CN219792508U - 一种基于源网荷储氢一体化的工业硅低碳制造系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于源网荷储氢一体化的工业硅低碳制造系统。本实用新型包括电力网络和热力网络；光伏发电、风力发电、余热制电装置分别接入电力网络，储电装置接入电力网络，电力网络分别连接冶炼装置、电力传动及控制、原料供配料及储存装置、余电制氢装置、成品制备装置，矿热炉制硅装置、余热制电装置、热力暖通循环装置分别接入热力网络。本实用新型能够有效地实现光伏、风力发电有效利用，满足工业硅制造的负荷需求，实现绿色低碳。

Description

一种基于源网荷储氢一体化的工业硅低碳制造系统

技术领域

本实用新型涉及综合能源系统领域，更具体地说，是涉及一种基于源网荷储氢一体化的工业硅低碳制造系统。

背景技术

高纯硅被称为“工业味精”、“半导体之王”和“光伏产业的火车头”，高纯硅、多晶硅、单晶硅、有机硅和碳化硅等硅产品及下游加工器件是新能源、新材料和电子信息等战略新兴产业发展的重要基础。但是工业硅属于高能耗行业，工业硅是以硅石(石英砂)为原料，以碳质材料为还原剂，通过在矿热炉中熔炼获得，在生产过程中，需要消耗大量的能源；每生产1吨工业硅大约消耗11000-13000度电，大约占成本36%左右，单项占比最大，所以电价高低对于冶炼工业硅至关重要。特别是在电价改革之后，高能耗行业电价不受20%限额控制，工业硅作为高耗能行业，电力成本可能将面临长期上移的局面，未来其重要性也将进一步提升。

现阶段工业硅的制造方法普遍是采用矿热炉来进行冶炼。矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉，是一种耗电量巨大的工业电炉。矿热炉的系统电抗的70%是由短网系统产生的，而短网是一个大电流工作的系统，最大电流可以达到上万安培，因此工业硅冶炼的电量消耗是占据成本最大的。然而火力发电作为我国最主要的发电形式，长期占据电力总装机容量和总发电量的七成左右比例；大约全国90%的SO₂排放由煤电产生，80%的CO₂排放量由煤电排放，所以工业硅的制造消耗大量电力的同时也间接对环境产生了极大的污染。

近年来，在我国为实现“碳中和、碳达峰”的目标背景下，国家相关部门陆续出台相关政策，集中在限制工业硅行业新增产能和清退低效电炉，促进行业节能减排，为了降低工业硅生产的能源成本、减少工业硅制造过程中对环境造成的污染，需要对工业硅的生产过程进行“低碳化”处理。

如果能够合理高效利用光伏及风力发电产生的绿色电能，使之作为工业硅冶炼时的主要能源，将极大减少煤炭一次能源消耗、降低工业硅制造成本、提高能源综合利用率及降低对环境的污染。

光伏发电系统是指将光伏电池输出的直流电力，经过并网光伏逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波交流电流，接入电网以实现并网发电功能。风力发电是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电能。但目前制约这两种发电方式的主要原因是光伏和风力存在较大的波动性和随机性，根据不同的季节和某一天的不同时段，均会出现发电出力的高峰期和低谷期，导致电力利用过程中的负荷也有较大的波动性，无法给用户提供稳定的电能需求，对工业加工、生产生活需求等带来不便。

工业硅制造系统通常包括冶炼系统、原料供配料及储存系统、供排水系统、通风除尘系统、制氧系统、热力系统、供电系统、电气传动及控制系统、自动化系统、电信系统、智能化系统、机修及检化验系统、成品制备系统、消防系统等，通过外部网络供能和系统内部能源生产和转换，满足工业硅制造需求。工业硅制造系统内部的生产设备主要是冶炼设备和原料供配料及储存设备等，制造过程中均间接或直接需要消耗大量的化石能源，并且排放大量的污染气体。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服上述现有技术中存在的不足，提供一种基于源网荷储氢一体化的工业硅低碳制造系统。

本实用新型一种基于源网荷储氢一体化的工业硅低碳制造系统，通过下述技术方案予以实现，包括电力网络和热力网络；

光伏发电、风力发电、余热制电装置分别接入电力网络，为电力网络输送电能；储电装置接入电力网络，电力网络电能过剩时，储电装置吸收电能，同时用于制氢；电力网络电能不足时，储电装置释放电能，保持电力网络的电力平衡；电力网络分别连接冶炼装置、电力传动及控制、原料供配料及储存装置、余电制氢装置、成品制备装置，为各部分提供电能需求；

矿热炉制硅装置、余热制电装置、热力暖通循环装置分别接入热力网络，产出热能输送入热力网络；储热装置接入热力网络，热力网络热能过剩时，储热装置吸收热能，热力网络热能不足时，储热装置释放热能，保持热力网络的热力平衡；热力网络连接热负荷，提供热能需求。

所述电力网络连接外部电网。

所述余热制电装置连接热力循环装置，热力循环装置与电力网络连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型能够有效地实现光伏、风力发电有效利用，满足工业硅制造的负荷需求，实现绿色低碳。

