CN216120398U - 一种基于氨储能的多联产系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于氨储能的多联产系统，该系统包括包括储能子系统和释能子系统；本实用新型通过将可再生能源发电、电解水制氢、基于氨燃料储能、氨分解制氢和氨‑空气燃料电池等进行有效地耦合，具有储能密度高、储能周期长、便于长距离运输、可实现氧气、氢气和电力多联产等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于先进储能技术领域，具体涉及一种基于氨储能的多联产系统。
背景技术
随着全球大气污染和气候变暖形势的日趋严峻，传统的以化石能源为主的发电系统将面临前所未有的压力和挑战。从世界范围来看，各国都在努力提高自身电力结构中可再生能源发电的比例。未来，世界能源领域的发展趋势必然是可再生能源逐步替代化石能源。然而，可再生能源由于自身的间歇性、不稳定性和不确定性等特点，严重阻碍了可再生能源发电的发展。未来要实现可再生能源替代化石能源，必须依赖大规模和长周期储能技术的发展和支撑。
目前，储能技术领域的研究十分活跃，各种储能技术迅猛发展，如抽水蓄能、压缩空气储能、锂电池储能、超级电容器储能、飞轮储能、储氢等。然而，现有的储能技术难以同时满足储能密度大、可移动性、自耗损失小和全球能源贸易的要求。因此，需要开发一种新的储能技术，从而使可再生能源发电在全世界范围内向更深、更广方向发展。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于氨储能的多联产系统，该系统将可再生能源发电、电解水制氢、基于氨燃料储能、氨分解制氢和氨-空气燃料电池等进行有效地耦合，具有储能密度高、储能周期长、便于长距离运输、可实现氧气、氢气和电力多联产等优点。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于氨储能的多联产系统，包括储能子系统和释能子系统；
所述储能子系统包括可再生能源电网1、电解水装置2、空气分离装置3、氢气储罐4、氧气储罐5、氮气储罐6、氨合成装置7、氨气分离液化装置8、液氨储罐9和液氨运输罐车10；电解水装置2的物料进口与外部水供应系统相连接，在电解水装置2中，水经电解反应产生氢气和氧气，电解所需的电力由可再生能源电网1供应，电解水装置2的氢气出口与氢气储罐4的进口相连接，电解水装置2的氧气出口与氧气储罐5的进口相连接，氢气储罐4的出口与氨合成装置7的氢气进口相连接，空气分离装置3的物料进口与外部空气供应系统相连接，在空气分离装置3中，空气经分离产生氮气和氧气，空气分离所需的电力由可再生能源电网1供应，空气分离装置3的氧气出口与氧气储罐5的进口相连接，空气分离装置3的氮气出口与氮气储罐6的进口相连接，氮气储罐6的出口与氨合成装置7的氮气进口相连接，在氨合成装置7中，氢气和氮气发生氨合成反应生成氨气，氨合成装置7的出口与氨气分离液化装置8的进口相连接，在氨气分离液化装置8中，氨气与未反应的氢气和氮气分离并液化后通过氨气分离液化装置8的氨出口与液氨储罐9的进口相连接，经分离得到的未反应的氢气和氮气混合物经氨气分离液化装置8的混合气出口与氨合成装置7的返料气进口相连接，储存在液氨储罐9的氨通过液氨运输罐车10运输到氨气用户所在地；
所述释能子系统包括用户侧氨储罐11、氨分解制氢装置12和氨-空气燃料电池13；用户侧氨储罐11的进口与液氨运输罐车10相连接，用户侧氨储罐11具有两个出口，一个出口与氨分解制氢装置12的进口相连接，在氨分解制氢装置12中，氨气发生分解反应形成氮气和氢气，氮气经收集用作他用，氢气是一种重要的能量载体，具有多种用途，如氢燃烧发电和氢燃料电池等，用户侧氨储罐11的另一个出口与氨-空气燃料电池13的氨气进口相连接，在氨-空气燃料电池13中，氨气与空气发生电化学反应形成氮气和水，并产生电能，产生的电能对外进行电力供应。
