priority Critical patent/CN111852593A/zh
Publication of CN111852593A publication Critical patent/CN111852593A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers
    • F01K11/02—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers the engines being turbines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统，包括电网调度中心和电厂集控中心，电厂集控中心分别连接电站锅炉、分流器、电加热器、厂用电系统、升压变电所，分流器分别电性连接电站锅炉、汽轮机低压缸、电加热器，汽轮机低压缸电性连接发电机，发电机连接升压变电所，电加热器连接高温固体氧化物电解水电解装置。其调峰方法为，当电网调度中心给电厂集控中心做出的负荷指令小于锅炉额定负荷40％时，电厂集控中心给出指令，高温固体氧化物电解水电解装置的运行；否则火力发电厂转为纯发电机组。本发明的调峰系统，解决了火电机组灵活性调峰能力不足的问题，缓解了锅炉在灵活性调峰中设备损耗增大、寿命减少的问题。

Description

一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统及方法
技术领域
本发明属于发电设备技术领域，具体涉及一种高温固体氧化物电解水与火力发电厂耦合调峰系统，还涉及其调峰方法。
背景技术
近年来，随着诸如光伏、风力发电等新能源发电机组大规模投运，新能源机组的随机性、间歇性不稳定性对电网安全稳定运行带来了巨大挑战。而当前装置规模占国家总装机容量70％以上的火力发电机组普遍缺乏灵活性调峰能力，这造成了巨大规模的弃风、弃光现象，为社会造成了巨大的经济损失。这就要求火力发电机组具备承担越来越多的灵活性调峰任务的能力，当前部分地区对火电机组的灵活性调峰能力已要求至30％负荷乃至更低。
然而受限于煤质、设备等影响，当前我国火电机组在30％额定工况运行时，会出现诸如水动力不足、水平烟道大量积灰、脱硝系统无法投入以及需要投油稳然或投等离子运行等问题，较大程度上影响了锅炉的稳定及经济运行。即使火电机组为应对其灵活性调峰能力不足而完成了灵活性调峰改造，随之带来的大规模投资以及锅炉在负荷快速波动下设备的老化问题也为步履维艰的火电机组带来了艰巨的挑战。
与此同时，随着城市对环保的要求日渐严格，以氢燃料电池公共汽车为代表的等以氢能为燃料的设备正日渐普及，人类对氢气这种清洁能源的需求正日渐高涨。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温固体氧化物电解水与火力发电厂耦合调峰系统，解决了现有火电机组灵活性调峰能力不足以及火电机组在灵活性调峰形势下设备寿命缩短、运行不稳定的问题。
本发明的另一目的是提供上述高温固体氧化物电解水与火力发电厂耦合调峰方法。
本发明所采用的技术方案是，一种高温固体氧化物电解水与火力发电厂耦合的调峰系统，包括电网调度中心，电网调度中心电性连接电厂集控中心，电网调度中心用于向电厂集控中心发送调峰指令，电厂集控中心分别电性连接电站锅炉、分流器、电加热器、厂用电系统、升压变电所，分流器分别电性连接电站锅炉、汽轮机低压缸、电加热器，汽轮机低压缸电性连接发电机，发电机电性连接升压变电所电加热器通过止回阀电性连接高温固体氧化物电解水电解装置。
本发明的特点还在于，
高温固体氧化物电解水电解装置分别与整流器、氢气洗涤器电性连接，整流器、升压变电所、发电机均与厂用电系统电性连接。
氢气洗涤器连接氢气脱水器，氢气脱水器连接氢气储存罐。
电站锅炉电性连接汽轮机高压缸。
本发明所采用的另一技术方案是，一种高温固体氧化物电解水与火力发电厂耦合调峰方法，具体为：
设定当电网调度中心给电厂集控中心做出的负荷指令小于锅炉额定负荷40％时，电厂集控中心给出指令投入控制电站锅炉、分流器、电加热器、厂用电系统、升压变电所、高温固体氧化物电解水电解装置的运行；
设定当电网调度中心给电厂集控中心做出的负荷指令大于锅炉额定负荷40％时，火力发电厂转为纯发电机组，高温固体氧化物电解水电解装置不投入运行。
本发明的有益效果：
