CN113653544A - 多能融合发电系统及调峰方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种用于多能融合发电系统的调峰方法，所述多能融合发电系统包括可再生能源发电岛、汽轮机发电岛及化学燃料生产岛，所述方法包括：判断所述可再生能源发电岛的发电量是否高于额定发电量；在所述可再生能源发电岛的发电量高于额定发电量的情况下，增加所述汽轮机发电岛的抽汽量，并将抽汽输入所述化学燃料生产岛以制备化学燃料；在所述可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量的情况下，减少所述汽轮机发电岛的抽汽量，以增加所述汽轮机发电岛的主蒸汽量。
Description
技术领域
本公开涉及可再生能源发电领域，尤其涉及一种多能融合发电系统及调峰方法。
背景技术
燃煤发电是二氧化碳排放的主要来源，为了实现二氧化碳减排目标，发展可再生能源发电替代燃煤发电是解决二氧化碳排放问题的关键方法。
可再生能源发电的能量来源主要是太阳能、风能等，其发电过程不存在二氧化碳的排放，可以从根本上的解决传统燃煤发电过程带来的二氧化碳过量排放的问题。但可再生能源发电过程也存在着以下的缺陷：太阳能、风能等可再生能源的输入存在不连续、不稳定的问题，导致发电负荷受到输入端的影响产生波动，与电网的结合存在安全性难题；太阳能、风能等可再生能源季节性差异大，难以实现柔性灵活调峰，与用电端的匹配较差。
公开内容
基于此，本公开一方面提供一种用于多能融合发电系统的调峰方法，所述多能融合发电系统包括可再生能源发电岛、汽轮机发电岛及化学燃料生产岛，所述方法包括：判断所述可再生能源发电岛的发电量是否高于额定发电量；在所述可再生能源发电岛的发电量高于额定发电量的情况下，增加所述汽轮机发电岛的抽汽量，并将抽汽输入所述化学燃料生产岛以制备化学燃料；在所述可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量的情况下，减少所述汽轮机发电岛的抽汽量，以增加所述汽轮机发电岛的主蒸汽量。
根据本公开的实施例，其中，所述将抽汽输入所述化学燃料生产岛以制备化学燃料包括：以所述抽汽包含的热量为热源，以所述抽汽与煤的部分氧化反应产物为原料进行水气变换反应，以制备所述化学燃料。
根据本公开的实施例，其中，所述水气变换反应的产物包括H2、CO2和N2；所述以所述抽汽与煤的部分氧化反应产物为原料进行水气变换反应，以制备所述化学燃料包括：分离CO2和N2，得到H2；和/或利用变压分离的方式分离所述CO2，通过合成氨工艺将H2和N2合成为NH3。
根据本公开的实施例，所述方法还包括：在所述可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量的情况下，燃烧所述化学燃料，以增加所述汽轮机发电岛的主蒸汽量。
本公开另一方面提供一种多能融合发电系统，包括：可再生能源发电岛，用于利用可再生能源进行发电；汽轮机发电岛，用于利用蒸汽进行发电化学燃料生产岛，与所述汽轮机发电岛耦合运行或解耦运行，其中，在所述可再生能源发电岛的发电量高于额定发电量的情况下，所述化学燃料生产岛与所述汽轮机发电岛耦合运行，增加所述汽轮机发电岛的抽汽量，并将抽汽输入所述化学燃料生产岛以制备化学燃料；在所述可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量的情况下，所述化学燃料生产岛与所述汽轮机发电岛解耦运行，减少所述汽轮机发电岛的抽汽量，以增加所述汽轮机发电岛的主蒸汽量和发电量。
根据本公开的实施例，，其中，所述化学燃料生产岛制备化学燃料包括：以所述抽汽包含的热量为热源，以所述抽汽与煤的部分氧化反应产物为原料进行水气变换反应，以制备所述化学燃料。
根据本公开的实施例，，其中，所述水气变换反应的产物包括H2、CO2和N2；所述以所述抽汽与煤的部分氧化反应产物为原料进行水气变换反应，以制备所述化学燃料包括：分离CO2和N2，得到H2；和/或利用变压分离的方式分离所述CO2，通过合成氨工艺将H2和N2合成为NH3。
根据本公开的实施例，，所述汽轮机发电岛包括：锅炉，用于在所述可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量的情况下，燃烧所述化学燃料，以增加所述汽轮机发电岛的主蒸汽量。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了本公开实施例提供的多能融合发电系统的结构图；
图2示意性示出了本公开实施例提供的用于多能融合发电系统的调峰方法的流程图。
【附图标记】
A-可再生能源发电岛。B-汽轮机发电岛，C-化学燃料生产岛，D-电网；
1-太阳能发电装置，2-风能发电装置，3-终端用户，4-水汽变换反应器，5-氨气合成器，6-锅炉，7-高压缸，8-低压缸8，9-冷凝器，10-给水加热装置。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
