CN212063513U - 再生能源发电制甲烷装置及具备调峰能力的发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种再生能源发电制甲烷装置，包括风力发电装置、太阳能电池板发电装置、变压器、电解水装置、储氢罐、储氧罐、二氧化碳供给装置、甲烷制备装置及储甲烷罐，风力发电装置及太阳能电池板发电装置呈并联的与变压器的输入端电性连接，变压器的输出端与电解水装置电性连接，二氧化碳供给装置及储氢罐分别与甲烷制备装置的输入端连通。消纳再生能源发电，提高能源转换效率。另，还提供一种具备调峰能力的发电装置，包括燃气发电装置及上述再生能源发电制甲烷装置，储甲烷罐与储氢罐呈轮流且循环的与燃气发电装置连通，储氧罐与燃气发电装置连通，燃气发电装置的供电输出端电性连接外界市电供电网络。实现灵活调峰，节能增效。

Description

再生能源发电制甲烷装置及具备调峰能力的发电装置

技术领域

本实用新型涉及再生能源发电及电能转化利用领域，具体涉及一种再生能源发电制甲烷装置及一种具备调峰能力的发电装置。

背景技术

我国是一个再生能源发展大国，风力、太阳能等再生能源储量丰富，近年来得益于国家财政补贴等利好政策，再生能源发电装机量不断增大。但与此同时，由于风能、太阳能等再生能源主要分布在三北地区，与经济发达区存在区域错位，而当地的再生能源消纳能力差，因此出现了大量弃风、弃光现象，造成了大量的能源与经济损失。

另一方面，再生能源发电受限于自然条件的限制，均存在不稳定、波动性大的缺点，对电网的冲击较大，难以通过电网实现全面消纳。并且由于其本身存在的不稳定特性，对电网调峰带来了更大的不利影响，需要配套设置更多的火电或水电调峰机组，对于整个电网的规划布局带来了不利影响，同时也制约了再生能源的发展前景。

为了解决再生能源的消纳难题，一种可行的方法是将再生能源发电转换为其他产品进行消纳，同时提供一定的调峰能力，只有这样才能促进电网加大对再生能源发电的接纳，推动再生能源的大规模发展。

因此，亟需一种能有效将再生能源发电进行消纳的产品，并且通过该产品可方便快捷的为人类提供能源。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于，提供一种再生能源发电制甲烷装置，将再生能源的风能和太阳能通过发电的方式转换成，既可存储，又可直接快捷利用的甲烷，实现再生能源以发电进行消纳而进行存储和直接利用的高效转换利用。

本实用新型的另一目的在于，提供一种具备调峰能力的发电装置，将再生能源的风能和太阳能通过发电而转换成可存储的甲烷、氢气及氧气，在需要调节电网的电力时，通过将存储的甲烷和氢气与氧气的轮流循环燃烧进行发电来实时的补充电网的电力，实现实时且灵活的调峰能力，以优化和满足电网的调峰需求。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种再生能源发电制甲烷装置，包括风力发电装置、太阳能电池板发电装置、变压器、用于电解水的电解水装置、储氢罐、储氧罐、二氧化碳供给装置、甲烷制备装置及储甲烷罐，风力发电装置及太阳能电池板发电装置呈并联的与变压器的输入端电性连接，变压器的输出端电性连接电解水装置的两极，储氢罐与电解水装置连通用于存储电解水装置电解产生的氢气，储氧罐与电解水装置连通用于存储电解水装置电解产生的氧气，二氧化碳供给装置及储氢罐分别与甲烷制备装置的输入端连通，甲烷制备装置的输出端与储甲烷罐连通，储甲烷罐用于存储甲烷制备装置中的二氧化碳和氢气反应生成的甲烷。

与现有技术相比，由于本实用新型的再生能源发电制甲烷装置将再生能源的风能和太阳能所发之电提供给电解水装置制成氢气和氧气，并进一步通过甲烷制备装置制成既可存储又可直接快捷利用的甲烷，需要存储时将甲烷存储即可，需要直接快捷利用时，将该甲烷作为清洁燃料可直接提供给居民用户进行使用或者工业使用，从而实现了再生能源发电的有效消纳，该转换途径简便，减少了转换过程中的能量损耗，实现了再生能源发电的高效转换利用，不仅提高了再生能源发电的消纳能力，而且还有效地解决了因再生能源的不稳定性而造成的电力并网压力问题。

