CN118049314A - 一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电‑氨‑电系统，包括电解水制氢合成氨子系统、燃气轮机子系统、蒸汽朗肯循环子系统和槽式太阳能集热器子系统，通过合成氨装置将电解水生成的氢气、空气分离装置产生的氮气作为原料制取液氨，液氨燃烧产生高温烟气，首先驱动燃气轮机工作，燃气轮机排气驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功，而蒸汽朗肯循环子系统生成的热水可以直接作为电解水制氢的原料。本申请将波动性可再生电力合成氨，实现了绿电大规模、长周期存储，平抑了可再生电力由随机性和不稳定性引起的波动性。同时液氨可作为替代性燃料，驱动蒸汽朗肯循环子系统将存储化学能转化为电能，达到高效释能和快速调峰的目的。
Description
技术领域
本申请涉及合成氨的技术领域，尤其涉及一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统。
背景技术
为了减少对传统化石能源的依赖，部分地区已经开始以风、光进行使用绿色能源开发。但风、光资源的随机性、不稳定性导致其发电负荷波动较大，需要配套大规模的跨昼夜甚至跨季节的储能系统平抑其波动性，增加其在能源系统中的占比，而且需要配套火力发电机组参与调峰。
基于此，在努力增加风、光等波动性可再生能源在能源系统中的渗透率的同时，需要配套大规模、长周期的储能技术以及灵活高效的调峰措施，以对高可再生能源占比的新型电力系统进行结构性支撑。在上述背景下，利用成熟的电制氢技术有望解决大规模的波动性可再生电力存储问题，由于H2热值较高且经过燃烧或者电化学转功后仅生成H2O的特点，H2被广泛认为是替代化石燃料的理想燃料。
但H2在使用过程中存在不可忽视的问题，H2不仅沸点低(-253℃)，体积能量密度低(10.8kJ·L-1at 0.1MPa)，且H2极易扩散同时易燃易爆，导致H2的运输和储存技术要求和成本极高，而缺乏H2运输和储存基础设施的当下，H2在距离大规模使用、长周期存储方面仍然与现实需求相距甚远。
因此，如何将可再生能源进行长周期、大规模的存储成为了当前亟待解决的问题。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统，以实现可再生能源的大规模、长周期存储，同时平抑可再生电力由于随机性和不稳定性引起的波动性。
本申请的第二个目的在于提出一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统控制方法。
为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统，包括电解水制氢合成氨子系统、燃气轮机子系统、蒸汽朗肯循环子系统以及槽式太阳能集热器子系统；
所述电解水制氢合成氨子系统包括第一热水储罐、碱液电解槽、第二热水储罐、质子交换膜电解槽、氢气储罐、空气分离装置、氧气储罐、合成氨装置、氨提质冷冻装置和液氨储罐；所述碱液电解槽和所述质子交换膜电解槽用于电解水制氢；
所述燃气轮机子系统包括压气机、燃烧室、燃气轮机和第一发电机；所述压气机通过所述燃烧室与所述燃气轮机连接；所述压气机、所述燃气轮机和所述第一发电机共轴连接，所述燃烧室与所述液氨储罐连接，所述第一发电机用于生产第一电能；
所述槽式太阳能集热器子系统包括第一太阳能集热器、第一给水混合器、第二太阳能集热器和第二给水混合器；所述第一太阳能集热器的出口连接所述第一给水混合器的入口；所述第一给水混合器的一路出口连接所述第二太阳能集热器的入口；所述第二太阳能集热器的出口与所述第二给水混合器的入口连接；
所述蒸汽朗肯循环子系统包括汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、第二发电机、给水换热器、凝汽器、低压给水泵、中压给水泵、高压给水泵、三压再热余热锅炉和第三热水储罐；所述三压再热余热锅炉与所述燃气轮机的出口连接。
进一步地，当电解水制氢合成氨子系统运行时，将电能转化为氨进行能量储存，燃气轮机子系统不做功发电，此时合成氨装置由于合成氨操作产生的第三热能提供给蒸汽朗肯循环子系统，驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功；