本公开实施例的主要目的在于提供一种火电站与可再生能源多能融合发电系统及灵活调峰方法，该多能融合发电系统包括可再生能源发电岛、汽轮机发电岛、化学燃料生产岛。当可再生能源发电岛的发电量变化时，利用汽轮机抽汽制化学燃料的方式，进行灵活调峰。其中，汽轮机发电岛的给水回热子系统和化学燃料生产岛既可耦合运行，也可解耦运行。汽轮机发电岛的抽汽既可作为热力循环的作功工质，又可作为化学燃料生产岛的热源和原料。化学燃料生产的吸热化学反应代替汽机岛部分抽汽给水加热过程，部分抽汽工质的流动功不经过汽轮机膨胀做功，可以达到调峰作用。同时，抽汽工质热能提供化学反应制取低碳燃料，且转化为高品位化学能，并将其作为一种储能工质。当可再生能源岛发电量低于额定需求时，化学燃料的燃烧可以替代煤的燃烧，在增加汽轮机发电岛的主蒸汽量和发电量的同时，减少CO2的排放。该方法提高了火电站发电调峰的柔性与灵活性，又将汽轮机抽汽转化为化学燃料进行储能，同时减少CO2的排放，在可再生能源与火电站融合发电领域具有良好的应用前景。
图1示意性本公开实施例提供的多能融合发电系统的结构图。图2示意性示出了本公开实施例提供的用于多能融合发电系统的调峰方法的流程图。
如图1所示，该多能融合发电系统例如可以包括：
可再生能源发电岛A，用于利用可再生能源进行发电。例如可以采用太阳能发电装置1进行发电，可以采用风能发电装置2进行发电。
汽轮机发电岛B，包括锅炉6、高压缸7、低压缸8、冷凝器9、给水加热装置10等，由锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机内膨胀做功，使叶片转动而带动发电机发电，做功后的废汽经冷凝器、循环水泵、凝结水泵、给水加热装置等送回锅炉循环使用。
化学燃料生产岛C，其与汽轮机发电岛可以耦合运行，也可以解耦运行。具体的，在可再生能源发电岛的发电量高于额定发电量的情况下，化学燃料生产岛与汽轮机发电岛耦合运行，增加汽轮机发电岛的抽汽量，并将抽汽输入化学燃料生产岛以制备化学燃料。可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量的情况下，化学燃料生产岛与汽轮机发电岛解耦运行，减少汽轮机发电岛的抽汽量，以增加汽轮机发电岛的主蒸汽量和发电量。
电网D，将可再生能源发电岛A及汽轮机发电岛B的发电量输送给终端用户3使用。
如图2所示，用于多能融合发电系统的调峰方法例如可以包括操作S201～操作S203。
在操作S201，判断可再生能源发电岛的发电量是否高于额定发电量。
本公开实施例中，额定发电量可以至满足终端用户需求的电量。在可再生能源发电岛的发电量高于额定发电量的情况下，执行操作S202。在可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量的情况下，执行操作S203。
在操作S202，增加汽轮机发电岛的抽汽量，并将抽汽输入化学燃料生产岛以制备化学燃料。
在本公开实施例中，可再生能源发电岛的发电量高于额定发电量意味可以不需要汽轮机发电岛进行发电，此时，可将汽轮机发电岛中作为热力循环的作功工质的蒸汽进行抽汽输入水汽变换反应器4，以抽汽包含的热量为热源，以抽汽与煤的部分氧化反应产物CO为原料进行水气变换反应，以制备化学燃料，进而将抽汽的流动功转化为化学燃料的化学能并储存起来。具体的，水气变换反应后的产物包括H2、CO2和N2，可以直接分离CO2和N2，得到化学燃料H2；也可以利用变压分离的方式分离CO2，暗器合成器5通过合成氨工艺将H2和N2合成为化学燃料NH3。
在操作S203，减少汽轮机发电岛的抽汽量，以增加汽轮机发电岛的主蒸汽量。
在本公开实施例中，可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量意味需要汽轮机发电岛进行发电，以克服可再生能源不连续、不稳定的问题导致的发电负荷受到输入端的影响产生波动，与电网的结合存在安全性难题以及与用电端的匹配较差的问题。此时，减少抽气量，增加汽轮机发电岛的主蒸汽量，进而增加发电量，以满足终端用户的需求。
此外，在可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量，需要汽轮机发电岛进行发电时，可以采用化学燃料生产岛生产的化学燃料，替代煤的燃烧，以增加汽轮机发电岛的主蒸汽量和发电量，并减少CO2的排放。化学燃料也可以直接作为化工生产的原料。
综上所述，本公开实施例提供的多能融合发电系统及其对应的调峰方法，利用抽汽制备化学燃料进行调峰的方式，提高了可再生能源发电调峰的柔性、灵活性及安全性，促进了可再生能源发电与火电站的协同工作。同时，在可再生能源发电负荷较高时，将用于调峰工作的汽轮机抽汽转化为化学燃料进行储能，后续化通过学燃料燃烧释放热量替代部分燃煤，可以有效降低CO2的排放。
