[实用新型]一种以富氢燃烧的燃气轮机发电为载体的电力生态系统

说明书

本实用新型公开了一种以富氢燃烧的燃气轮机发电为载体的电力生态系统，包括风电机组、光电机组、水电机组、煤电机组、核电机组、制氢站、燃机电厂和加氢站，风电机组、光电机组和水电机组均与制氢站相连接，煤电机组和核电机组也与制氢站相连接，制氢站通过管道与燃机电厂连接，制氢站与加氢站相连接。本实用新型利用“三弃”的电量和低谷电量来制取氢气，有效提高资源利用率，避免煤机、核电机组深度调峰，削峰填谷，提高机组发电效率，达到节能减排的目的。利用制取的氢气用于燃气轮机发电，解决了氢气规模化利用问题，使氢能源生产和使用形成循环，具有可持续性。

技术领域

本实用新型涉及一种以氢能利用为核心的电力生态系统，属于能源及电力技术领域。

背景技术

我国是能源消费大国，且面临巨大的减排压力，仅从CO₂排放量看，我国已成为世界第一排放大国，从趋势来看，未来一段时间排放量还将保持较快速度增长。电力领域在全球碳排放量中占比为40%，其燃烧供能的过程中不可避免的会产生碳氧化物、硫化物、氮氧化物等危害环境的污染气体，其中尤以碳氧化物的排放最为严重，由此造成的大气污染、温室效应等环境破坏已经对人类生活造成严重影响。另外，我国石油、天然气的消耗量和对外依存度均呈现逐年增长趋势，能源安全备受关注，寻找替代能源和节能成为我国当前的重要任务。

目前，我国的电力生态系统仍然存在相互挤压、跑马圈地、恶性竞争等不健康现象，多种能源发电形式互联互通的格局并未形成。尤其是近几年来，我国经济下行压力依然很大，全社会用电量增幅有限，全国范围内电力过剩格局未得到根本缓解，供求失衡之下，发电端去产能压力越来越大，大量的火电企业经营处于亏损或微利状态。随着新能源技术的不断进步和装机造价的快速下降，新能源发电的平价时代提前到来，将无情地挤压火电企业未来的生存空间。另外，在火电机组利用小时数逐年下降的同时，新能源发电由于发电稳定性较差，仍存在并网消纳能力不足，弃风弃光现象严重的问题，且峰谷电差对电网造成负荷冲击较大，电网企业接入新能源电力的积极性不高，经常处于阶段性“产能过剩”的状况。因此，在电力体制改革深入推进、能源发展方式加快转变的当下，大力构建电力行业的和谐生态、推进中国电力工业协调发展迫在眉睫。

氢能源是一种优秀的清洁可再生能源，具有零排放、单位质量热值高、制取方便等优点，能够与电能实现高效的相互转换，被视作是最具前景的能源之一，有望成为能源使用的终极形式。我国氢能利用起步较晚，氢能的利用途径主要有工业、发电和燃料电池等。制氢途径主要有热化学重整、电解水和光解水三类，当前主要以石化燃料化学重整为主，但是该方法不可持续也不环保；光解水是理论上最理想的技术，但其效率低，仍处于研究阶段，电解水高效低碳可持续，并且技术业已成熟，高电价引起的高成本是目前的主要障碍。在氢燃料电池的应用上，较高的成本是制约其规模化发展的主要原因。

因此，现阶段要实现氢能的规模化应用，解决制氢成本高、应用难等问题的最有效途径是和电力系统实现互联互通，氢能作为中间载体，采用富氢燃烧的燃气轮机发电，构建电力系统的和谐生态。富氢燃烧的燃气轮机是先进氢能发电技术的研究方向之一，上世纪80-90年代开始，多个国家和国际机构已制定了氢燃气轮机和氢能相关研究计划。目前，富氢燃烧的燃气轮机技术已逐渐趋于成熟，比如西门子相关燃机的掺氢比例可达50%，且100%氢气燃烧的单筒燃烧器已完成试验；三菱日立电力系统公司在氢燃料混合比例为20%的情况下，现有的燃气轮机可以使用，且在J系列重型燃气轮机上实现30%氢气和天然气混合气体的稳定燃烧，可降低10%二氧化碳排放。

实用新型内容

本实用新型的目的在于优化现有电力生态系统的运行模式，而提供一种设计合理的氢能规模化应用的途径，通过富氢燃烧的燃气轮机为载体，将氢能利用和电力系统实现互联互通，从而构建和谐的电力生态系统。