CN211522334U - 耦合能源系统 - Google Patents

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孙开元
林琳
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Abstract

本申请涉及一种耦合能源系统，包括生物质制气装置，用于产生沼气；电力制氢装置，用于产生氢气；耦合反应装置，连通生物制气装置以及电力制氢装置，用于使得沼气与氢气反应；冷热电联供装置，连通耦合反应装置，以耦合反应装置中输出的气体为燃料。本申请可以有效提高了沼气的作用效率，并且免除了压缩/液化氢气等高耗能环节，进而进一步提高了整个系统的能源利用效率。

Description

耦合能源系统
技术领域
本申请涉及能源技术领域，特别是涉及一种耦合能源系统。
背景技术
生物质制气是以农作物秸秆、林木废弃物、食用菌渣、禽畜粪便、污水污泥等含有生物质体的物质为原料，在高温下使得生物质体热解或者气化分解而产生可燃性气体。
生物质制气有着多种多样的用途。然而，由于生物质制气产生的沼气中混杂有不具备可燃性的二氧化碳，所以其燃值较低。因此，生物质制气的作用效率(例如发电效率、供热效率)不高。
实用新型内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高生物质制气的作用效率的耦合能源系统。
一种耦合能源系统，包括：
生物质制气装置，用于产生沼气；
电力制氢装置，用于产生氢气；
耦合反应装置，连通所述生物制气装置以及所述电力制氢装置，用于使得所述沼气与所述氢气反应；
冷热电联供装置，连通所述耦合反应装置，以所述耦合反应装置中输出的气体为燃料。
在其中一个实施例中，所述耦合能源系统还包括第一线路，所述第一线路电连接所述冷热电联供装置与电力负荷。
在其中一个实施例中，所述耦合能源系统还包括储能装置以及第二线路，所述第二线路电连接所述冷热电联供装置与储能装置。
在其中一个实施例中，所述储能装置为蓄电池。
在其中一个实施例中，所述耦合能源系统还包括第三线路，所述第三线路电连接所述冷热电联供装置与电网。
在其中一个实施例中，所述耦合能源系统还包括新能源发电装置，所述新能源发电装置电连接所述电力制氢装置，用于为所述电力制氢装置供电。
在其中一个实施例中，所述耦合能源系统还包括第四线路，所述第四线路电连接所述新能源发电装置与电网。
在其中一个实施例中，所述新能源发电装置为风力发电装置和/或光伏发电装置。
在其中一个实施例中，所述冷热电联供装置还连通所述电力制氢装置，且以所述耦合反应装置中输出的气体以及电力制氢装置输出的氢气为燃料。
在其中一个实施例中，电力制氢装置为电解水制氢装置。
上述耦合能源系统，包括生物质制气装置、电力制氢装置、耦合反应装置以及冷热电联供装置。耦合反应装置连通，生物质制气装置以及电力制氢装置，冷热电联供装置连通耦合反应装置。
因此，本申请耦合能源系统可以通过在耦合反应装置中，使得电力制氢装置产生的氢气与生物质制气装置中产生的沼气反应，进而将沼气中不可燃烧的二氧化碳被转化为可燃性气体甲烷，从而降低了混合气体中的二氧化碳占比，提高了沼气的燃值。此后，再将耦合反应装置中反应后的气体作为冷热电联供装置的燃料进行冷热电联供，进而有效提高了沼气的作用效率。
同时，传统的电力制氢装置产生的氢气常采用压缩/液化技术，将制得的氢气存储在高压气瓶之中。这种方式在氢气压缩和液化过程中需要消耗大量的能量，将显著降低氢能的利用效率。而在本申请中，对电力制氢装置产生的氢气进行直接利用，从而免除了压缩/液化氢气等高耗能环节，进而进一步提高了整个系统的能源利用效率。
附图说明
图1为一个实施例中耦合能源系统示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