需要说明的是，系统实施例部分与方法实施部分是对应的，其未尽细节之处请参见方法实施例部分，此处不再赘述。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于多能融合发电系统的调峰方法，所述多能融合发电系统包括可再生能源发电岛、汽轮机发电岛及化学燃料生产岛，所述方法包括：
判断所述可再生能源发电岛的发电量是否高于额定发电量；
在所述可再生能源发电岛的发电量高于额定发电量的情况下，增加所述汽轮机发电岛的抽汽量，并将抽汽输入所述化学燃料生产岛以制备化学燃料；
在所述可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量的情况下，减少所述汽轮机发电岛的抽汽量，以增加所述汽轮机发电岛的主蒸汽量。
2.根据权利要求1所述的用于多能融合发电系统的调峰方法，其中，所述将抽汽输入所述化学燃料生产岛以制备化学燃料包括：
以所述抽汽包含的热量为热源，以所述抽汽与煤的部分氧化反应产物为原料进行水气变换反应，以制备所述化学燃料。
3.根据权利要求2所述的用于多能融合发电系统的调峰方法，其中，所述水气变换反应的产物包括H2、CO2和N2；
所述以所述抽汽与煤的部分氧化反应产物为原料进行水气变换反应，以制备所述化学燃料包括：
分离CO2和N2，得到H2；和/或
利用变压分离的方式分离所述CO2，通过合成氨工艺将H2和N2合成为NH3。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于多能融合发电系统的调峰方法，所述方法还包括：
在所述可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量的情况下，燃烧所述化学燃料，以增加所述汽轮机发电岛的主蒸汽量。
5.一种多能融合发电系统，包括：
可再生能源发电岛，用于利用可再生能源进行发电；
汽轮机发电岛，用于利用蒸汽进行发电
化学燃料生产岛，与所述汽轮机发电岛耦合运行或解耦运行，其中，在所述可再生能源发电岛的发电量高于额定发电量的情况下，所述化学燃料生产岛与所述汽轮机发电岛耦合运行，增加所述汽轮机发电岛的抽汽量，并将抽汽输入所述化学燃料生产岛以制备化学燃料；在所述可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量的情况下，所述化学燃料生产岛与所述汽轮机发电岛解耦运行，减少所述汽轮机发电岛的抽汽量，以增加所述汽轮机发电岛的主蒸汽量。
6.根据权利要求5所述的多能融合发电系统，其中，所述化学燃料生产岛制备化学燃料包括：
以所述抽汽包含的热量为热源，以所述抽汽与煤的部分氧化反应产物为原料进行水气变换反应，以制备所述化学燃料。
7.根据权利要求6所述的多能融合发电系统，其中，所述水气变换反应的产物包括H2、CO2和N2；
所述以所述抽汽与煤的部分氧化反应产物为原料进行水气变换反应，以制备所述化学燃料包括：
分离CO2和N2，得到H2；和/或
利用变压分离的方式分离所述CO2，通过合成氨工艺将H2和N2合成为NH3。
8.根据权利要求5-7任一项所述多能融合发电系统，所述汽轮机发电岛包括：
锅炉，用于在所述可再生能源发电岛的发电量不高于额定发电量的情况下，燃烧所述化学燃料，以增加所述汽轮机发电岛的主蒸汽量。
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| JPH05280305A (ja) * | 1992-04-01 | 1993-10-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | コンバインドサイクル発電装置 |
| US6090312A (en) * | 1996-01-31 | 2000-07-18 | Ziaka; Zoe D. | Reactor-membrane permeator process for hydrocarbon reforming and water gas-shift reactions |
| CN104612766A (zh) * | 2013-11-04 | 2015-05-13 | 中国科学院工程热物理研究所 | 应用于独立气化岛的饱和蒸汽轮机发电系统 |
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2021
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH05280305A (ja) * | 1992-04-01 | 1993-10-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | コンバインドサイクル発電装置 |
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