CN212409132U - 一种核电风电联合制氢供热系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种核电风电联合制氢供热系统，该系统将风力发电机组和核电厂的富余产能集中并入厂用电母线，再通过厂用电母线为电解制氢提供电力，以及供电给电加热锅炉生产热水实现厂区供热。同时，通过利用常规岛二回路系统的汽轮机抽汽作为热源，为市政供热提供满足供热品质要求的热水，送入市区各换热站。该系统同时集成了电化学储能用于平滑机组和风电处理和削峰填谷、保证电能质量。本实用新型实现了核电厂区风资源、核电富余产能的利用，避免了弃核、弃风，同时能够制取氢气并对外供应、制取热水为厂区供热，实现了电、热、氢多联产，显著提高核电厂综合经济效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及能源供给的技术领域，尤其是指一种核电风电联合制氢供热系统。
背景技术
核电厂是重要的电力生产场所，一直承担着电网基本负荷的发电任务。随着经济增长放缓以及区域电力产能过剩，一些核电厂面临着减负荷运行的实际问题，给电厂的整体效益带来了较大影响。
另一方面，核电厂主要建设在沿海，存在可利用的风资源，利用厂区内和周边、沿海的场地建设风力发电机组实现风力发电也是一种可行的提高单位面积经济效益的可行途径。但是，由于风能的间歇性、风电的并网问题和电力消纳问题，影响了风力发电的可行性，并引起了装机后弃风现象的发生。
以上问题的存在，使得部分核电厂面临着不能满发、风能资源无法得到利用的难题，影响了核电厂的整体经济效益。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种核电风电联合制氢供热系统，可以有效解决核电富余产能消纳，避免出现弃风限电，同时对外输出热水、氢气和电力，从而提高核电厂的整体经济效益。
为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种核电风电联合制氢供热系统，包括：
电解制氢部分，由核电厂的富余电力产能和风力发电机组联合制取氢气，所述核电厂的常规岛二回路系统的发电机输出的电力经过厂用变压器并入厂用电母线，所述风力发电机组产生的电力通过风电升压变压器也并入厂用电母线，所述厂用电母线连接有电解制氢系统，所述电解制氢系统连接有氢气压缩系统，所述氢气压缩系统连接有储氢系统，由所述厂用电母线向电解制氢系统提供电力，生产出的氢气经过氢气压缩系统压缩后送入储氢系统储存；
供热部分，包括厂区供热和市区供热；所述厂区供热是由厂用电母线向厂区的电热锅炉提供电力生产热水，再通过厂区热网向厂区各供热子系统、制冷子系统供热，而释放热量后的热水回水再通过厂区热网送回电热锅炉加热，形成循环；所述市区供热是采用核电厂的常规岛二回路系统的汽轮机抽汽提供热源，通过与其连接的蒸汽锅炉加热市政热网回水，生产满足市政供热要求的热水并通过市政管网向市内各换热站供应，同时蒸汽释放热量后形成的热水再送回常规岛二回路系统，而各换热站的热水回水通过市政热网送回蒸汽锅炉，在蒸汽锅炉内被汽轮机抽汽加热，再次向市政热网输送热水，形成循环。
进一步，所述核电厂包括相连的核岛一回路系统和常规岛二回路系统，所述常规岛二回路系统包括相连的汽轮机和发电机，所述核岛一回路系统产生的蒸汽热能转换成汽轮机的机械能，再通过发电机转变成电能；其中，所述汽轮机抽取中压段蒸汽抽汽，并送往厂区的蒸汽锅炉，用于加热厂区供热热水；所述发电机分别连接有升压变压器和厂用变压器，其产生的电力经过升压变压器后能够并入主网，再由主网进行远距离电力输送。
进一步，所述风力发电机组电连接于主网，其产生的电力经过升压后能够并入主网，实现风电上网，向外部供应电力。
进一步，所述风力发电机组是核电厂区及周边的分布式风力发电机组。
进一步，所述系统采用电化学储能设备，所述电化学储能设备连接于厂用电母线，通过控制其充放电来平滑风力发电出力、削峰填谷和调整厂用电的电能质量。
进一步，所述电化学储能设备采用的是磷酸铁锂动力储能电池。
进一步，所述系统集成有光伏发电设备，该光伏发电设备产生的电力能够并入厂用电母线为供热、制氢提供电力，也能够在升压后并入主网。
进一步，所述电解制氢系统为碱性水电解或纯水电解制氢系统。
进一步，所述储氢系统采用高中压储氢罐或者液态储氢系统。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、能够利用核电厂区附近的风资源，避免弃风并能够与核电厂汽轮机发电联合制取氢气。
2、采用了常规岛二回路系统蒸汽抽汽和电热锅炉的方式制取热水，通过厂区热网和市政热网为厂区和市区供热，提高综合能源利用率并解决部分核电消纳问题。