（1）光伏、风力发电的有效利用，能够为工业硅制造系统提供大量的无污染电能，减少化石能源消耗和污染气体排放。

（2）当新能源电能出现波动时，工业硅制造系统内电力网络可以通过余电制氢、余热发电、储能装置转换补充缺少的电能，从而提高光伏、风力发电的使用率，提高能源综合利用效率。

本实用新型根据对光伏、风力发电的需求，设计了新能源发电、电能储存、矿热炉制硅、余热发电、余电制氢的互补方案，提高了电能使用效率。

本实用新型通过对光伏、风力发电的利用，能够为工业硅制造系统提供大量的无污染冷能，减少化石能源消耗和污染气体排放。

本实用新型针对新能源电能的随机波动性、不可控性等问题，工业硅制造系统内电力网络可以通过余热发电、储能装置转换补充缺少的电能，通过余电制氢等装置消耗富余的电能，从而提高光伏、风力发电的使用率，提高能源综合利用效率。

本实用新型通过引入光伏、风力发电，能够给工业硅制造项目带来一定的经济效益，并减少工业硅生产所需的购能费用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。

如图1所示，包括电力网络和热力网络；光伏发电、风力发电、余热制电装置分别接入电力网络，为电力网络输送电能；储电装置接入电力网络，电力网络电能过剩时，储电装置吸收电能，同时用于制氢；电力网络电能不足时，储电装置释放电能，保持电力网络的电力平衡；电力网络分别连接冶炼装置、电力传动及控制、原料供配料及储存装置、余电制氢装置、成品制备装置，为各部分提供电能需求；矿热炉制硅装置、余热制电装置、热力暖通循环装置分别接入热力网络，产出热能输送入热力网络；储热装置接入热力网络，热力网络热能过剩时，储热装置吸收热能，热力网络热能不足时，储热装置释放热能，保持热力网络的热力平衡；热力网络连接热负荷，提供热能需求。所述电力网络连接外部电网。所述余热制电装置连接热力循环装置，热力循环装置与电力网络连接。

光伏发电、风力发电、储能系统、余电制氢及余热制电等系统将一次能源充分综合利用，依次为光伏、风力发电，工业硅冶炼装置、余热锅炉制电、热力暖通循环、余电制氢装置。第一级为可再生能源发电，与工业硅冶炼装置、余电制氢装置和电力网络相连，用清洁可再生能源来提供工业硅冶炼电能以降低制造成本、减少环境污染，产生的多余电能通过电力网络给制氢装置提供电能。第二级为余热发电装置，与余电制氢装置和电力网络相连，用以回收矿热炉制造工业硅产生的余热能量；制作氢气的装置为完全可调负荷装置，其消耗的能源仅由富余及再生的电能提供；当制造工业硅的电能不足时，消耗的电能由外部电力网络提供。第三级热力暖通循环装置，与余热发电装置和热力网络相连，用以回收余热发电装置中的热能，回收的热能送入热力网络，为低热力需求的生活生产环节提供热能。

本实用新型具有如下技术效果：

本实用新型一种含光伏、风力发电利用的工业硅制造系统，集成了新能源发电、储能、冶炼系统，能够广泛适用于工业硅制造项目。

本实用新型在当工业硅制造系统中某一能源网络出现故障时，其他的能源网络可以通过能源转换满足供能缺额，提高系统的供能可靠性。

根据对光伏、风力发电的需求，本实用新型设计了新能源发电、电能储存、矿热炉制硅、余热发电、余电制氢的互补方案，提高了电能使用效率。

本实用新型通过对光伏、风力发电的利用，能够为工业硅制造系统提供大量的无污染电能，减少化石能源消耗和污染气体排放，具有较好的社会效益。

当新能源电能出现波动时，工业硅制造系统内电力网络可以通过余热发电、储能装置转换补充缺少的电能，通过余电制氢等装置消耗富余的电能，从而提高光伏、风力发电的使用率，提高能源综合利用效率。

本实用新型通过引入光伏、风力发电，能够给工业硅制造项目带来一定的经济效益，并减少工业硅生产所需的购能费用，具有较好的经济效益。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于源网荷储氢一体化的工业硅低碳制造系统，其特征是，包括电力网络和热力网络；

光伏发电、风力发电、余热制电装置分别接入电力网络，为电力网络输送电能；储电装置接入电力网络，电力网络电能过剩时，储电装置吸收电能，同时用于制氢；电力网络电能不足时，储电装置释放电能，保持电力网络的电力平衡；电力网络分别连接冶炼装置、电力传动及控制、原料供配料及储存装置、余电制氢装置、成品制备装置，为各部分提供电能需求；

矿热炉制硅装置、余热制电装置、热力暖通循环装置分别接入热力网络，产出热能输送入热力网络；储热装置接入热力网络，热力网络热能过剩时，储热装置吸收热能，热力网络热能不足时，储热装置释放热能，保持热力网络的热力平衡；热力网络连接热负荷，提供热能需求。

2.根据权利要求1所述的基于源网荷储氢一体化的工业硅低碳制造系统，其特征是，所述电力网络连接外部电网。

3.根据权利要求1所述的基于源网荷储氢一体化的工业硅低碳制造系统，其特征是，所述余热制电装置连接热力循环装置，热力循环装置与电力网络连接。