当燃气轮机子系统工作发电时，液氨储罐中的液氨进入到燃气轮机子系统中的燃烧室进行燃烧，产生高温烟气，以基于高温烟气驱动燃气轮机运行，获取第一电能，同时基于燃气轮机排气获取第一热能，基于第一热能驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功。
进一步地，所述电解水制氢合成氨子系统在进行合成氨操作时，还产生第三热能，并向所述蒸汽朗肯循环子系统提供所述第三热能。
进一步地，所述第三热水储罐用于储存朗肯循环中产生的热水，所述第三热水储罐分别与所述第一热水储罐和所述第二热水储罐连接，基于所述第三热水储罐能够向所述第一热水储罐和所述第二热水储罐输送热水。
进一步地，所述质子交换膜电解槽和碱液电解槽由绿电驱动；所述空气分离装置由绿电驱动。
进一步地，所述碱液电解槽包括碱液电解槽阳极和碱液电解槽阴极，所述碱液电解槽阳极和碱液电解槽阴极出口工质为汽水混合物；
所述电解水制氢合成氨子系统还包括第一汽水分离器和第二汽水分离器，所述第一汽水分离器和所述第二汽水分离器用于对所述汽水混合物进行分离，以对电解水制氢技术中产生的氢气和氧气进行存储。
为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统控制方法，应用于上述的系统，包括：
当电解水制氢合成氨子系统运行时，将电能转化为氨进行能量储存，燃气轮机子系统不做功发电，此时合成氨装置由于合成氨操作产生的第三热能提供给蒸汽朗肯循环子系统，驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功；
当燃气轮机子系统工作发电时，液氨储罐中的液氨进入到燃气轮机子系统中的燃烧室进行燃烧，产生高温烟气，以基于高温烟气驱动燃气轮机运行，获取第一电能，同时基于燃气轮机排气获取第一热能，基于第一热能驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功。
进一步地，当所述燃气轮机子系统工作发电时，所述槽式太阳能集热器子系统与所述燃气轮机子系统配合作用，为所述蒸汽朗肯循环子系统提供第一热能和第二热能。
进一步地，基于电解水技术制取氢气，基于所述空气分离装置制取氮气；
基于所述合成氨装置，以所述氢气和所述氮气为原料进行合成氨操作，制取氨气；
基于所述氨提质冷冻装置将所述氨气进行液化，得到液氨，并将所述液氨存储进所述液氨储罐中。
进一步地，获取合成氨操作时产生的第三热能；
基于所述第三热能驱动所述蒸汽朗肯循环子系统进行产功。
本申请提供的一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统，通过电解水制氢合成氨子系统进行电解水制氢技术制取氢气，基于合成氨技术制取液氨，将电能转化为化学能源氨，实现了绿电的长期存储以及氢的合理储存，燃气轮机子系统通过燃烧液氨产生大量第一电能和高温烟气，其中，高温烟气可以推动燃气轮机进行做功发电，之后燃气轮机通过排气产生的第一热能可用于促进蒸汽朗肯循环子系统进行产功，同时槽式太阳能集热器子系统同样可以为蒸汽朗肯循环子系统提供所需的第二热能，可根据实际运行情况调整燃气轮机的运行状态，从而平抑可再生电力由于随机性和不稳定性引起的波动性。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例中一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统的结构示意图。
图2为本申请实施例一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统控制方法的流程示意图。
图3为本申请实施例一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统控制方法中步骤S201-S203的流程示意图。
附图标记说明：
101、第一热水储罐；102、碱液电解槽阳极；103、碱液电解槽阴极；104、第一汽水分离器；105、第二汽水分离器；106、氢气混合器；107、第一混合器；108、第二热水储罐；109、质子交换膜电解槽阳极；110、质子交换膜电解槽阴极；111、第三汽水分离器；112、第四汽水分离器；113、第二混合器；114、氢气储罐；115、第三混合器；116、空气分离装置；117、第四混合器；118、氧气储罐；119、合成氨装置；120、氨提质冷冻装置；121、液氨储罐；201、压气机；202、燃烧室；203、燃气轮机；204、第一发电机；301、第一换热器组；302、第一级高压省煤器；303、第二换热器组；304、第二级高压省煤器；305、第三换热器组；306、汽轮机高压缸；307、汽轮机中压缸；308、汽轮机低压缸；309、第二发电机；310、给水换热器；311、凝汽器；312、低压给水泵；313、中压给水泵；314、高压给水泵；315、第一太阳能集热器；316、第一给水混合器；317、第二太阳能集热器；318、第二给水混合器；319、三压再热余热锅炉；320、第三热水储罐。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统。
图1为本申请实施例所提供的一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统的结构示意图。
如图1所示，该系统包括电解水制氢合成氨子系统、燃气轮机子系统、蒸汽朗肯循环子系统以及槽式太阳能集热器子系统。其中，电解水制氢合成氨子系统包括：第一热水储罐101、碱液电解槽阳极102、碱液电解槽阴极103、第一汽水分离器104、第二汽水分离器105、氢气混合器106、第一混合器107、第二热水储罐108、质子交换膜电解槽阳极109、质子交换膜电解槽阴极110、第三汽水分离器111、第四汽水分离器112、第二混合器113、氢气储罐114、第三混合器115、空气分离装置116、第四混合器117、氧气储罐118、合成氨装置119、氨提质冷冻装置120、液氨储罐121。
具体地，第一热水储罐101的出口与碱液电解槽阳极102入口连接；碱液电解槽阳极102的出口与第一汽水分离器104的入口连接；第一汽水分离器104的第一出口与第四混合器117的第一入口连接；第四混合器117的出口与氧气储罐118的入口连接；碱液电解槽阴极103的出口与第二汽水分离器105的入口连接；第二汽水分离器105的第一出口与氢气混合器106的第一入口连接；氢气混合器106的出口与氢气储罐114的入口连接；氢气储罐114的出口与第三混合器115的第一入口连接。
第三混合器115的出口与合成氨装置119的入口连接；合成氨装置119的出口与氨提质冷冻装置120的入口连接；氨提质冷冻装置120的出口与液氨储罐121的入口连接；液氨储罐121的出口与燃气轮机子系统的燃烧室202第二入口连接；第二汽水分离器105的第二出口与第一混合器107的第一入口连接；第一汽水分离器104的第二出口与第一混合器107的第二入口连接；第一混合器107的出口与第一热水储罐101的第二入口连接。
第二热水储罐108的出口与质子交换膜电解槽阳极109的入口连接；质子交换膜电解槽阳极109出口与第四汽水分离器112的入口连接；第四汽水分离器112的第一出口与第四混合器117的第二入口连接；第四汽水分离器112的第二出口与第二混合器113的第一入口连接；第二混合器113的出口与第二热水储罐108的第二入口连接。
质子交换膜电解槽阴极110的出口与第三汽水分离器111的入口连接；第三汽水分离器111的第一出口与氢气混合器106的第二入口连接；第三汽水分离器111的第二出口与第二混合器113的第二入口连接；空气分离装置116的第一出口与第四混合器117的第三入口连接；空气分离装置116的第二出口与第三混合器115的第二入口连接；第一热水储罐101的第一入口连接蒸汽朗肯循环子系统中热水储罐的第一出口；第二热水储罐108的第一入口连接蒸汽朗肯循环子系统中热水储罐的第二出口；空气分离装置116的入口连接空气管道。
电解水制氢合成氨子系统的合成氨装置119由碱液电解槽和质子交换膜电解槽生成的氢气、空气分离装置116分离出的氮气作为原料进行合成氨操作；合成氨装置119排出的氨气进入氨提质冷冻装置120中；氨提质冷冻装置120中的液氨进入液氨储罐121中。
另外，碱液电解槽阳极102和碱液电解槽阴极103出口工质为汽水混合物，需要分别通过第一汽水分离器104和第二汽水分离器105进行分离后才可以进入储罐中储存。
通过电解制氢、合成氨将电能最终转化为氨，可实现能量的大规模长期储存，此时燃气轮机子系统不做功发电，合成氨装置119的余热可以直接提供给蒸汽朗肯循环子系统，即第三热能，使蒸汽朗肯循环子系统做功，生成第二电能。
另外，质子交换膜电解槽和碱液电解槽由绿电驱动；空气分离装置116由绿电驱动。
其中，燃气轮机子系统包括：压气机201、燃烧室202、燃气轮机203、第一发电机204；压气机201通过燃烧室202与燃气轮机203连接；压气机201、燃气轮机203和第一发电机204共轴连接，通过第一发电机204输出第一电能。同时，由于燃气轮机203在运行时会产生大量的高温烟气，高温烟气为蒸汽朗肯循环提供能量，第一方面，高温烟气能够推动燃气轮机203进行做功发电，另一方面，在蒸汽朗肯循环子系统中通过高温烟气为换热装置提供大量的第一热能，以便换热装置进行换热。
当电解水制氢合成氨子系统运行时，将电能转化为氨进行能量储存，燃气轮机子系统不做功发电，此时合成氨装置119由于合成氨操作产生的第三热能提供给蒸汽朗肯循环子系统，驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功；当燃气轮机子系统工作发电时，液氨储罐121中的液氨进入到燃气轮机子系统中的燃烧室202进行燃烧，产生高温烟气，以基于高温烟气驱动燃气轮机203运行，获取第一电能，此时燃气轮机203的排气仍然具有热能，因此可以将燃气轮机203的排气中的余热进行利用，即基于燃气轮机203排气获取第一热能，基于第一热能驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功。
其中，槽式太阳能集热器子系统包括：第一太阳能集热器315、第一给水混合器316、第二太阳能集热器317和第二给水混合器318；第一太阳能集热器315的出口连接第一给水混合器316的入口；第一给水混合器316的一路出口连接第二太阳能集热器317的入口；第二太阳能集热器317的出口与第二给水混合器318的入口连接。
槽式太阳能集热器子系统的载体为三压再热余热锅炉319；第一太阳能集热器315的入口与高压给水泵314的第二路出口连接；第一级高压省煤器302的出口与第一给水混合器316的入口连接；第一给水混合器316的另一路出口与第二级高压省煤器304的入口连接；第二级高压省煤器304的出口与第二给水混合器318的入口连接；第二给水混合器318的出口与第三换热器组305中高压蒸发器入口连接。
其中，蒸汽朗肯循环子系统包括：第一换热器组301、第一级高压省煤器302、第二换热器组303、第二级高压省煤器304、第三换热器组305、汽轮机高压缸306、汽轮机中压缸307、汽轮机低压缸308、第二发电机309、给水换热器310、凝汽器311、低压给水泵312、中压给水泵313、高压给水泵314、三压再热余热锅炉319、第三热水储罐320；第一换热器组301由低压省煤器、低压蒸发器组成；第二换热器组303由中压省煤器、中压蒸发器、低压过热器组成；第三换热器组305由中压过热器、高压蒸发器、再热器和高压过热器组成。
燃气轮机203的出口与三压再热余热锅炉319烟气入口连接；三压再热余热锅炉319烟气出口连接大气；三压再热余热锅炉319从烟气入口到烟气出口依次布置第三换热器组305、第二级高压省煤器304、第二换热器组303、第一级高压省煤器302和第一换热器组301；
第三换热器组305中的中压过热器出口与汽轮机高压缸306入口连接；汽轮机高压缸306出口与第三换热器组305中再热器入口连接；第三换热器组305中再热器出口与汽轮机中压缸307入口连接；第三换热器组305中的中压过热器出口与再热器入口连接；第二换热器组303中低压过热器出口与汽轮机低压缸308入口连接；汽轮机中压缸307出口有两路，一路出口与汽轮机低压缸308入口连接，另一路出口与给水换热器310的第一入口连接；
给水换热器310的第二入口连接常温水管道；给水换热器310包括第一出口和第二出口；给水换热器310的第一出口与低压给水泵312的入口连接；给水换热器310的第二出口与第三热水储罐320的入口连接；第三热水储罐320的第一出口与电解水制氢合成氨子系统的第一热水储罐101的第一入口连接；第三热水储罐320的第二出口与电解水制氢合成氨子系统的第二热水储罐108的第一入口连接；
汽轮机低压缸308的出口连接凝汽器311的入口；凝汽器311的出口连接低压给水泵312的入口；低压给水泵312的出口与第一换热器组301的低压省煤器的入口连接；汽轮机高压缸306、汽轮机中压缸307、汽轮机低压缸308和第二发电机309同轴连接，通过第二发电机309进行电输出；
第一换热器组301中低压省煤器的第二出口有两路，其中一路与高压给水泵314的入口连接，另一路与中压给水泵313的入口连接；高压给水泵314的出口有两路；高压给水泵314的第一路出口与第一级高压省煤器302的入口连接；中压给水泵313的出口与第二换热器组303中中压省煤器入口连接。
第三换热器组305中高压蒸发器出口与高压过热器入口连接；第三换热器组305中的中压过热器入口与第二换热器组303中的中压蒸发器出口连接；第二换热器组303中的中压省煤器出口与中压蒸发器入口连接；第二换热器组303中低压过热器入口与第一换热器组301中低压蒸发器出口的一路连接；第一换热器组301中低压省煤器的第一出口与低压蒸发器的入口连接。
通过上述设置，蒸汽朗肯循环子系统能够通过第一热能、第二热能和第三热能协同作用进行朗肯循环，以进行产功。当电解水制氢合成氨子系统运行时，将电能转化为氨进行能量储存，燃气轮机子系统不做功发电，此时合成氨装置119由于合成氨操作产生的第三热能提供给蒸汽朗肯循环子系统，驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功；当燃气轮机子系统工作发电时，液氨储罐121中的液氨进入到燃气轮机子系统中的燃烧室202进行燃烧，产生高温烟气，以基于高温烟气驱动燃气轮机203运行，获取第一电能，同时基于燃气轮机203排气获取第一热能，基于第一热能驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功。
在进行朗肯循环时，蒸汽朗肯循环子系统还产生热水，并将热水输送至电解水制氢合成氨子系统中，以使电解水制氢合成氨子系统进行电解水制氢。也即，电解水制氢合成氨子系统中质子交换膜电解槽所需的热水可由蒸汽朗肯循环子系统中汽轮机中压缸307排汽加热获得；碱液电解槽所需的热水同样可由蒸汽朗肯循环子系统的汽轮机中压缸307部分排汽加热获得。
具体地，当系统工作在一定太阳能辐射强度时，高压给水泵314出口处的给水分成两条线路，在其中一条线路中，高压给水泵314出口给水进入第一太阳能集热器315中吸收太阳光热能；当第一太阳能集热器315出口给水温度与第一级高压省煤器302出口给水温度相同时，第一太阳能集热器315出口给水与第一级高压省煤器302出口给水进入第一给水混合器316中混合；第一给水混合器316出口处的给水分成两条线路，在其中一条线路中，第一给水混合器316出口给水进入第二太阳能集热器317中吸收太阳光热能。
当可再生能源发电不足或者电网处于用电高峰时，本实施例可将储存的化学能转化为电能参与电网调峰，此时液氨储罐121中的液氨进入燃烧室202燃烧，燃烧产生的高温烟气首先进入燃气轮机203中驱动燃气轮机203做功，然后燃气轮机203的排气进入蒸汽朗肯循环子系统的三压再热余热锅炉319中，为三压再热余热锅炉319提供第一热能，驱动蒸汽朗肯循环子系统做功发电。
本实施例以碱液电解槽和质子交换膜电解槽生成的氢气和空气分离装置116产生的氮气作为合成氨装置119的原料，液氨储罐121中的液氨燃烧产生的高温烟气，首先驱动燃气轮机203做功发电，随后燃气轮机203的排气进入三压再热余热锅炉319中驱动蒸汽朗肯循环工作，而蒸汽朗肯循环子系统生成的热水可以分别直接进入碱液电解槽阳极102前和质子交换膜电解槽阳极109前的热水储罐中。将波动性可再生电力合成氨，可以实现大规模、长周期能量存储，平抑可再生电力由随机性和不稳定性引起的波动性。同时液氨可作为替代性燃料，驱动联合循环系统将存储在氨中的能量转化为电能达到高效释能和快速调峰的目的。不仅设置了液氨储罐121，还设置了多个热水储罐，提高了系统的解耦灵活性和运行稳定性，同时利用系统低温余热加热电解堆给水，可以显著降低电解堆能耗。因此本系统具有高效大容量的储能和快速调峰的能力，改善通过火力发电厂实现调峰的现状。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统控制方法。
图2为本申请实施例提供的一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统控制方法的流程示意图。
如图2所示，该方法包括：
S101、当电解水制氢合成氨子系统运行时，将电能转化为氨进行能量储存，燃气轮机子系统不做功发电，此时合成氨装置由于合成氨操作产生的第三热能提供给蒸汽朗肯循环子系统，驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功；
S102、当燃气轮机子系统工作发电时，液氨储罐中的液氨进入到燃气轮机子系统中的燃烧室进行燃烧，产生高温烟气，以基于高温烟气驱动燃气轮机运行，获取第一电能，同时基于燃气轮机排气获取第一热能，基于第一热能驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功。
在本实施例的一个实施例中，当燃气轮机子系统工作发电时，槽式太阳能集热器子系统与燃气轮机子系统配合作用，为蒸汽朗肯循环子系统提供第一热能和第二热能。
在本实施例的一个实施例中，参照图3，该方法还包括：
S201、基于电解水技术制取氢气，基于空气分离装置制取氮气；
S202、基于合成氨装置，以氢气和氮气为原料进行合成氨操作，制取氨气；
S203、基于氨提质冷冻装置将氨气进行液化，得到液氨，并将液氨存储进液氨储罐中。
在本实施例的一个实施例中，该方法还包括：获取合成氨操作时产生的第三热能，基于第三热能驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功。
需要说明的是，前述对用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统实施例的解释说明也适用于该实施例的用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统控制方法，此处不再赘述。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统，其特征在于，包括电解水制氢合成氨子系统、燃气轮机子系统、蒸汽朗肯循环子系统以及槽式太阳能集热器子系统；
所述电解水制氢合成氨子系统包括第一热水储罐(101)、碱液电解槽、氢气混合器(106)、第二热水储罐(108)、质子交换膜电解槽、氢气储罐(114)、空气分离装置(116)、第四混合器(117)、氧气储罐(118)、合成氨装置(119)、氨提质冷冻装置(120)和液氨储罐(121)，所述第一热水储罐(101)与所述碱液电解槽连接，所述第二热水储罐(108)与所述质子交换膜电解槽连接，所述氢气混合器(106)与所述氢气储罐(114)连接，所述第四混合器(117)与所述氧气储罐(118)连接，所述空气分离装置(116)与所述第四混合器(117)连接，所述碱液电解槽和所述质子交换膜电解槽用于电解水制取氢气，所述空气分离装置用于从空气中分离氮气；
所述燃气轮机子系统包括压气机(201)、燃烧室(202)、燃气轮机(203)和第一发电机(204)；所述压气机(201)通过所述燃烧室(202)与所述燃气轮机(203)连接；所述压气机(201)、所述燃气轮机(203)和所述第一发电机(204)共轴连接，所述燃烧室(202)与所述液氨储罐(121)连接，所述第一发电机(204)用于生产第一电能；
所述槽式太阳能集热器子系统包括第一太阳能集热器(315)、第一给水混合器(316)、第二太阳能集热器(317)和第二给水混合器(318)；所述第一太阳能集热器(315)的出口连接所述第一给水混合器(316)的入口；所述第一给水混合器(316)的一路出口连接所述第二太阳能集热器(317)的入口；所述第二太阳能集热器(317)的出口与所述第二给水混合器(318)的入口连接；
所述蒸汽朗肯循环子系统包括汽轮机高压缸(306)、汽轮机中压缸(307)、汽轮机低压缸(308)、第二发电机(309)、给水换热器(310)、凝汽器(311)、低压给水泵(312)、中压给水泵(313)、高压给水泵(314)、三压再热余热锅炉(319)和第三热水储罐(320)；所述三压再热余热锅炉(319)与所述燃气轮机(203)的出口连接。
2.根据权利要求1所述的用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统，其特征在于，所述电解水制氢合成氨子系统在进行合成氨操作时，还产生第三热能，并向所述蒸汽朗肯循环子系统提供所述第三热能。
3.根据权利要求2所述的用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统，其特征在于，当电解水制氢合成氨子系统运行时，将电能转化为氨进行能量储存，燃气轮机子系统不做功发电，此时合成氨装置(119)由于合成氨操作产生的第三热能提供给蒸汽朗肯循环子系统，驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功；
当燃气轮机子系统工作发电时，液氨储罐(121)中的液氨进入到燃气轮机子系统中的燃烧室(202)进行燃烧，产生高温烟气，以基于高温烟气驱动燃气轮机(203)运行，获取第一电能，同时基于燃气轮机(203)排气获取第一热能，基于第一热能驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功。
4.根据权利要求1所述的用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统，其特征在于，所述第三热水储罐(320)用于储存朗肯循环中产生的热水，所述第三热水储罐(320)分别与所述第一热水储罐(101)和所述第二热水储罐(108)连接，基于所述第三热水储罐(320)能够向所述第一热水储罐(101)和所述第二热水储罐(108)输送热水。
5.根据权利要求1所述的用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统，其特征在于，所述质子交换膜电解槽和碱液电解槽由绿电驱动；所述空气分离装置(116)由绿电驱动。
6.根据权利要求1所述的用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统，其特征在于，所述碱液电解槽包括碱液电解槽阳极(102)和碱液电解槽阴极(103)，所述碱液电解槽阳极(102)和碱液电解槽阴极(103)出口工质为汽水混合物；
所述电解水制氢合成氨子系统还包括第一汽水分离器(104)和第二汽水分离器(105)，所述第一汽水分离器(104)和所述第二汽水分离器(105)用于对所述汽水混合物进行分离，以对电解水制氢技术中产生的氢气和氧气进行存储。
7.一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统控制方法，应用于权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，包括：
当电解水制氢合成氨子系统运行时，将电能转化为氨进行能量储存，燃气轮机子系统不做功发电，此时合成氨装置由于合成氨操作产生的第三热能提供给蒸汽朗肯循环子系统，驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功；
当燃气轮机子系统工作发电时，液氨储罐中的液氨进入到燃气轮机子系统中的燃烧室进行燃烧，产生高温烟气，以基于高温烟气驱动燃气轮机运行，获取第一电能，同时基于燃气轮机排气获取第一热能，基于第一热能驱动蒸汽朗肯循环子系统进行产功。
8.根据权利要求7所述的一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统控制方法，其特征在于，当所述燃气轮机子系统工作发电时，所述槽式太阳能集热器子系统与所述燃气轮机子系统配合作用，为所述蒸汽朗肯循环子系统提供第一热能和第二热能。
9.根据权利要求7所述的一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统控制方法，其特征在于，还包括：
基于电解水技术制取氢气，基于所述空气分离装置制取氮气；
基于所述合成氨装置，以所述氢气和所述氮气为原料进行合成氨操作，制取氨气；
基于所述氨提质冷冻装置将所述氨气进行液化，得到液氨，并将所述液氨存储进所述液氨储罐中。
10.根据权利要求9所述的一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统控制方法，其特征在于，还包括：
获取合成氨操作时产生的第三热能；
基于所述第三热能驱动所述蒸汽朗肯循环子系统进行产功。
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| CN202410175123.2A CN118049314A (zh) | 2024-02-07 | 2024-02-07 | 一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN118763815A (zh) * | 2024-06-20 | 2024-10-11 | 青岛益堃达热能设备有限公司 | 一种绿氨储能系统 |
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