3、风力发电和汽轮机发电提供的厂用电统一并入厂用电母线，采用了电化学储能，使得整体上对核电厂的主接线影响较小，并能够为电热锅炉、电解制氢提供稳定的电力供应。
4、基于本实用新型系统可以有效解决核电消纳问题，过剩的核电产能和新增的风电产能可以在不需要并入主网的情况下就地消纳，并同时对外输出电、热水、氢气，进而提高了核电厂的综合经济效益。
附图说明
图1为核电风电联合制氢供热系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实施例所提供的核电风电联合制氢供热系统，为核、风联合实现厂区供热、市区供热、生产氢气并支持发电上网。核电厂包括相连的核岛一回路系统21和常规岛二回路系统，常规岛二回路系统包括相连的汽轮机1和发电机6，核岛一回路系统21产生的蒸汽热能转换成汽轮机1的机械能，再通过发电机6转变成电能。所述核电风电联合制氢供热系统利用核电厂的富余电力产能和风力发电机组15联合制取氢气，采用电热锅炉11生产热水并通过厂区热网12向厂区供热，采用常规岛二回路系统的汽轮机1抽汽为热源，生产热水并通过市政热网3向周边供热。
所述核电厂优选实施例为国产化100万kW先进非能动以及能动非能动相结合的核电厂。
所述优选实施例的市政供热过程包括：
从常规岛二回路系统的汽轮机1抽取中压段蒸汽抽汽，抽汽参数为1.1MPa，190℃。抽汽送往厂区的蒸汽锅炉2，用于加热厂区供热热水。热水供水通过接入的市政热网3向市区的各换热站，如第M换热站5、第N换热站4供热。进一步，热水回水通过市政热网3再送回蒸汽锅炉2，重新参与供热循环。所述第M换热站5、第N换热站4代表市区各类换热站，如区域供热公司换热站、社区换热站等，由局域供热管网向各区域供热。
可选的，由蒸汽锅炉2提供的热水通过市政热网3也可以向市区各吸收式制冷系统提供热源。
所述优选实施例的核、风联合发电过程包括：
常规岛二回路系统中的发电机6生产的电力通过厂用变压器9降压后，并入厂用电母线10，厂用电的优选电压等级为10kV。同时，核电厂区及周边的风力发电机组15发出的电力经过风电升压变压器16完成升压，送入厂用电母线10。
进一步，常规岛二回路系统的发电机6生产的电力也可以经过升压变压器7后并入主网8，再由主网8进行远距离电力输送。可选的，风力发电机组15生产的电力也可以经过升压后并入主网8，实现风电上网。所述风力发电机组15是核电厂区及周边的分布式风力发电机组。
可选的，所述核电风电联合制氢供热系统也可以增加光伏发电设备，利用太阳能进行发电，产生的电力可以并入厂用电母线10为供热、制氢提供电力，也可以在升压后并入主网8。
可选的，核电厂的厂用电还可以设置两路厂用电源。在正常运行时由汽轮机1和外界备用电源供给。当正常电源失电时自动切到备用电源。
所述优选实施例的联合制氢过程包括：
通过核电厂10kV厂用电母线10为电解制氢系统17提供电力。所述电解制氢系统17的优选实施例是碱性水电解制氢，根据制氢规模采用若干个1000Nm3/h一体化制氢设备相应的水纯化、氢气净化提纯等设备，生产高纯度的氢气。可选的，电解制氢系统17也可以采用质子交换膜电解制氢(PEM)进行纯水电解制氢。
进一步，电解制氢系统17生产的氢气送入氢气压缩系统18中进行压缩。压缩后的氢气送入储氢系统19中集中储存。
所述储氢系统19的优选实施例是高压氢气储罐。可选的，也可以采用液氢储存设备进行氢气储存，或者经过输气管道送往氢气负荷中心。
所述优选实施例的厂区供热过程包括：
由厂用电母线10向厂区的电热锅炉11提供电力，由电热锅炉11通过电加热给水形成热水供水，通过厂区热网12向厂区各供热子系统、吸收式制冷子系统供热，如第X供热子系统13、第Y吸收式制冷子系统14。所述电热锅炉11的优选实施例是30MW的电极浸没式大功率电加热锅炉。所述第X供热子系统13的典型实施例是附属厂房的热水、取暖供热系统。所述第Y吸收式制冷子系统14的优选实施例是办公楼的吸收式制冷空调系统。热水在各供热、制冷子系统的换热站或热力入口向各子系统提供热量，释放热量后的热水回水再通过厂区热网12送回电热锅炉11进行加热，重新开始循环。
所述核电风电联合制氢供热系统的储能如下：
采用了电化学储能设备20，优选实施例是磷酸铁锂动力储能电池，其连接于厂用电母线10。在控制系统调度下，通过控制其充放电用于平滑风力发电出力、削峰填谷和调整厂用电的电能质量。
可选的，可以为核电风电联合制氢供热系统增加控制系统、通信系统以保证核电风电联合制氢供热系统的可靠运行。
可选的，为了保证供热的流体加压输送，可以基于本核电风电联合制氢供热系统增设泵类设备以及必要的仪表、测量、控制、通信设施设备。
备注：本核电风电联合制氢供热系统对于国产30万kW、EPR/CPR、AP1000、CAP系列、华龙一号、CANDU核电站同样适用。
上面对本实用新型的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本实用新型的最优实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。其中，典型的变化形式包括：常规岛二回路系统的蒸汽抽汽为厂区供热提供热源，电加热锅炉同时提供热水为市政供热提供热量，采用海上风电生产电力并输送到核电厂后再送入主网或降压后作为常用电源使用，为系统增加必要的有控制通信功能的模块和计算机系统。上述变化形式引起的工艺流程变化也在本专利的保护范围之内。在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (9)
1.一种核电风电联合制氢供热系统，其特征在于，所述系统包括：
电解制氢部分，由核电厂的富余电力产能和风力发电机组联合制取氢气，所述核电厂的常规岛二回路系统的发电机输出的电力经过厂用变压器并入厂用电母线，所述风力发电机组产生的电力通过风电升压变压器也并入厂用电母线，所述厂用电母线连接有电解制氢系统，所述电解制氢系统连接有氢气压缩系统，所述氢气压缩系统连接有储氢系统，由所述厂用电母线向电解制氢系统提供电力，生产出的氢气经过氢气压缩系统压缩后送入储氢系统储存；
供热部分，包括厂区供热和市区供热；所述厂区供热是由厂用电母线向厂区的电热锅炉提供电力生产热水，再通过厂区热网向厂区各供热子系统、制冷子系统供热，而释放热量后的热水回水再通过厂区热网送回电热锅炉加热，形成循环；所述市区供热是采用核电厂的常规岛二回路系统的汽轮机抽汽提供热源，通过与其连接的蒸汽锅炉加热市政热网回水，生产满足市政供热要求的热水并通过市政管网向市内各换热站供应，同时蒸汽释放热量后形成的热水再送回常规岛二回路系统，而各换热站的热水回水通过市政热网送回蒸汽锅炉，在蒸汽锅炉内被汽轮机抽汽加热，再次向市政热网输送热水，形成循环。
2.根据权利要求1所述的一种核电风电联合制氢供热系统，其特征在于：所述核电厂包括相连的核岛一回路系统和常规岛二回路系统，所述常规岛二回路系统包括相连的汽轮机和发电机，所述核岛一回路系统产生的蒸汽热能转换成汽轮机的机械能，再通过发电机转变成电能；其中，所述汽轮机抽取中压段蒸汽抽汽，并送往厂区的蒸汽锅炉，用于加热厂区供热热水；所述发电机分别连接有升压变压器和厂用变压器，其产生的电力经过升压变压器后能够并入主网，再由主网进行远距离电力输送。
3.根据权利要求1所述的一种核电风电联合制氢供热系统，其特征在于：所述风力发电机组电连接于主网，其产生的电力经过升压后能够并入主网，实现风电上网，向外部供应电力。
4.根据权利要求1或3所述的一种核电风电联合制氢供热系统，其特征在于：所述风力发电机组是核电厂区及周边的分布式风力发电机组。
5.根据权利要求1所述的一种核电风电联合制氢供热系统，其特征在于：所述系统采用电化学储能设备，所述电化学储能设备连接于厂用电母线，通过控制其充放电来平滑风力发电出力、削峰填谷和调整厂用电的电能质量。
6.根据权利要求5所述的一种核电风电联合制氢供热系统，其特征在于：所述电化学储能设备采用的是磷酸铁锂动力储能电池。
7.根据权利要求1所述的一种核电风电联合制氢供热系统，其特征在于：所述系统集成有光伏发电设备，该光伏发电设备产生的电力能够并入厂用电母线为供热、制氢提供电力，也能够在升压后并入主网。
8.根据权利要求1所述的一种核电风电联合制氢供热系统，其特征在于：所述电解制氢系统为碱性水电解或纯水电解制氢系统。
9.根据权利要求1所述的一种核电风电联合制氢供热系统，其特征在于：所述储氢系统采用高中压储氢罐或者液态储氢系统。
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| CN202020327510.0U CN212409132U (zh) | 2020-03-16 | 2020-03-16 | 一种核电风电联合制氢供热系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111322789A (zh) * | 2020-03-16 | 2020-06-23 | 明阳智慧能源集团股份公司 | 一种核电风电联合制氢供热系统 |
| CN114032559A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-02-11 | 阳光电源股份有限公司 | 一种新能源离网制氢的系统及方法 |
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2020
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