[发明专利]一种氢气-电力联产系统与调峰运行方法

说明书

本公开提供了一种氢气‑电力联产系统，包括：气化单元(100)，用于进行合成气的制备及净化；储气单元(200)，用于存储气化单元生产的合成气，并分别向发电单元、制氢单元输送合成气；发电单元(300)，其包括燃气轮机(17)和发电机(22)，用于使用合成气进行燃气发电；制氢单元(400)，用于使用合成气进行脱碳制氢；其中，当电力负荷偏离额定工况时，发电单元(300)利用燃气轮机(17)快速进入调峰运行工况，储气单元(200)即时调整输送给发电单元(300)的合成气的流量，并反向调节制氢单元(400)的制氢产率，以应对电力负荷的变化。本公开还提供了一种氢气‑电力联产系统的调峰运行方法。

技术领域

本公开涉及电力和清洁燃料生产技术领域，具体涉及一种氢气-电力联产系统与调峰运行方法。

背景技术

能源利用造成的CO₂排放占我国碳排放总量的近90％，是减排的主要领域。能源领域减排技术可以分为提高可再生能源占比、节能增效和CO₂捕集利用与封存(CCUS)，其中提高可再生能源占比以降低碳排放已成为各方共识。然而，随着可再生能源电力占比的不断提高，虽然碳排放强度会降低，但电力系统的安全稳定性问题却会愈加突出：以风光为主的可再生能源天然具有不连续不稳定的特点，能源生产端的波动与能源消费端用户负荷的波动叠加，会对电网系统的安全稳定运行造成前所未有的挑战，这也是弃风弃光现象产生的根源。换言之，同时实现低碳和安全的目标是构建碳中和电力系统面临的关键挑战。

为了应对低碳和安全的双重挑战，提高电网对可再生能源电力的消纳能力，主要可以采取两种技术途径，一种是储能，另一种是利用火力发电厂出力可调控的特性进行反向调峰，以抵消可再生电力波动的影响。正是在这一技术背景下，火电厂的调峰和变负荷运行能力越来越受到重视。

火电厂调峰能力主要取决于机组的动态响应速度与变负荷深度。通常情况下，由于具有启动时间短、升负荷速度快、能灵活跟踪以及响应负荷变化迅速等优势，燃气轮机机组的调峰能力远优于燃煤机组，从而成为电网调峰的首选机组。整体煤气化联合循环(IGCC)是基于煤气化技术的燃气轮机联合循环发电技术，通过将煤转化为气态燃料，IGCC不仅能够采用高效灵活的燃气轮机，而且能够在燃料转化阶段实现污染物和CO₂的源头控制，是煤炭清洁低碳利用的潜力技术。但是，由于煤气化过程和空分过程的动态响应特性和变负荷能力远低于燃气轮机循环，从而严重制约了IGCC发电厂的调峰能力，无法充分发挥燃气轮机机组的调峰优势。比如华能天津IGCC电厂升负荷速度仅为1～2％/min，远低于燃气机组 5％/min的升负荷速度。此外，偏离设计值运行的调峰机组，往往伴随着能耗的上升和经济性的下降。因此，探索能够同时实现高效、低碳和灵活的能源系统具有重要的现实意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述问题，本公开提供了一种氢气-电力联产系统与调峰运行方法，用于至少部分解决传统氢电联产系统调峰能力弱、耗能高等技术问题。

(二)技术方案

本公开一方面提供了一种氢气-电力联产系统，包括：气化单元，用于进行合成气的制备及净化；储气单元，用于存储气化单元生产的合成气，并分别向发电单元、制氢单元输送合成气；发电单元，其包括燃气轮机和发电机，用于使用合成气进行燃气发电；制氢单元，用于使用合成气进行脱碳制氢；其中，当电力负荷偏离额定工况时，发电单元利用燃气轮机快速进入调峰运行工况，储气单元即时调整输送给发电单元的合成气的流量，并反向调节制氢单元的制氢产率，以应对电力负荷的变化。

进一步地，气化单元包括：煤气化炉，用于使用煤与气化剂通过气化反应生成粗合成气；废锅，用于冷却粗合成气；净化装置，用于脱除粗合成气中的粉尘、硫化物和氮氧化物。

进一步地，储气单元包括：合成气储罐；以及控制输送给发电单元的合成气流量控制阀、控制输送给制氢单元的合成气流量控制阀。