本发明的高温固体氧化物电解水与火力发电厂耦合的调峰系统，解决了当前火电机组灵活性调峰能力不足的问题，省去了火电机组进行灵活性调峰改造的大量费用以及缓解了锅炉在灵活性调峰中设备损耗增大、寿命减少的问题，为电网接纳光伏、风力发电等新能源提供了有力支持。
附图说明
图1是本发明一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统的结构示意图。
图中，1.电网调度中心，2.电厂集控中心，3.电站锅炉，4.汽轮机高压缸，5.汽轮机中低压缸，6.发电机，7.升压变电所，8.厂用电系统，9.整流器，10.高温固体氧化物电解水电解装置，11.止回阀，12.分流器，13.电加热器，14.氢气洗涤器，15.氢气脱水器，16.氢气储存罐。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统，如图1所示，包括电网调度中心1，电网调度中心1电性连接电厂集控中心2，电网调度中心1用于向电厂集控中心2发送调峰指令，电网调度中心1实时获取并预测下一段时间内电网负荷情况以及新能源发电量，据此下指令给电厂集控中心2；
电厂集控中心2分别电性连接电站锅炉3、分流器12、电加热器13、厂用电系统8、升压变电所7，电站锅炉3电性连接汽轮机高压缸4，分流器12分别电性连接电站锅炉3、汽轮机低压缸5、电加热器13，汽轮机低压缸5电性连接发电机6，发电机6电性连接升压变电所7，电加热器13通过止回阀11电性连接高温固体氧化物电解水电解装置10，高温固体氧化物电解水电解装置10分别与整流器9、氢气洗涤器14电性连接，整流器9、升压变电所7、发电机6均与厂用电系统8电性连接；氢气洗涤器14连接氢气脱水器15，氢气脱水器15连接氢气储存罐16。
电厂集控中心2根据接收到的调峰指令，控制电站锅炉3、分流器12、电加热器13、厂用电系统8、升压变电所7的运行；
高温固体氧化物电解水电解装置10中再热蒸汽比例为0％-55％；
电过热器11中再热蒸汽温度为600℃-750℃；
本发明一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统，其具体工作原理是：
基于当前火电机组锅炉在30％-40％工况即会出现水动力不稳定、燃烧不稳、脱硝无法正常投入运行等问题，设定当电网调度中心1给电厂集控中心2做出的负荷指令小于锅炉额定负荷40％时，电厂集控中心2给出指令，电加热器13运行，进而控制高温固体氧化物电解水电解装置10的运行。并且为保证火力发电厂整体经济性，设定当电网调度中心1给电厂集控中心2做出的负荷指令大于锅炉额定负荷40％时，火力发电厂转为纯发电机组，高温固体氧化物电解水电解装置10不投入运行。
当电网调度中心1给电厂集控中心2做出的负荷指令小于40％时，电厂集控中心2给出指令控制电站锅炉3出力始终维持在40％负荷下，电站锅炉3正常运行制备出的过热蒸汽流向汽轮机高压缸4做功，从汽轮机高压缸4做完工的乏汽通过回热管道返回电站锅炉3成为再热蒸汽，再热蒸汽从电站锅炉3加热完成后流经分流器12，分流器12控制再热蒸汽流向汽轮机低压缸5以及流向高温固体氧化物电解水电解装置10的流量；
考虑到汽轮机中低压缸5的稳定运行及调峰需求，控制分流器12流向高温固体氧化物电解水电解装置10的再热蒸汽比例为0％-55％；
电站锅炉3产生的过热蒸汽在汽轮机内做功并带动发电机6运行，发电机6对外输出功率一部分通过升压变电所7完成对外输电，另一部分通过厂用电系统8对厂内辅机等供电。厂用电系统8对厂内辅机供电的一部分首先通过整流器9实现交流电源转换为直流电源的目的，随后整流器9输出的直流电源用于高温固体氧化物电解水电解装置10的电解水。结合分流器12对再热蒸汽流向汽轮机低压缸5以及高温固体氧化物电解水电解装置10比例的控制，通过高温固体氧化物电解水电解装置10可实现对外供给20％-100％发电负荷的灵活性调峰控制。
从分流器12流向高温固体氧化物电解水电解装置10的再热蒸汽首先通过电加热器13以防止再热蒸汽回流，随后经止回阀11流向高温固体氧化物电解水电解装置10作为其电解水的原料。经电过热器11加热的再热蒸汽温度应在600℃-750℃。高温固体氧化物电解水电解装置10(其生产厂家是德国Sunfire公司)选用Ni/YSZ材料的双极板支撑结构，以应电解装置内高温高压潮湿的环境。高温固体氧化物电解水电解装置10利用过热蒸汽制得的氢气首先通过氢气洗涤器14完成对氧气的分离，随后通过氢气脱水器15出去多余水分，最后制得的高纯氢气储存于氢气储存罐16中。氢气储存罐16中储存的氢气可作为工业原料直接对外出售，为火力发电厂争取更多的经济利益。
本发明一种高温固体氧化物电解水与火力发电厂耦合调峰方法，具体为：
设定当电网调度中心1给电厂集控中心2做出的负荷指令小于锅炉额定负荷40％时，电厂集控中心2给出指令投入控制电站锅炉3、分流器12、电加热器13、厂用电系统8、升压变电所7、高温固体氧化物电解水电解装置10的运行；
设定当电网调度中心1给电厂集控中心2做出的负荷指令大于锅炉额定负荷40％时，火力发电厂转为纯发电机组，高温固体氧化物电解水电解装置10不投入运行；
本发明通过高温固体氧化物电解水体系与火力发电厂耦合，将火力发电厂灵活性调峰的能力增强至20％发电负荷，解决了火力发电厂在电网普遍要求其进行灵活性调峰的背景下电站锅炉面临的水动力不稳定、燃烧不稳、脱硝无法正常投入运行等问题，省去了火力发电厂为实现灵活性调峰而进行的灵活性调峰改造的巨量费用，进而为火力发电厂赢得了更多的经济效益，同时为电网大规模接纳光伏、风力等新能源发电提供了可能。

Claims (5)

1.一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统，其特征在于，包括电网调度中心(1)，所述电网调度中心(1)电性连接电厂集控中心(2)，所述电网调度中心(1)用于向电厂集控中心(2)发送调峰指令，所述电厂集控中心(2)分别电性连接电站锅炉(3)、分流器(12)、电加热器(13)、厂用电系统(8)、升压变电所(7)，所述分流器(12)分别电性连接电站锅炉(3)、汽轮机低压缸(5)、电加热器(13)，所述汽轮机低压缸(5)电性连接发电机(6)，所述发电机(6)电性连接升压变电所(7)，所述电加热器(13)通过止回阀(11)电性连接高温固体氧化物电解水电解装置(10)。
2.根据权利要求1所述的一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统，其特征在于，所述高温固体氧化物电解水电解装置(10)分别与整流器(9)、氢气洗涤器(14)电性连接，所述整流器(9)、升压变电所(7)、发电机(6)均与厂用电系统(8)电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统，其特征在于，所述氢气洗涤器(14)连接氢气脱水器(15)，所述氢气脱水器(15)连接氢气储存罐(16)。
4.根据权利要求1所述的一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统，其特征在于，所述电站锅炉(3)电性连接汽轮机高压缸(4)。
5.一种高温固体氧化物电解水与火力发电厂耦合调峰方法，使用权利要求1～4任一调峰系统，其特征在于，具体为：
设定当电网调度中心(1)给电厂集控中心(2)做出的负荷指令小于锅炉额定负荷40％时，电厂集控中心(2)给出指令投入控制电站锅炉(3)、分流器(12)、电加热器(13)、厂用电系统(8)、升压变电所(7)、高温固体氧化物电解水电解装置(10)的运行；
设定当电网调度中心(1)给电厂集控中心(2)做出的负荷指令大于锅炉额定负荷40％时，火力发电厂转为纯发电机组，高温固体氧化物电解水电解装置(10)不投入运行。
CN202010650583.8A 2020-07-08 2020-07-08 一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统及方法 Pending CN111852593A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010650583.8A CN111852593A (zh) 2020-07-08 2020-07-08 一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010650583.8A CN111852593A (zh) 2020-07-08 2020-07-08 一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111852593A true CN111852593A (zh) 2020-10-30

Family

