可灵活操作的发电装置及其操作方法制造方法及图纸

在具有大型蒸汽发生器(1)的发电装置中，该大型蒸汽发生器(1)配备了燃烧烃的燃烧器和/或燃气涡轮机并具有连接至此的水/蒸汽回路(54)，并且该发电装置包含用于产生富CO2气流的至少一个设备，其中，发电装置(51)的发电部分向电网(71)的电力输出接受在电网侧控制的电力调控，这旨在实现以下方案：提供用于燃烧含烃燃料的发电装置的灵活化操作方法，该操作方法特别是使得发电装置输出能够快速适应于来自电网的电力需求。这因为如下而实现：将用于产生富CO2气流的至少一个设备、用于生产氢气(H2)的至少一个电解设施(61)、以及用于由富CO2气流的至少CO2部分和在电解设施(61)中生产的氢气生产甲醇或甲醇次级产物的至少一个合成设施(60)借助于电流传导和介质传导管线连接并彼此互连，从而在发电装置(51)的操作期间由发电装置生成的电力可被全部或部分选择性地用来操作由如下构成的设备和设施的所述组中的一个、多个或全部：用于生产富CO2气流的至少一个设备、用于生产氢气(H2)的至少一个电解设施(61)、以及用于生产甲醇和/或甲醇的次级产物的至少一个合成设施(60)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术针对的是发电装置，该发电装置具有大型蒸汽发生器，该大型蒸汽发生器配备了燃烧碳的燃烧器和/或燃气涡轮机，并具有包含至少一个蒸汽-充入的汽轮发电机的相连的水/蒸汽回路，该蒸汽-充入的汽轮发电机具有至少一个相连的发电机，其中，在配备了燃烧碳的燃烧器的大型蒸汽发生器中产生含CO2废气流；并且发电装置包含用于生产富CO2气流的至少一个单元；发电装置通过该装置的包含至少一个发电机的发电组件连接至提供控制权的公共电网，其中，发电组件向电网的电力释放接受在电网侧的电力控制，特别是接受初级控制和/或二级控制和/或三级控制和/或四级控制。本专利技术进一步针对的是灵活操作此类发电装置的方法。
技术介绍
由于可再生能源的增加和更高优先级的输入，发电装置目前失去了生产并向电网中输入电力的宝贵时期，因为如果相应的可再生能源高供给，则它们不得不被调低。这影响了发电装置的经济可行性，因为从生产的角度来看，可售的电力要少于可生产的电力。同时，不得不对发电装置进行操作以向电网提供服务，而无需耗费或适当地支付最小电力输入，因为当电网上存在过剩电力时，市场上的电力价格将低于发电的边际成本。出于这个原因以及可再生能源的节流，工业装置中的需求侧管理以及大型太阳能发电装置和风电场的节流目前已被用于电网稳定。由于电力供给中的升高比例的可再生能源，经常出现可用的热力发电装置必须大幅降低它们的负荷的情况，因为可再生能源具有输入的优选权。这减少了来自热力发电装置的年度电力销售。此外，电力的局部生产过剩已引起市场上的电力价格的下降，这降低了此类常规发电装置的收入至无法生存的程度。通过如下事实另外加重了生产过剩：虽然电网仍不断地对热力发电装置有所需求，例如用于初级控制，但对于电力生产而言，热力发电装置在它们的功率或负荷调节方面受到了所谓的最小负荷的限制，所述最小负荷出于技术原因而存在。例如，在大型褐煤发电装置的情况下，这种最小负荷为标称输出的30％-50％，并且在硬燃煤发电装置的情况下，这种最小负荷为标称输出的15％-30％。因此，该发电装置对电网稳定提供服务，但由于过低的市场价格而导致电力输入赔钱。这里为了提供补救，已知“电力转热”的应用，其中，将过剩电力用于电热水或蒸汽发生器。这可直接储存在住宅建筑的加热系统或发电装置的大型热储存装置中，以用于以后的集中供热供给。这种应用具有非常低的基本投资的优势。其缺点在于，由于热量损失，仅能够至多数天的短的储存时间。此外，在该方法中，由电力以低放射本能(exergy)水平产生热，而电力为高价值能量形式(纯的放射本能)。灵活化和降低发电装置中的最小负荷的另一可能途径是将所生成的热能直接储存在发电装置的蒸汽回路中。这可在发电装置的蒸汽回路中的所谓的Ruths蓄积器中以蒸汽形式完成。然而，能量的可储存量和储存时间相当低，尤其是低于60分钟。另一备选的可能是在发电装置的蒸汽回路的预热区中以热水的形式储存热量。但是这里，能源的可储存量也很小。另一备选是在相对高的温度下以热液态盐(温度变化)的形式、或者作为盐或其它固体的相变能储存热量。然而这里，这些系统均未经测试，并且均难以实施。存在以在所谓的燃料气化装置中随后制备的氢气和/或甲烷和/或化学转化产物制备合成气的实际知识，其还可被关联至给出用于发电的合适结构的燃气涡轮机发电装置。然而，这些“整合的气化联合循环(IGCC)”装置相当复杂、昂贵且不灵活。具体而言，由于必须存在的组件(例如气体纯化/气体加工操作或CO2分离)也是迟滞的工艺和装置，该“整合的气化联合循环(IGCC)”装置在电力生产与化学品生产(如甲醇)的操作模式之间、并在所使用的燃料以及燃料气化器之间的切换缓慢。此外，如果单个工艺的技术特性或所需的可用性并不会在实际上使高度动态的操作完全不可能，则在此类装置的动态操作中装置利用率降低。此外，在这些工艺中，基于来源于燃料的碳制备的化学转化产物通过直接化学途径生产，这通常会引起较高的碳转化效率，并因此还会引起较高的能量转化水平。例如，可将高达多于50％的燃料碳转化为甲烷产品。但是同时，每kWel装机功率的基本投资高于标准热力发电装置的50％-100％。此外，全世界只有极少数的IGCC装置。由于这些原因，迄今为止，仅在以下情况全局使用燃料气化，其中，在以基本负荷操作有效运行的装置中，由固体含碳燃料(通常为煤)生产高价值化学产品，例如燃料或肥料。还已知CO2是温室气体之一，而温室气体被认为是全球气候变暖的原因之一。因此，存在众多的环境政策和技术努力以减少CO2的排放。这些构思中的一种关注通过将CO2转化为甲烷气体而储存CO2，例如，在论文“Newtechnologiesforseparation,fixationandconversionofcarbondioxidetomitigateglobalwarming”(Hitachi，Vol.42(1993)，No.6，第255-260页)中进行了描述。在这一情况下，将化石燃料燃烧期间形成的CO2从烟气中分离出并送去甲烷化，其中，形成合成的天然气(甲烷)。甲烷化是将一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO2)转化成甲烷(CH4)的化学反应。二氧化碳生成甲烷的反应也被称为Sabatier工艺，该工艺由PaulSabatier和J.B.Sendersens在1902年发现。在该反应中，一氧化碳或二氧化碳在300℃-700℃的温度下与氢气反应生成甲烷和水。该反应是放热的，但需要通过催化剂促进。