参考图1，在一个实施例中，提供一种耦合能源系统，包括生物质制气装置100、电力制氢装置200、耦合反应装置300以及冷热电联供装置400。
生物质制气装置100用于产生沼气，其具体可以为沼气池等。生物质制气装置100以农作物秸秆、林木废弃物、食用菌渣、禽畜粪便、污水污泥等含有生物质体的物质为原料，在高温下使得生物质体热解或者气化分解而产生可燃性的沼气。
通常情况下，沼气由50％-80％甲烷(CH4)、20％-40％二氧化碳(CO2)、0％-5％氮气(N2)、小于1％的氢气(H2)、小于0.4％的氧气(O2)与0.1％-3％硫化氢(H2S)等气体组成。其中二氧化碳不具备可燃性的，导致沼气燃值较低。
电力制氢装置200在通电情况下，发生化学反应，进而产生氢气。具体地，电力制氢装置200可以为电解水制氢装置(例如质子交换膜(PEM)电解槽)，通过电解水进行氢气的制取。当然，电力制氢装置200也可以为通过其他方式进行制氢，本申请对此并没有限制。
耦合反应装置300连通生物制气装置100，进而使得生物制气装置100产生的沼气可以通入耦合反应装置300。同时，耦合反应装置300连通电力制氢装置200，进而使得电力制氢装置200产生的氢气可以通入耦合反应装置300。沼气与氢气均通入耦合反应装置300后，在耦合反应装置300中发生化学反应，使不可燃烧的二氧化碳转化为可燃性气体甲烷。
冷热电联供装置400为本领域技术人员所熟知的一种装置。其通过燃料带动燃气轮机、微燃机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力。同时，发电后排出的余热通过余热回收利用设备(余热锅炉或者余热直燃机等)向用户供热、供冷。
冷热电联供装置400连通耦合反应装置300，以耦合反应装置300中输出的气体为燃料进行冷热电联供。
在本实施例中，通过在耦合反应装置300中，使得电力制氢装置200产生的氢气与生物质制气装置100中产生的沼气反应，进而将沼气中不可燃烧的二氧化碳被转化为可燃性气体甲烷，从而降低了混合气体中的二氧化碳占比，提高了沼气的燃值。此后，再将耦合反应装置300中反应后的气体作为冷热电联供装置400的燃料进行冷热电联供，进而有效提高了沼气的作用效率。
同时，传统的电力制氢装置200产生的氢气常采用压缩/液化技术，将制得的氢气存储在高压气瓶之中。这种方式在氢气压缩和液化过程中需要消耗大量的能量，将显著降低氢能的利用效率。而在本实施例中，对电力制氢装置200产生的氢气进行直接利用，从而免除了压缩/液化氢气等高耗能环节，进而进一步提高了整个系统的能源利用效率。
在一个实施例中，耦合能源系统还包括第一线路a。第一线路a电连接冷热电联供装置400与电力负荷。因此，在本实施例中，耦合能源系统产生的电能直接作用于电力负荷，进而降低电力负荷对电网中的电量需求，从而降低用电成本。
在一个实施例中，耦合能源系统还包括储能装置500以及第二线路b。第二线路b电连接冷热电联供装置400与储能装置500。储能装置500具体可以为蓄电池等。因此，在本实施例中，耦合能源系统产生的电能可以存储于储能装置500中，进而方便电能的存储。
这里可以是耦合能源系统产生的电能首先供应给电力负荷，然后再将过剩的电能存储在储能装置500中，也可以是直接将耦合能源系统产生的电能存储在储能装置500中，本申请对此并没有限制。
在一个实施例中，耦合能源系统还包括第三线路c。第三线路c电连接冷热电联供装置400与电网。因此，在本实施例中，耦合能源系统产生的电能可以存储于电网之中，进而提高电网供电能力。
这里可以是耦合能源系统产生的电能首先供应给电力负荷，然后再将过剩的电能存储在电网中，也可以是耦合能源系统产生的电能首先供应给电力负荷，然后再将过剩的电能存储在储能装置500中，然后再将过剩的电能存储在电网之中，也可以是直接将耦合能源系统产生的电能存储在电网中等等，本申请对此均没有限制。
在一个实施例中，耦合能源系统还包括新能源发电装置600。新能源发电装置600电连接电力制氢装置200，用于为电力制氢装置200供电，进而节约电力制氢装置200的用电成本。具体地，新能源发电装置600可以为风力发电装置或者光伏发电装置或者其他形式的发电装置(例如潮汐发电装置等)，或者也可以是几种发电装置共同使用，本申请对此也没有限制。
在一个实施例中，耦合能源系统还包括第四线路d。第四线路d电连接新能源发电装置600与电网。此时，新能源发电装置600产生的电能可以汇入电网，进而提高电网供电能力。
具体此，本实施例的耦合能源系统在应用时，可以分为新能源并网时段和弃新能源时段。
在新能源并网时段，风电和光伏发电单元向电网供电。此外，还将根据沼气池的产气情况，将部分电能通过电力制氢装置200产生氢气。上述氢气与生物质制气装置产生的二氧化碳在耦合反应装置中发生化学反应，使不可燃烧的二氧化碳转化为可燃性气体甲烷。与氢气发生反应后的混合气体，经过冷热电联供装置400产生电能、热能和冷能。其中，电能首先供应电力负荷，过剩电能并入电网或者存储到储能装置500之中，热能和冷能注入热网和冷网。
在弃新能源时段，新能源发电装置600产生的电能不送入电网，而是只通过电力制氢装置200制取氢气。然后，根据产氢情况，调整沼气池中生物质的投入量，使得上述氢气与沼气池产生的二氧化碳在耦合反应装置300中发生化学反应，沼气中不可燃烧的二氧化碳被转化为可燃性气体甲烷，从而降低了混合气体中的二氧化碳占比。与氢气发生反应后的混合气体，经过冷热电联供装置400产生电能、热能和冷能。其中，电能首先供应电力负荷，过剩电能并入电网或者存储到储能装置500之中，热能和冷能注入热网和冷网。
当然，本申请耦合能源系统在应用时，也可以按照其他可实现的方式实施，本申请对此并没有限制。
在一个实施例中，冷热电联供装置400还连通电力制氢装置200。此时，冷热电联供装置400以耦合反应装置300中输出的气体以及电力制氢装置200输出的氢气为燃料，进而可以在电力制氢装置200产生的氢气较多时，将其合理利用。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种耦合能源系统，其特征在于，包括：
生物质制气装置，用于产生沼气；
电力制氢装置，用于产生氢气；
耦合反应装置，连通所述生物制气装置以及所述电力制氢装置，用于使得所述沼气与所述氢气反应；
冷热电联供装置，连通所述耦合反应装置，以所述耦合反应装置中输出的气体为燃料。
2.根据权利要求1所述的耦合能源系统，其特征在于，所述耦合能源系统还包括第一线路，所述第一线路电连接所述冷热电联供装置与电力负荷。
3.根据权利要求1所述的耦合能源系统，其特征在于，所述耦合能源系统还包括储能装置以及第二线路，所述第二线路电连接所述冷热电联供装置与储能装置。
4.根据权利要求3所述的耦合能源系统，其特征在于，所述储能装置为蓄电池。
5.根据权利要求1所述的耦合能源系统，其特征在于，所述耦合能源系统还包括第三线路，所述第三线路电连接所述冷热电联供装置与电网。
6.根据权利要求1-5任一项所述的耦合能源系统，其特征在于，所述耦合能源系统还包括新能源发电装置，所述新能源发电装置电连接所述电力制氢装置，用于为所述电力制氢装置供电。
7.根据权利要求6所述的耦合能源系统，其特征在于，所述耦合能源系统还包括第四线路，所述第四线路电连接所述新能源发电装置与电网。
8.根据权利要求6所述的耦合能源系统，其特征在于，所述新能源发电装置为风力发电装置和/或光伏发电装置。
9.根据权利要求1所述的耦合能源系统，其特征在于，所述冷热电联供装置还连通所述电力制氢装置，且以所述耦合反应装置中输出的气体以及电力制氢装置输出的氢气为燃料。
10.根据权利要求1所述的耦合能源系统，其特征在于，电力制氢装置为电解水制氢装置。
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