ID=73152614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010650583.8A Pending CN111852593A (zh) 2020-07-08 2020-07-08 一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111852593A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113790435A (zh) * 2021-08-27 2021-12-14 西安交通大学 一种耦合燃煤机组及sofc的发电系统及其运行方法
WO2023151796A1 (en) * 2022-02-10 2023-08-17 Hitachi Energy Switzerland Ag Integrated energy conversion and storage system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113790435A (zh) * 2021-08-27 2021-12-14 西安交通大学 一种耦合燃煤机组及sofc的发电系统及其运行方法
WO2023151796A1 (en) * 2022-02-10 2023-08-17 Hitachi Energy Switzerland Ag Integrated energy conversion and storage system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3648298B1 (en) Fuel preparation reaction system, peak regulation system for power generation plant and power generation plant
CN111139493B (zh) 一种太阳能光伏光热高温电解水制氢系统及制氢方法
CN110748465B (zh) 一种氢储能太阳能燃煤耦合灵活发电系统及运行方法
CN113446757B (zh) 基于氢能的风-火耦合冷热电联供系统
CN113350989A (zh) 燃煤发电耦合可再生能源发电二氧化碳捕集方法及系统
CN112761747B (zh) 基于海水淡化和梯级用能的水热电联产系统及方法
CN214411264U (zh) 一种基于光伏制氢的燃料电池热电联产智能系统
CN113054733A (zh) 一种以甲醇为载体的多能互补发电系统及其工作方法
WO2019000623A1 (zh) 一种甲烷化反应系统、发电厂调峰系统及发电厂
CN111756059A (zh) 一种实时平抑风电波动的电-氢-电转换系统和方法
CN111852593A (zh) 一种高温固体氧化物电解水与发电厂耦合调峰系统及方法
CN110543157A (zh) 一种多能互补智慧供应热电氢的系统及方法
CN111668869A (zh) 一种离网型风电制氢系统及其容量匹配方法
CN112832963A (zh) 太阳能风能与燃气互补联合制氢制甲烷循环热发电装置
CN114024326A (zh) 一种可用于调峰的风光制氢耦合发电和储能系统及方法
CN211258905U (zh) 太阳能风能与燃气互补联合制氢制甲烷循环热发电装置
CN212642819U (zh) 高温固体氧化物电解水与发电厂耦合的灵活性调峰系统
CN217922341U (zh) 一种含热管理的集装箱式一体化电氢联产装置
CN115411315A (zh) 一种电解水制氢耦合金属固态储氢燃料电池热电联产系统
CN113972662A (zh) 综合能源生产单元及方法
CN112981439A (zh) 一种igcc电站耦合水电解设备系统及其运行方法
CN216157727U (zh) 一种二氧化碳热电解耦回收新能源的发电系统
CN214458366U (zh) 一种igcc电站耦合水电解设备制氧系统
CN213360198U (zh) 一种核电余电制甲醇装置
CN112994118B (zh) 一种igcc电站气化炉加氢系统及其工作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination