CN210123896U - 一种可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统及调峰调频电化工厂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统及调峰调频电化工厂，该可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，包括可再生能源发电厂、电网、电网调度中心、电解制氢装置和合成氨设备；所述电解制氢装置的电源输入端与可再生能源发电厂的发电输出端电性连接；所述电解制氢装置的氢气输出端连接于所述合成氨设备的氢气入口，所述合成氨设备的氮气入口连接于氮气源；所述电厂集控中心用于接收可再生能源发电厂发送的调峰负荷指令，所述电网与可再生能源发电厂的发电输出端电性连接，用于接收可再生能源发电厂发出的电能。通过本实用新型，在可再生能源发电厂内实现制氢、制氮，然后利用制取的氮气、氢气通过合成生产氨，使得可再生能源发电厂转变为多种气体和燃料产品的电化工工厂。

Description

一种可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统及调峰调频电化 工厂

技术领域

本实用新型涉及可再生能源发电厂调峰和合成氨技术领域，具体涉及一种可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统及调峰调频电化工厂。

背景技术

现阶段，我国电力系统中电能产量容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电、水电及核电等新能源的能力不足。

因此，如何消纳可再生能源发电降低弃风弃光弃水电量，成为未来可再生能源发展的一个重要指标。

电解水制氢是一种高效、清洁的制氢技术，其制氢工艺简单，产品纯度高，氢气、氧气纯度一般可达99.9％，是最有潜力的大规模制氢技术。特别是随着目前清洁能源发电的日益增长，氢气将成为电能存储的理想载体。通过将清洁能源发电经过电解水制氢技术，将清洁能源产生的电能转化为氢能进行储存，并且根据实际需要，还可通过后续化工过程将氢能转化为甲烷、甲醇及其他液态燃料等。

氨是人类非常重要的一种化工产品，随着社会的发展，工业文明的进步，氨合成的产品对于人类的贡献显而易见。氨作为一种运输方便的储氢燃料，被很多研究单位和能源公司所看好。氨在零下20度就可以液化，可以方便低成本地运输；另外氨还是一种燃料和制冷工质，既可以用于燃烧，也可以用于制冷行业。

因此，如果能够利用可再生能源发电厂富余的调峰电力，通过电解制氢和合成氨工艺，将可再生能源发电厂转型成为一种除了生产电力之外的，可生产多种气体及化工产品的电化工厂，必将极大的增强现有可再生能源发电厂的盈利和生存能力。

实用新型内容

针对现在出现的越来越多的弃风弃光弃水趋势，本实用新型旨在提供一种可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统及调峰调频电化工厂，利用可再生能源发电厂调峰调频电力，在可再生能源发电厂内实现电解制氢、空分制氮氧，然后利用制取的氮和氢通过合成氨工艺生产氨，使得可再生能源发电厂转变为多种气体和燃料产品的核电化工厂。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，包括电解制氢装置和合成氨设备；所述电解制氢装置的电源输入端与可再生能源发电厂的发电输出端电性连接，以利用可再生能源发电厂的调峰结余电量为电源电解制得氢气和氧气；所述电解制氢装置的氢气输出端连接于所述合成氨设备的氢气入口，所述合成氨设备的氮气入口连接于氮气源，所述合成氨设备用于利用电解制氢装置产生的氢气与氮气源的氮气合成氨；所述合成氨设备的氨输出端连通至所述可再生能源发电厂的氨气或液氨储罐。

较佳的，所述氮气源包括空分装置，所述空分装置的电源输入端连接于所述可再生能源发电厂的发电输出端以获取可再生能源发电厂的调峰结余电量为电源，氮气输出端则连接于合成氨设备的氮气入口。

较佳的，所述电解制氢装置的氧气输出端连通于一储氧罐；所述电解制氢装置的氢气输出端还通过超低温液化装置或高压气体压缩装置连接到氢存储罐，用于将未输入至合成氨设备中的氢气以超低温液态氢或高压压缩气态氢的形态输出至氢存储罐。

较佳的，所述电解制氢装置的氢气输出端或氢存储罐连通于对外氢输送管道，通过对外氢输送管道对外直接输送氢气。

较佳的，所述空分装置的氧气输出端连通于一储氧罐，并且所述空分装置的氮气输出端还连通于一氮气存储罐，用于将未输入至合成氨设备中的氮气输出至氮气存储罐。

较佳的，所述电解制氢装置采用碱性水溶液电解制氢装置、固体聚合物电解制氢装置或高温固体氧化物中的任意一种电解制氢装置。

较佳的，所述电解制氢装置的进水口通过补水泵连通可再生能源发电厂的化学水处理车间，可再生能源发电厂的化学水处理车间通过纯水制备装置连通于所述补水泵。

一种调峰调频电化工厂，所述调峰调频电化工厂具有前述的可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，其生产的产品为电力、热力、氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种，所述氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种通过气体提纯装置分别连接相应的气体储罐，实现氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种的低温液化或高压存储。

较佳的，所述氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种的生产装置通过气体提纯装置连接相应的高压或低温液化钢瓶灌装设备，通过钢瓶灌装对外销售氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种的气体产品。

较佳的，所述电化工厂的可再生能源发电来自于风力发电厂、光伏发电厂、大型光热发电厂、生物质发电厂、垃圾发电厂或沼气发电厂中的任意一种。

本实用新型的有益效果在于：通过上述可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，可以充分利用调峰调频电力，在可再生能源发电厂内实现制氢、制氮，然后利用制取的氮气、氢气通过合成生产氨，使得可再生能源发电厂转变为多种气体和燃料产品的电化工工厂，对外销售、输出氢气、氮气、氨、氧气等多种气体，特别是氢和氨作为零碳排放的燃料，必然在未来有广阔的应用前景。

本实用新型所提供的可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统通过获取用电低谷的电能，将用电量低谷阶段的电能转化为氢能，再将氢能与氮气进行合成氨工艺，从而将氢能作用转化为易于运输和储存的氨燃料的化学能，不仅变相地实现了电能的存储，而且使得传统可再生能源发电厂转型成为生产多种气体产品的能源工厂。

另外，本实用新型提供的可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统可直接消耗可再生能源发电厂的调峰结余电量，间接利用了弃风弃光弃水弃核电力，缓解了电网平衡和峰谷差问题，延长了可再生能源发电厂设备的使用寿命，实现了电能的变相储存，实现了能源的稳定储存和有效利用。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二的结构示意图；

图3为本实用新型实施例三的结构示意图；

图4为本实用新型实施例四的结构示意图；

图5为本实用新型实施例五的结构示意图；

图6为本实用新型实施例六的结构示意图；

图7为本实用新型实施例七的结构示意图；

图8为本实用新型实施例九的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。

实施例一

如图1所示，一种可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，包括可再生能源发电厂1、电网2、电网调度中心3、电解制氢装置4和合成氨设备6；所述电解制氢装置4的电源输入端与可再生能源发电厂1的发电输出端电性连接；所述电解制氢装置4的氢气输出端连接于所述合成氨设备6的氢气入口，所述合成氨设备6的氮气入口连接于氮气源5；所述合成氨设备6的氨气输出端连通至液氨储罐7；所述可再生能源发电厂1还包括电厂集控中心11，所述电厂集控中心11用于接收可再生能源发电厂1发送的调峰负荷指令，所述电网2与可再生能源发电厂1的发电输出端电性连接，用于接收可再生能源发电厂1发出的电能。

上述可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统的工作原理在于：通常地，电网调度中心根据区域内实时发电和调峰负荷需求情况向可再生能源发电厂的电厂集控中心发送调峰负荷指令，可再生能源发电厂的电厂集控中心根据所述调峰负荷指令控制调整可再生能源发电厂的调峰调频结余电量。在上述可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统中，可再生能源发电厂的调峰调频结余电量为电解制氢装置提供电源，所述电解制氢装置制得的氢气输送至合成氨设备。合成氨设备从电解制氢装置获得氢气和从氮气源获得氮气后，高温高压下合成制得氨气，氨气可以存储到液氨储罐中，也可灌装成瓶装氨气对外售卖。

通过上述可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，可以利用可再生能源发电厂的调峰调频结余电量制备得到的氢气并进一步合成得到氨气，从而使可再生能源发电厂转换为可生产合成氨原料的化学工厂。

实施例2

如图2所示，在实施例一的基础上，所述氮气源5为空分装置51，所述空分装置51的电源输入端连接于所述可再生能源发电厂的发电输出端，在本实施例中为发电机12，空分装置51的氮气输出端则连接于合成氨设备6的氮气入口。

采用空分装置51制氮，以可再生能源发电厂的调峰调频结余电量为电能来源，可以节省从外部购买氮气的成分费用，进一步充分利用可再生能源发电厂的结余电量，更深一层地提高了能源的利用率。在实际应用中，可以采用深冷空分制氮装置、变压吸附空分装置或膜分离空分装置。

实施例三

如图3所示，在实施例二的基础上，所述电解制氢装置4的氧气输出端连通于一储氧罐41。所述空分装置51的氧气输出端也连接于上述储氧罐41。制氢和制氮过程中产生的氧气通过储氧罐储存起来，可以灌装后对外售卖。

实施例四

如图4所示，在实施例三的基础上，所述电解制氢装置4的氢气输出端还通过超低温液化装置或高压气体压缩装置42连接到储氢罐43，用于将未输入至合成氨设备中的氢气以超低温液态氢或高压压缩气态氢的形态输出至储氢罐43。制氢过程中未立即用于氨气制备的氢气可以先存储在储氢罐43内，也可以对外销售，还可以后续为氨的制备继续提供氢气。

另外，所述电解制氢装置的氢气输出端或氢存储罐还可以连通于对外氢输送管道，通过对外氢输送管道对外直接输送氢气。

所述电解制氢装置4和空分装置51可以分别通过流量阀往合成氨设备6中通入氢气和氮气。通过流量阀可以实现根据预设的氢气和氨气比例往合成氨设备中通入氢气和氮气，既保证制氨的效果，也不浪费氢气和氮气。

实施例五

如图5所示，在实施例四的基础上，所述空分装置51的氮气输出端还连通于一氮气存储罐61，用于将未输入至合成氨设备中的氮气输出至氮气存储罐61。类似地，制氮过程中未立即用于氨气制备的氮气可以先存储在氮气存储罐61中，既可以灌装之后对外销售，还可以后续为氨的制备继续提供氮气。

进一步地，所述电解制氢装置4可以采用碱性水溶液电解制氢装置、固体聚合物电解制氢装置或高温固体氧化物电解制氢装置。

实施例六

如图6所示，在实施例五的基础上，所述电解制氢装置4的进水口通过补水泵1c连通可再生能源发电厂的化学水处理车间1a，可再生能源发电厂的化学水处理车间1a通过纯水制备装置1b连通于所述补水泵1c。

实施例七

如图7所示，在实施例六的基础上，所述可再生能源发电厂的发电输出端，在本实施例中具体为发电机12的输出端，具体通过第一逆变器44电性连接于所述电解制氢装置4的电源输入端，所述可再生能源发电厂的发电输出端还通过第二逆变器52电性连接于空分装置51的电源输入端。

实施例八

在本实施例中，不设置空分装置，所有的氮气从外部直接购买，氧气从电解制氢装置中产生。系统其它构成及功能及最终产品与实施例八相同。

实施例九

如图8所示，在实施例一至实施例八任一实施例的基础上，所述可再生能源发电厂为风力发电厂、光伏发电厂、大型光热发电厂、生物质发电厂、垃圾发电厂或沼气发电厂中的任意一种。

本实用新型还提供了一种调峰调频电化工厂，所述调峰调频电化工厂具有前述的可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，其生产的产品为电力、热力、氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种，所述氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种通过气体提纯装置分别连接相应的气体储罐，实现氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种的低温液化或高压存储。

具体的，所述氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种的生产装置通过气体提纯装置连接相应的高压或低温液化钢瓶灌装设备，通过钢瓶灌装对外销售氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种的气体产品。

进一步的，所述电化工厂的可再生能源发电来自于风力发电厂、光伏发电厂、大型光热发电厂、生物质发电厂、垃圾发电厂或沼气发电厂中的任意一种。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，其特征在于，包括电解制氢装置(4)和合成氨设备(6)；所述电解制氢装置(4)的电源输入端与可再生能源发电厂(1)的发电输出端电性连接，以利用可再生能源发电厂(1)的调峰结余电量为电源电解制得氢气和氧气；所述电解制氢装置(4)的氢气输出端连接于所述合成氨设备(6)的氢气入口，所述合成氨设备(6)的氮气入口连接于氮气源(5)，所述合成氨设备(6)用于利用电解制氢装置(4)产生的氢气与氮气源(5)的氮气合成氨；所述合成氨设备(6)的氨输出端连通至所述可再生能源发电厂(1)的氨气或液氨储罐。

2.根据权利要求1所述的可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，其特征在于，所述氮气源(5)包括空分装置(51)，所述空分装置(51)的电源输入端连接于所述可再生能源发电厂(1)的发电输出端以获取可再生能源发电厂(1)的调峰结余电量为电源，氮气输出端则连接于合成氨设备(6)的氮气入口。

3.根据权利要求1所述的可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，其特征在于，所述电解制氢装置(4)的氧气输出端连通于一储氧罐(41)；所述电解制氢装置(4)的氢气输出端还通过超低温液化装置或高压气体压缩装置(42)连接到氢存储罐(43)，用于将未输入至合成氨设备(6)中的氢气以超低温液态氢或高压压缩气态氢的形态输出至氢存储罐(43)。

4.根据权利要求3所述的可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，其特征在于，所述电解制氢装置(4)的氢气输出端或氢存储罐(43)连通于对外氢输送管道，通过对外氢输送管道对外直接输送氢气。

5.根据权利要求2所述的可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，其特征在于，所述空分装置(51)的氧气输出端连通于一储氧罐(41)，并且所述空分装置(51)的氮气输出端还连通于一氮气存储罐(61)，用于将未输入至合成氨设备(6)中的氮气输出至氮气存储罐(61)。

6.根据权利要求1所述的可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，其特征在于，所述电解制氢装置(4)采用碱性水溶液电解制氢装置、固体聚合物电解制氢装置或高温固体氧化物中的任意一种电解制氢装置。

7.根据权利要求1所述的可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，其特征在于，所述电解制氢装置(4)的进水口通过补水泵(1c)连通可再生能源发电厂(1)的化学水处理车间(1a)，可再生能源发电厂(1)的化学水处理车间(1a)通过纯水制备装置(1b)连通于所述补水泵(1c)。

8.一种调峰调频电化工厂，其特征在于，所述调峰调频电化工厂具有权利要求1-7任一所述的可再生能源发电厂电解制氢合成氨系统，其生产的产品为电力、热力、氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种，所述氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种通过气体提纯装置分别连接相应的气体储罐，实现氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种的低温液化或高压存储。

9.根据权利要求8所述的调峰调频电化工厂，其特征在于，所述氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种的生产装置通过气体提纯装置连接相应的高压或低温液化钢瓶灌装设备，通过钢瓶灌装对外销售氢气、氮气、氧气、氨气中的一种或多种的气体产品。

10.根据权利要求8所述的调峰调频电化工厂，其特征在于，所述电化工厂的可再生能源发电来自于风力发电厂、光伏发电厂、大型光热发电厂、生物质发电厂、垃圾发电厂或沼气发电厂中的任意一种。

Images