所述的基于氨储能的多联产系统的工作方法，当可再生能源电网1中可再生能源发电过剩时，将电网中富余的可再生能源电力通过电解水装置2进行制氢，制得的氢气与空气分离装置3得到的氮气在氨合成装置7中通过氨合成反应产生氨气，氨合成装置7中氨合成反应所需的热量可由可再生能源供应，从而实现将可再生能源电力转化为氨燃料的化学能予以储能，基于氨燃料储能，由于氨气常温下液化压力低于氢气，易于大规模储存和运输，便于开展可再生能源的全球输运；当世界上某一地区电网中可再生能源电力不足时，储存的液氨通过液氨运输罐车10运输到用户需求所在地，氨气能量的释放利用包括两种方式，一种是通过氨分解制氢装置12制成氢气向外供应氢能，另一种是通过氨-空气燃料电池13直接向外供应电能。
本实用新型的有益效果：
一种基于氨储能的多联产系统及其工作方法，具有如下优点：(1)氨燃料的能量密度高；(2)氨燃料中不含碳，且系统整个工作过程不产生污染物，是一种绿色低碳的储能技术；(3)基于氨燃料储能，便于大规模储存和长距离运输；(4)整个过程可实现氧气、氢气和电力多联产；(5)通过氨燃料储能，便于开展全球范围内的能源贸易。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
其中，1为可再生能源电网、2为电解水装置、3为空气分离装置、4为氢气储罐、5为氧气储罐、6为氮气储罐、7为氨合成装置、8为氨气分离液化装置、9为液氨储罐、10为液氨运输罐车、11为用户侧氨储罐、12为氨分解制氢装置、13为氨-空气燃料电池。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
参考图1，一种基于氨储能的多联产系统，包括储能子系统和释能子系统；
所述储能子系统包括可再生能源电网1、电解水装置2、空气分离装置3、氢气储罐4、氧气储罐5、氮气储罐6、氨合成装置7、氨气分离液化装置8、液氨储罐9和液氨运输罐车10；电解水装置2的物料进口与外部水供应系统相连接，在电解水装置2中，水经电解反应产生氢气和氧气，电解所需的电力由可再生能源电网1供应，电解水装置2的氢气出口与氢气储罐4的进口相连接，电解水装置2的氧气出口与氧气储罐5的进口相连接，氢气储罐4的出口与氨合成装置7的氢气进口相连接，空气分离装置3的物料进口与外部空气供应系统相连接，在空气分离装置3中，空气经分离产生氮气和氧气，空气分离所需的电力由可再生能源电网1供应，空气分离装置3的氧气出口与氧气储罐5的进口相连接，空气分离装置3的氮气出口与氮气储罐6的进口相连接，氮气储罐6的出口与氨合成装置7的氮气进口相连接，在氨合成装置7中，氢气和氮气发生氨合成反应生成氨气，氨合成装置7的出口与氨气分离液化装置8的进口相连接，在氨气分离液化装置8中，氨气与未反应的氢气和氮气分离并液化后通过氨气分离液化装置8的氨出口与液氨储罐9的进口相连接，经分离得到的未反应的氢气和氮气混合物经氨气分离液化装置8的混合气出口与氨合成装置7的返料气进口相连接，储存在液氨储罐9的氨通过液氨运输罐车10运输到氨气用户所在地；
所述释能子系统包括用户侧氨储罐11、氨分解制氢装置12和氨-空气燃料电池13；用户侧氨储罐11的进口与液氨运输罐车10相连接，用户侧氨储罐11具有两个出口，一个出口与氨分解制氢装置12的进口相连接，在氨分解制氢装置12中，氨气发生分解反应形成氮气和氢气，氮气经收集用作他用，氢气是一种重要的能量载体，具有多种用途，如氢气燃烧发电和氢燃料电池等，用户侧氨储罐11的另一个出口与氨-空气燃料电池13的氨气进口相连接，在氨-空气燃料电池13中，氨气与空气发生电化学反应形成氮气和水，并产生电能，产生的电能对外进行电力供应。
作为本实用新型的优选实施方式，所述可再生能源电网1中的电力来自光伏发电、风力发电、光热发电、水力发电和生物质能发电等。
作为本实用新型的优选实施方式，所述氨分解制氢装置12中氨气发生分解反应形成的氢气用作氢气燃烧发电和/或氢燃料电池等。
本实用新型所述的基于氨储能的多联产系统的工作方法，当可再生能源电网1中可再生能源发电过剩时，将电网中富余的可再生能源电力通过电解水装置2进行制氢，制得的氢气与空气分离装置3得到的氮气在氨合成装置7中通过氨合成反应产生氨气，氨合成装置7中氨合成反应所需的热量可由可再生能源供应，从而实现将可再生能源电力转化为氨燃料的化学能予以储能，基于氨燃料储能，由于氨气常温下液化压力低于氢气，易于大规模储存和运输，便于开展可再生能源的全球输运；当世界上某一地区电网中可再生能源电力不足时，储存的液氨通过液氨运输罐车10运输到用户需求所在地，氨气能量的释放利用包括两种方式，一种是通过氨分解制氢装置12制成氢气向外供应氢能，另一种是通过氨-空气燃料电池13直接向外供应电能。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于氨储能的多联产系统，包括储能子系统和释能子系统；
其特征在于：所述储能子系统包括可再生能源电网(1)、电解水装置(2)、空气分离装置(3)、氢气储罐(4)、氧气储罐(5)、氮气储罐(6)、氨合成装置(7)、氨气分离液化装置(8)、液氨储罐(9)和液氨运输罐车(10)；电解水装置(2)的物料进口与外部水供应系统相连接，在电解水装置(2)中，水经电解反应产生氢气和氧气，电解所需的电力由可再生能源电网(1)供应，电解水装置(2)的氢气出口与氢气储罐(4)的进口相连接，电解水装置(2)的氧气出口与氧气储罐(5)的进口相连接，氢气储罐(4)的出口与氨合成装置(7)的氢气进口相连接，空气分离装置(3)的物料进口与外部空气供应系统相连接，在空气分离装置(3)中，空气经分离产生氮气和氧气，空气分离所需的电力由可再生能源电网(1)供应，空气分离装置(3)的氧气出口与氧气储罐(5)的进口相连接，空气分离装置(3)的氮气出口与氮气储罐(6)的进口相连接，氮气储罐(6)的出口与氨合成装置(7)的氮气进口相连接，在氨合成装置(7)中，氢气和氮气发生氨合成反应生成氨气，氨合成装置(7)的出口与氨气分离液化装置(8)的进口相连接，在氨气分离液化装置(8)中，氨气与未反应的氢气和氮气分离并液化后通过氨气分离液化装置(8)的氨出口与液氨储罐(9)的进口相连接，经分离得到的未反应的氢气和氮气混合物经氨气分离液化装置(8)的混合气出口与氨合成装置(7)的返料气进口相连接，储存在液氨储罐(9)的氨通过液氨运输罐车(10)运输到氨气用户所在地；
所述释能子系统包括用户侧氨储罐(11)、氨分解制氢装置(12)和氨-空气燃料电池(13)；用户侧氨储罐(11)的进口与液氨运输罐车(10)相连接，用户侧氨储罐(11)具有两个出口，一个出口与氨分解制氢装置(12)的进口相连接，在氨分解制氢装置(12)中，氨气发生分解反应形成氮气和氢气，用户侧氨储罐(11)的另一个出口与氨-空气燃料电池(13)的氨气进口相连接，在氨-空气燃料电池(13)中，氨气与空气发生电化学反应形成氮气和水，并产生电能，产生的电能对外进行电力供应。
2.根据权利要求1所述的一种基于氨储能的多联产系统，其特征在于：所述可再生能源电网(1)中的电力来自光伏发电、风力发电、光热发电、水力发电和生物质能发电。
3.根据权利要求1所述的一种基于氨储能的多联产系统，其特征在于：所述氨分解制氢装置(12)中氨气发生分解反应形成的氢气用作氢气燃烧发电和/或氢燃料电池。
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| CN114719250A (zh) * | 2022-04-18 | 2022-07-08 | 国能龙源环保有限公司 | 利用绿氨为载体的新能源与燃煤电站耦合的低碳发电系统 |
| CN115849304A (zh) * | 2022-12-13 | 2023-03-28 | 江苏省特种设备安全监督检验研究院 | 天然气制氢的制备方法及其装置 |
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