本实用新型还提供了一种具备调峰能力的发电装置，包括燃烧甲烷或氢气发电的燃气发电装置及上述的再生能源发电制甲烷装置，储甲烷罐与储氢罐呈轮流且循环的与燃气发电装置连通，储氧罐与燃气发电装置连通，燃气发电装置的供电输出端用于与外界市电供电网络电性连接。

与现有技术相比，本实用新型的具备调峰能力的发电装置，其中，再生能源发电制甲烷装置将再生能源的发电通过电解水装置制成氢气和氧气，将氧气存储与储氧罐中，同时并将氢气进一步通过甲烷制备装置制成甲烷，制成的甲烷可直接被日常生活和工业使用，从而实现了再生能源发电的有效消纳，该转换途径简便，减少了转换过程中的能量损耗，实现了再生能源发电的高效转换利用，不仅提高了再生能源发电的消纳能力，而且还有效地解决了因再生能源的不稳定性而造成的电力并网压力问题；同时，储甲烷罐与储氢罐呈轮流且循环的向燃气发电装置供给甲烷和氢气，储氧罐向燃气发电装置供给氧气，其燃气发电装置通过利用电解水装置产生的氢气和甲烷制备装置产生的甲烷为燃料，利用电解水装置产生的氧气作为助燃剂，进行氢气和氧气以及甲烷和氧气的燃烧做功发电，在负荷高峰时及时补充电网电力，满足电网的调峰需求。引入氢气和氧气进入燃气发电装置，降低部分氢气转换为甲烷带来的转换能量损耗，比单独燃烧甲烷发电更节能，引入氧气作为助燃剂也提升了燃烧效果，大大提高了燃料的利用效率，本实用新型具备调峰能力的发电装置灵活地实现了电力并网、甲烷供应、紧急发电调峰等操作，从而具备良好的调峰能力、节能效果及广阔的应用前景。

较佳地，本实用新型的储氢罐、储氧罐、储甲烷罐与燃气发电装置的输入端之间分别独立的设有用于调节流量的阀门，借由对阀门的调节实现对进入燃气发电装置的氢气、氧气和甲烷的流量的独立调节。通过阀门调节各气体的流量，进而调节各气体在燃气发电装置中分别所占的比例，从而提高甲烷和氢气的燃烧效率，进一步实现节能增效。

较佳地，本实用新型的进入燃气发电装置的氢气和甲烷组成循环气体，氢气占循环气体的质量流量比可为但不限于10％、15％、20％、25％、30％。

较佳地，本实用新型的燃气发电装置包括透平发电机，透平发电机的装机容量与外界市电供电网络的调峰需求相匹配。

较佳地，本实用新型的储甲烷罐经管道与外界甲烷用户连通。甲烷用途广泛，不仅运输方便，且对再生能源发电的消纳能力大，经管道运输直接供给工业及大众使用，大大提高了再生能源的利用效率。

较佳地，本实用新型还包括一转换器，风力发电装置及太阳能电池板发电装置呈并联的与转换器的输入端电性连接，转换器的输出端与市电供电网络电性连接。转换器用于将再生能源的发电进行电压、电流变换等操作，使其输出的电能满足外界市电供电网络输入要求。

附图说明

图1是本实用新型的具备调峰能力的发电装置的示意图。

图2是图1中本实用新型的再生能源发电制甲烷装置的示意图。

图3是图1中制得的氢气、氧气及甲烷为燃料进行发电及提供给甲烷用户的示意图。

图4是图1中制得的氢气、氧气及甲烷为燃料进行发电的示意图。

具体实施方式

为了详细说明本实用新型的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。

结合图1所示，本实用新型具备调峰能力的发电装置100包括燃烧甲烷或氢气发电的燃气发电装置12及再生能源发电制甲烷装置101，其中，再生能源发电制甲烷装置101包括风力发电装置1、太阳能电池板发电装置2、变压器3、转换器18、用于电解水的电解水装置4、储氢罐5、储氧罐10、二氧化碳供给装置15、甲烷制备装置6及储甲烷罐7，风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2呈并联的与变压器3的输入端电性连接，变压器3的输出端电性连接电解水装置4的两极，储氢罐5与电解水装置4连通用于存储电解水装置4电解产生的氢气，储氧罐10与电解水装置4连通且连通管道上设有阀门9，储氧罐10用于存储电解水装置4电解产生的氧气，二氧化碳供给装置15及储氢罐5分别与甲烷制备装置6的输入端连通，甲烷制备装置6的输出端与储甲烷罐7连通，储甲烷罐7用于存储甲烷制备装置6中的二氧化碳和氢气反应生成的甲烷；应用时，风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2呈并联的与变压器3的输入端连接，风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2所发之电在变压器3的作用下以直流电的方式提供给电解水装置4的两极，从而使得电解水装置4电解水产生氢气和氧气，电解产生的氧气存储于储氧罐10，电解水产生的氢气存储于储氢罐5中，甲烷制备装置6在储氢罐5提供的氢气及二氧化碳供给装置15提供的二氧化碳的作用下，在高温高压的环境下制得，既可存储又可直接快捷利用的甲烷，需要存储时将甲烷存储在储甲烷罐7中即可，需要直接快捷利用时，将该甲烷作为清洁燃料可直接提供给居民用户进行使用或者工业使用，从而实现了再生能源发电的有效消纳，该转换途径简便，减少了转换过程中的能量损耗，实现了再生能源发电的高效转换利用，不仅提高了再生能源发电的消纳能力，而且还有效地解决了因再生能源的不稳定性而造成的电力并网压力问题；另，为了进一步的提高再生能源的利用和对市电的调节能力，风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2还呈并联的与转换器18的输出端电性连接，使得其除可为电解水装置4的两极提供电能外，还可直接与外界市电供电网络19电性连接，风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2所发之电在转换器18的作用下以交流电的形式接入外界市电供电网络19，使其输出的电能满足外界市电供电网络19的输入要求从而使得风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2可直接被利用，这种再生能源配合转换器18供电的方式为本领域技术人员所悉知的，在此不再详细描述。

本实用新型的具备调峰能力的发电装置100在上述制得的甲烷的基础上，储甲烷罐7与储氢罐5呈轮流且循环的与燃气发电装置12连通，储氧罐10与燃气发电装置12连通，从而使得甲烷与氧气以及氢气与氧气在燃气发电装置12内呈轮流且循环的燃烧，使得燃气发电装置12能持续的产生电能，燃气发电装置12的供电输出端与变压器14的输入端电性连接，变压器14的输出端与外界市电供电网络19电性连接，变压器14用于将燃气发电装置12的发电以交流电的形式接入外界市电供电网络19，使其输出的电能满足外界市电供电网络19的输入要求；具体地，燃气发电装置12包括透平发电机，透平发电机的装机容量与外界市电供电网络19的调峰需求相匹配。

具体地，本实用新型采用甲烷和氢气的轮流且循环的燃烧方式，为了更进一步地使得燃烧更充分，甲烷和氧气燃烧产生的二氧化碳会被实时的排除，从而不会影响之后氢气和氧气的充分燃烧。

具体地，储氢罐5、储氧罐10、储甲烷罐7与燃气发电装置12的输入端之间分别独立的设有用于调节流量的阀门13、阀门11、阀门8，借由对阀门13、阀门11、阀门8的调节实现对进入燃气发电装置12的氢气、氧气和甲烷的流量的独立调节。通过阀门13、阀门11、阀门8调节各气体的流量，进而调节各气体在燃气发电装置12中分别所占的比例，从而提高甲烷和氢气的燃烧效率，进一步实现节能增效；更具体地，进入燃气发电装置12的氢气和甲烷组成循环气体，氢气占循环气体的质量流量比可为但不限于10％、15％、20％、25％、30％；优选地，氢气占循环气体的质量流量比为20％。

具体地，储甲烷罐7经管道与外界甲烷用户17连通，储甲烷罐7与甲烷用户17的连通管道上设有阀门16，阀门16用于控制甲烷输送管道的开放及关闭。甲烷用途广泛，不仅运输方便，且对再生能源发电的消纳能力大，经管道运输直接供给工业及大众使用，大大提高了再生能源的利用效率。

具体地，二氧化碳供给装置15中的二氧化碳来源于火电厂的捕集二氧化碳、化工厂的捕集二氧化碳以及工业制取的二氧化碳的至少一种。

本实用新型具备调峰能力的发电装置100的运行模式包括以下4种：

(1)外界市电供电网络19实时功率需求大于风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2的再生能源发电功率时，变压器3与变压器14及其之间的设备不运行，启动转换器18，通过转换器18将风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2的再生能源发电进行电压及电流变换操作后以交流电的形式全部并入外界市电供电网络19；

(2)外界市电供电网络19实时功率需求小于风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2的再生能源发电功率时，外界市电供电网络19负荷较小时，不需要风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2的再生能源发电进行补充发电，因此需将多余的再生能源发电进行转换利用，此时开启变压器3、关闭变压器14，开启阀门9及阀门16，关闭阀门8、阀门11及阀门13，将多余的再生能源发电转换为甲烷，全部供给甲烷用户17；

(3)当外界市电供电网络19突然出现较高的电力负荷需求时，为了满足电网调峰需求，部分甲烷进入燃气发电装置12进行补充发电，开启阀门8、阀门11、阀门13，启动燃气发电装置12进行补充发电，开启变压器14为外界市电供电网络19提供补充电量，开启阀门16，将储甲烷罐7中多余的甲烷经管道输送供给甲烷用户17。

(4)当外界市电供电网络19突然出现较高的电力负荷需求时，为了满足电网调峰需求，关闭阀门16，停止向甲烷用户17输送甲烷，全部甲烷进入燃气发电装置12进行补充发电，开启阀门8、阀门11、阀门13，启动燃气发电装置12进行补充发电，开启变压器14为外界市电供电网络19提供补充电量。

本实用新型制得的甲烷仅用于甲烷用户17的实施方式为，结合图1及图2所示，当外界市电供电网络19实时功率需求小于风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2的再生能源发电功率时，外界市电供电网络19负荷较小时，不需要风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2的再生能源发电进行补充发电，因此需将多余的再生能源发电进行转换利用，具体运行步骤：开启变压器3、关闭变压器14，开启阀门9及阀门16，关闭阀门8、阀门11及阀门13，风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2的再生能源发电经变压器3进行电压、电流变换等操作，以直流电的方式提供给电解水装置4的两极，使其输出端的电能满足电解水装置4的电能输入要求，电解水装置4产生的氢气及氧气分别储存在储氢罐5及储氧罐10，储氢罐5的氢气及二氧化碳供给装置15的二氧化碳进入甲烷制备装置6反应生成甲烷并储存在储甲烷罐7中，甲烷经管道全部输送给甲烷用户17，发电厂通过售卖甲烷，增加经济收益。

本实用新型制得的甲烷既用于甲烷用户17，又用于燃烧发电的实施方式为，结合图1及图3所示，当外界市电供电网络19负荷相对较大，并且燃气发电装置12的透平发电机的装机容量较小时，所具备的调峰能力有限，此时，部分甲烷进入燃气发电装置12进行补充发电，多余甲烷供给甲烷用户17，具体运行步骤：风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2的再生能源发电经变压器3进行电压、电流变换等操作，以直流电的方式提供给电解水装置4的两极，使其输出端的电能满足电解水装置4的电能输入要求，电解水装置4产生的氢气及氧气分别储存在储氢罐5及储氧罐10，储氢罐5的氢气及二氧化碳供给装置15的二氧化碳进入甲烷制备装置6反应生成甲烷并储存在储甲烷罐7中，为满足调峰需求，开启阀门8、阀门11及阀门13，启动燃气发电装置12进行补充发电，储甲烷罐7中的甲烷部分进入燃气发电装置12，储甲烷罐7与储氢罐5呈轮流且循环的向燃气发电装置12输送燃料甲烷和氢气，储氧罐10中的氧气作为助燃剂全部输送给燃气发电装置12，开启变压器14将燃气发电装置12的发电以交流电的形式接入外界市电供电网络19，为外界市电供电网络19提供补充电量；开启阀门16，将储甲烷罐7中多余的甲烷经管道输送供给甲烷用户17，发电厂通过售卖甲烷，增加经济收益。

本实用新型制得的甲烷仅用于燃烧发电的实施方式为，结合图1及图4所示，当外界市电供电网络19负荷相对较大，并且燃气发电装置12的透平发电机的装机容量也较大时，所具备的调峰能力较强，此时，全部甲烷进入燃气发电装置12进行补充发电。具体运行步骤：风力发电装置1及太阳能电池板发电装置2的再生能源发电经变压器3进行电压、电流变换等操作，以直流电的方式提供给电解水装置4的两极，使其输出端的电能满足电解水装置4的电能输入要求，电解水装置4产生的氢气及氧气分别储存在储氢罐5及储氧罐10，储氢罐5的氢气及二氧化碳供给装置15的二氧化碳进入甲烷制备装置6反应生成甲烷并储存在储甲烷罐7中，为满足调峰需求，关闭阀门16，停止向甲烷用户17输送甲烷，全部甲烷进入燃气发电装置12进行补充发电，开启阀门8、阀门11、阀门13，启动燃气发电装置12进行补充发电，储甲烷罐7与储氢罐5呈轮流且循环的向燃气发电装置12输送燃料甲烷和氢气，储氧罐10中的氧气作为助燃剂全部输送给燃气发电装置12，开启变压器14将燃气发电装置12的发电以交流电的形式接入外界市电供电网络19，为外界市电供电网络19提供补充电量。

结合图1-图4所示，本实用新型的具备调峰能力的发电装置，其中，再生能源发电制甲烷装置101将再生能源的发电通过电解水装置4制成氢气，并进一步通过甲烷制备装置6制成甲烷，实现了再生能源发电的有效消纳，该转换途径简便，减少了转换过程中的能量损耗，实现了再生能源发电的高效转换利用，不仅提高了再生能源发电的消纳能力，而且还有效地解决了因再生能源的不稳定性而造成的电力并网压力问题；由于储甲烷罐7与储氢罐5呈轮流且循环的向燃气发电装置12供给甲烷和氢气，储氧罐10向燃气发电装置12供给氧气，其燃气发电装置12通过利用电解水装置4产生的氢气和甲烷制备装置6产生的甲烷为燃料，利用电解水装置4产生的氧气作为助燃剂，进行燃烧做功发电，在负荷高峰时及时补充电网电力，满足电网的调峰需求。引入氢气和氧气进入燃气发电装置12，降低部分氢气转换为甲烷带来的转换能量损耗，比单独燃烧甲烷发电更节能，引入氧气作为助燃剂也提升了燃烧效果，大大提高了燃料的利用效率，本实用新型具备调峰能力的发电装置具有多种的运行模式，可根据实际的调峰需求来选择不同的运行模式，灵活地实现电力并网、甲烷供应、紧急发电调峰等操作，从而具备良好的调峰能力、节能效果及广阔的应用前景。

以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实例而已，不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，均属于本实用新型所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种再生能源发电制甲烷装置，其特征在于，包括风力发电装置、太阳能电池板发电装置、变压器、用于电解水的电解水装置、储氢罐、储氧罐、二氧化碳供给装置、甲烷制备装置及储甲烷罐，所述风力发电装置及所述太阳能电池板发电装置呈并联的与所述变压器的输入端电性连接，所述变压器的输出端电性连接所述电解水装置的两极，所述储氢罐与所述电解水装置连通用于存储电解水装置电解产生的氢气，所述储氧罐与所述电解水装置连通用于存储电解水装置电解产生的氧气，所述二氧化碳供给装置及所述储氢罐分别与所述甲烷制备装置的输入端连通，所述甲烷制备装置的输出端与所述储甲烷罐连通，所述储甲烷罐用于存储所述甲烷制备装置中的二氧化碳和氢气反应生成的甲烷。

2.一种具备调峰能力的发电装置，其特征在于，包括燃烧甲烷或氢气发电的燃气发电装置及权利要求1所述的再生能源发电制甲烷装置，所述储甲烷罐与所述储氢罐呈轮流且循环的与所述燃气发电装置连通，所述储氧罐与所述燃气发电装置连通，所述燃气发电装置的供电输出端用于与外界市电供电网络电性连接。

3.如权利要求2所述的具备调峰能力的发电装置，其特征在于，所述储氢罐、所述储氧罐、所述储甲烷罐与所述燃气发电装置的输入端之间分别独立的设有用于调节流量的阀门，借由对所述阀门的调节实现对进入所述燃气发电装置的氢气、氧气和甲烷的流量的独立调节。

4.如权利要求2或3所述的具备调峰能力的发电装置，其特征在于，进入所述燃气发电装置的所述氢气和所述甲烷组成循环气体，所述氢气占所述循环气体的质量流量比为10％～30％。

5.如权利要求2所述的具备调峰能力的发电装置，其特征在于，所述燃气发电装置包括透平发电机，所述透平发电机的装机容量与所述外界市电供电网络的调峰需求相匹配。

6.如权利要求2所述的具备调峰能力的发电装置，其特征在于，所述储甲烷罐经管道与外界甲烷用户连通。

7.如权利要求2所述的具备调峰能力的发电装置，其特征在于，还包括转换器，所述风力发电装置及所述太阳能电池板发电装置呈并联的与所述转换器的输入端电性连接，所述转换器的输出端与所述市电供电网络电性连接。

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