此外，关于依靠风力或太阳能的可再生能源发电，会出现频繁地将超过当前所需的过多电力输送至电网的问题。这将导致大量的“过剩电力”，必须将其消耗或储存以确保电网的稳定。甚至，独立于将由可再生能源产生的电力输送至电网，所出现的基本问题为如果需要如何能够对所产生的电力进行存储，以能够在任何期望的时间点使用该能量。就此而言，发现“电能转气”的构思是有利的，其中，以甲烷化的方式对能量进行化学转化并储存为甲烷(CH4)。在这一情况下，尤其是以电解的方式产生形成甲烷所需的氢气，其从可再生能源(例如风力涡轮机或太阳能电池)获得所需的电力。CO2或CO的可能来源为来自发电装置或工业装置的经加工的烟气流，其中，含碳燃料或含碳原料被转化成含CO2或含CO的气氛。“电能转气”构思是长期储存能量并避免CO2直接排放到大气中的可行的方法，这是因为在甲烷化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电装置(51)，所述发电装置(51)具有大型蒸汽发生器(1)，所述大型蒸汽发生器(1)配备了燃烧碳的燃烧器和/或燃气涡轮机，并具有包含至少一个蒸汽‑充入的汽轮发电机(58)的相连的水/蒸汽回路(54)，所述蒸汽‑充入的汽轮发电机(58)具有至少一个相连的发电机(70)，其中，在配备了所述燃烧碳的燃烧器的所述大型蒸汽发生器(1)中产生含CO2废气流(53)；并且所述发电装置(51)包含用于生产富CO2气流的至少一个单元；并且所述发电装置(51)通过其包含至少一个发电机(70)的发电组件连接至提供控制权的公共电网(71)，其中，使通过所述发电装置(51)的发电组件向所述电网(71)的电力释放接受所述电网侧的电力控制，特别是接受初级控制和/或二级控制和/或三级控制和/或四级控制，其特征在于，所述发电装置(51)包含用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)、以及用于由富CO2气流的至少CO2组分和在所述电解装置(61)中生产的氢气制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)；并且其特征在于，就传导而言，所述用于生产富CO2气流的至少一个单元、所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)、以及所述用于由富CO2气流的至少CO2组分和在所述电解装置(61)中生产的氢气制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)借助于电流传导和介质传导管线以使得在所述发电装置(51)的操作过程中在所述发电装置侧生成的电力根据需要全部或部分用来操作由如下所组成的单元和装置的组中的一个、多于一个或全部的方式在物理学上和电学上彼此相连：所述用于生产富CO2气流的至少一个单元、所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)、以及所述用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.09 DE 102013107259.3;2014.03.12 DE 10201411.一种发电装置(51)，所述发电装置(51)具有大型蒸汽发生器
(1)，所述大型蒸汽发生器(1)配备了燃烧碳的燃烧器和/或燃气涡轮
机，并具有包含至少一个蒸汽-充入的汽轮发电机(58)的相连的水/蒸汽
回路(54)，所述蒸汽-充入的汽轮发电机(58)具有至少一个相连的发
电机(70)，其中，在配备了所述燃烧碳的燃烧器的所述大型蒸汽发生器
(1)中产生含CO2废气流(53)；并且
所述发电装置(51)包含用于生产富CO2气流的至少一个单元；并且
所述发电装置(51)通过其包含至少一个发电机(70)的发电组件
连接至提供控制权的公共电网(71)，其中，使通过所述发电装置(51)
的发电组件向所述电网(71)的电力释放接受所述电网侧的电力控制，
特别是接受初级控制和/或二级控制和/或三级控制和/或四级控制，
其特征在于，
所述发电装置(51)包含用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置
(61)、以及用于由富CO2气流的至少CO2组分和在所述电解装置(61)
中生产的氢气制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)；
并且其特征在于，就传导而言，所述用于生产富CO2气流的至少一
个单元、所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)、以及所述
用于由富CO2气流的至少CO2组分和在所述电解装置(61)中生产的氢
气制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)借助于电流传
导和介质传导管线以使得在所述发电装置(51)的操作过程中在所述发
电装置侧生成的电力根据需要全部或部分用来操作由如下所组成的单元
和装置的组中的一个、多于一个或全部的方式在物理学上和电学上彼此
相连：所述用于生产富CO2气流的至少一个单元、所述用于制备氢气(H2)
的至少一个电解装置(61)、以及所述用于制备甲醇和/或甲醇转化产物
的至少一个合成装置(60)。
2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，就所述电解装置(61)
的电流/电力消耗能力以及所述电解装置(61)的氢气生产能力而言，将

\t所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)
的多个电解装置(61)设计并设置在所述发电装置侧，从而使得所述电
解装置(61)以如下方式变得可控：响应于电网侧对所述发电装置(51)
的电力控制需求，能够在短时间内、优选在数分钟的范围内将所述电解
装置(61)的电流/电力消耗以及氢气生产调高或调低。
3.如权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，就所述单元和
所述合成装置(60)的电流/电力消耗能力以及所述单元和所述合成装置
(60)的生产或转化能力而言，将所述用于生产富CO2气流的至少一个
单元或用于生产富CO2气流的多个单元、和/或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于由至
少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)设
计并设置在所述发电装置侧，从而使得所述单元和所述合成装置(60)
以如下方式变得可控：响应于电网侧对所述发电装置(51)的电力控制
需求，能够在短时间内、优选在数分钟的范围内将所述单元和所述合成
装置(60)各自的电流/电力消耗以及生产或转化输出调高或调低。
4.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，就所述
电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的电流/电力消耗
能力以及所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的生
产或转化输出而言，对所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)
或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)、所述用于生产富CO2气流
的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部
分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或
用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置
(60)以如下方式进行设计并使其在所述发电装置侧彼此相连以用于控
制目的：响应于整合的系统中的电网侧对所述发电装置(51)的电力控
制需求，分别就所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各
自的电流/电力消耗以及生产或转化输出而言，能够在短时间内、优选在
数分钟的范围内将所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)
调高或调低；在电网侧电力控制需求的情况下，就输出而言，能够通过

\t具有在3％/min-30％/min范围内的负荷变化梯度的负荷变化，将所述发电
装置(51)调节至变化的电力需求。
5.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，就所述
所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的电流/电力
消耗和/或所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的
生产或转化输出而言，对所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置
(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)、所述用于生产富
CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于
由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置
(60)或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个
合成装置(60)进行设计：尤其是响应于电网侧对所述发电装置(51)
的电力控制需求，在数分钟范围的短时间内、优选至多30min内，使所
述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)能够经受对于特定装
置(60、61)或单元而言的标准设计或标准操作值的100％-300％、优选
150％-200％的电流/电力消耗。
6.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，就所述
电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的电流/电力消耗
以及所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的生产或
转化输出而言，将所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)
或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)、所述用于生产富CO2气流
的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部
分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或
用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置
(60)配置为能够单独致动并控制。
7.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，将所述
用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于制备
甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)就能力而言在整体上进行
设计，从而使得所述合成装置(60)能够被用于将在发电装置(51)满

\t负荷时形成并存在于含CO2废气流(53)中的CO2的10wt％-50wt％、尤
其是30wt％-40wt％、优选35wt％转化为甲醇和/或甲醇转化产物。
8.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，就在各
种情况下可能的所述合成装置(60)的电流/电力消耗能力以及可能的所
述合成装置(60)的生产或转化输出而言，将所述用于制备甲醇和/或甲
醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于制备甲醇和/或甲醇转化产
物的多个合成装置(60)就能力而言在整体上进行设计，从而使得能够
将不超过能由所述发电装置(51)在满负荷时生成的电力总量和/或其最
大电力用于制备甲醇和/或甲醇转化产物。
9.如前述权利要求中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·伯金斯，托尔斯滕·布登贝格，埃夫西米亚洛阿娜·科伊特苏马帕，
申请(专利权)人：三菱日立电力系统欧洲有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE