一种风/光与生物质互补的发电和化学品储能系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种风/光和生物质互补的发电与化学品储能系统及控制方法，所述储能系统包括：风/光发电单元、电力调控单元、电解水单元、氢/氧储存单元、生物质利用单元、化学品合成单元和调峰发电单元。所述控制方法包括并网发电运行模式，盈余电力运行模式，弃电运行模式和调峰发电运行模式四种。根据本发明专利技术的所述储能系统在传统风/光互补发电及合成燃料储能的基础上，将生物质引入系统之中，既可利用生物质发电的稳定性调节风/光发电的波动性，又可高效的就地利用弃电制氢的副产品氧气实现生物质的转化，并为后续化学品合成单元提供含碳气体，实现了能量与物料的综合高效利用，提高了可再生能源系统的抗波动能力和输出效益。

A Wind/Light and Biomass Complementary Generation and Chemical Energy Storage System and Control Method

The invention relates to a wind/photovoltaic and biomass complementary power generation and chemical energy storage system and control method. The energy storage system includes: wind/photovoltaic power generation unit, power regulation unit, electrolytic water unit, hydrogen/oxygen storage unit, biomass utilization unit, chemical synthesis unit and peak shaving power generation unit. The control method includes four modes: grid-connected generation operation mode, surplus power operation mode, abandoned power operation mode and peak shaving power generation operation mode. According to the invention, the energy storage system introduces biomass into the system on the basis of traditional wind/photovoltaic complementary power generation and synthetic fuel energy storage, which can not only adjust the fluctuation of wind/photovoltaic power generation by utilizing the stability of biomass power generation, but also efficiently utilize oxygen, a byproduct of hydrogen production from discarded electricity, to realize the transformation of biomass, and provide carbon-containing gases for subsequent chemical synthesis units. It realizes the comprehensive and efficient utilization of energy and materials, and improves the anti-fluctuation ability and output benefit of renewable energy system.

【技术实现步骤摘要】
一种风/光与生物质互补的发电和化学品储能系统及控制方法
本专利技术涉及一种多能源互补的发电和储能系统，具体为一种风/光和生物质互补的发电与化学品储能系统，属能源、电力和化工

技术介绍
随着我国社会经济的发展，能源供应日趋紧张。传统化石能源开发利用所带来的环境污染、气候变化等问题也日益严重。大力发展高效、清洁的可再生能源发电系统是保证我国能源安全，降低环境污染的重要举措。但可再生能源尤其是风能、太阳能不稳定，发电品质较差，直接并网对电网冲击较大，而且西部优质风电、光电资源难以就地消化，导致弃风、弃光问题严重，亟需研究解决。大容量的储能技术是解决风、光发电不稳定的重要途径之一。相比传统的储能技术，PowertoGas(P2G)技术利用电解水技术将电网无法消纳的再生能源电力转化为氢气，或进一步通过甲烷化技术生产合成天然气或者液体燃料等，实现从电力到化学品的转换，即化学品储能。P2G技术储能容量大、周期长，可消纳大规模、长时间风、光发电的波动，是一种极具潜力的储能新途径。基于P2G技术，学者提出了多种能源转化与储能系统。如专利(CN201610597945.5)公开了一种风光-氢储能及煤化工混合动力发电系统，实现储能与煤化工的耦合。专利(CN201510481776)公开了一种风-氢-水-电混合能源系统拓扑结构及其控制方法，实现风电、储能及燃料电池发电的高效结合。目前已公开的基于P2G技术的能源系统一部分以氢气为化工产品，但氢气较难储运，不适合大规模推广应用。另一部分以甲烷或液体燃料为化工产品，但化学品合成过程所需的含碳气体来源及电解水副产品氧气的利用仍是与传统化石能源相结合，无法满足可再生能源体系要求。因此，迫切需要开发一种更加清洁、高效的P2G能源综合利用系统，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是通过引入生物质，构建一种风、光和生物质能互补的发电与化学品储能系统，以降低风、光发电的波动性，实现电解水副产品氧气的清洁转化利用，并为储能化学品的合成提供绿色含碳气体，解决目前P2G能源系统面临的问题。本专利技术采用的技术方案概述如下：风发电或光发电经电力调节控制，稳定电力并入电网。电网无法消纳的电力用于电解水制氢气和氧气。氧气可以用于生物质富氧气化或富氧燃烧，生物质利用后的含碳气体进入化学品合成单元，与电解水产生的氢气合成天然气或甲醇等燃料。当风/光发电无法满足电网需求时，采用储存的氢气或者化学品进行调峰发电。综上，整个系统就实现了风/光/生物质互补发电，同时可把多余电力转化成化学品(化学品储能)，最终实现可再生能源的高效转化与储存利用。具体技术方案如下：一种风/光与生物质互补的发电和化学品储能系统，所述系统包括：风/光发电单元1，用于由风/光发电产生电力；电力调控单元2，所述电力调控单元2分别与所述风光发电单元1和与外部电网电连接，用于控制电力输出；电解水单元3，其与所述电力调控单元2电连接，接收来自所述电力调控单元2的电力，用于电解水产生氢气和氧气；氢/氧储存单元4，其与所述电解水单元3管线连接，用于储存在所述电解水单元3中电解水产生的氢气和氧气；生物质利用单元5，其与所述氢/氧储存单元4管线连接，用于接收来自所述氢/氧储存单元4的氧气，用于生物质的物理化学反应；化学品合成单元6，其与所述氢/氧储存单元4、所述生物质利用单元5以及外部管网管线连接，用于接收分别来自所述氢/氧储存单元4的氢气和来自所述生物质利用单元5的含碳气体，合成化学品并将合成的化学品向外部管网输出；调峰发电单元7，其与所述氢/氧储存单元4、化学品合成单元6管线连接并且与所述电力调控单元2电连接，用于根据系统电力状态调峰发电并将产生的调峰电力输入所述电力调控单元2。优选地，根据本专利技术的所述风/光与生物质互补的发电和化学品储能系统中所述生物质利用单元5可以与所述电力调控单元2电连接，用于将由所述生物质利用单元5产生的电力输入所述电力调控单元2。优选地，所述氢/氧储存单元4包括氢气储存罐和氧气储存罐。优选地，所述生物质利用单元5包括但不仅限于富氧燃烧和富氧气化装置。优选地，所述生物质利用单元5还包括发电装置，所述发电装置用于将所述富氧燃烧过程的能量转化为电力502输送至所述电力调控单元2。优选地，所述化学品合成单元6合成的产品包括但不仅限于甲烷、甲醇、乙醇、二甲醚、汽油、柴油和航空煤油。优选地，所述调峰发电单元7仅在所述电力调控单元2运行在调峰发电模式时启动运行，采用所述氢氧储存单元4的氢气或所述化学品合成单元6的化学品为燃料发电，并将调峰电力701输入所述电力调控单元2。一种根据本专利技术的所述风/光与生物质互补的发电和化学品储能系统的控制方法，所述控制方法包括并网发电运行模式，盈余电力运行模式，弃电运行模式和调峰发电运行模式四种，其中所述电力调控单元2根据来自所述风/光发电单元1输出的电力程序地或人工地控制采取上述四种运行模式之一。优选地，当来自所述风/光发电单元1的电力103稳定且满足电网需求时，根据本专利技术的所述储能系统采取并网发电运行模式，其中，所述电力调控单元2接收来自所述风/光发电单元1的电力103并且输出所述第一电力201至外部电网而不再输出所述第二电力202。优选地，当来自所述风/光发电单元1的电力103稳定但不足以满足电网需求时，根据本专利技术的所述储能系统采取调峰发电运行模式，其中，所述电力调控单元2接收来自所述风/光发电单元1的电力103、来自所述生物质利用单元5的电力502和/或来自所述调峰发电单元7的电力701并且输出所述第一电力201至外部电网而不再输出所述第二电力202。优选地，当来自所述风/光发电单元1的电力103稳定但超出电网需求时，根据本专利技术的所述储能系统采取盈余电力运行模式，其中，所述电力调控单元2接收来自所述风/光发电单元1的电力103并同时向外部电网输出所述第一电力201和向所述电解水单元3输出所述第二电力202。优选地，当来自所述风/光发电单元1的电力103不稳定，无法并入外部电网时，根据本专利技术的所述储能系统采取弃电运行模式，其中，所述电力调控单元2接收来自所述风/光发电单元1的电力103并仅向所述电解水单元3输出所述第二电力202而不向外部电网输出所述第一电力201。本专利技术的优点为：在传统风/光互补发电及合成燃料储能的基础上，本专利技术将生物质引入系统之中，既可利用生物质发电的稳定性调节风/光发电的波动性，又可高效的就地利用弃电制氢的副产品氧气实现生物质的转化，并为后续化学品合成单元提供含碳气体，实现了能量与物料的综合高效利用，提高了可再生能源系统的抗波动能力和输出效益，为我国大力推广可再生能源利用提供了解决方案。附图说明图1为根据本专利技术的风/光与生物质互补的发电和化学品储能系统框架示意图。图2为实施例1中系统流程示意图。图3为实施例2中系统流程示意图。附图标记：1–风光发电单元；2–电力调控单元；3–电解水单元；4–氢氧储存单元；5–生物质利用单元；6–化学品合成单元；7–调峰发电单元；101–风能；102–光能；103–风光电力；201–第一电力；202–第二电力；301–氢气和氧气；401–氧气；402–氢气；501–生物质；502–生物质电力；503–生物质利用后尾气；601–本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风/光与生物质互补的发电和化学品储能系统，所述储能系统包括：风/光发电单元，用于由风/光发电产生电力；电力调控单元，所述电力调控单元分别与所述风光发电单元和与外部电网电连接，用于控制电力输出；电解水单元，其与所述电力调控单元电连接，接收来自所述电力调控单元2的电力，用于电解水产生氢气和氧气；氢/氧储存单元，其与所述电解水单元管线连接，用于储存在所述电解水单元3中电解水产生的氢气和氧气；生物质利用单元，其与所述氢/氧储存单元管线连接，用于接收来自所述氢/氧储存单元的氧气，用于生物质的物理化学反应；化学品合成单元，其与所述氢/氧储存单元、所述生物质利用单元以及外部管网管线连接，用于接收分别来自所述氢/氧储存单元4的氢气和来自所述生物质利用单元的含碳气体，合成化学品并将合成的化学品向外部管网输出。

【技术特征摘要】
1.一种风/光与生物质互补的发电和化学品储能系统，所述储能系统包括：风/光发电单元，用于由风/光发电产生电力；电力调控单元，所述电力调控单元分别与所述风光发电单元和与外部电网电连接，用于控制电力输出；电解水单元，其与所述电力调控单元电连接，接收来自所述电力调控单元2的电力，用于电解水产生氢气和氧气；氢/氧储存单元，其与所述电解水单元管线连接，用于储存在所述电解水单元3中电解水产生的氢气和氧气；生物质利用单元，其与所述氢/氧储存单元管线连接，用于接收来自所述氢/氧储存单元的氧气，用于生物质的物理化学反应；化学品合成单元，其与所述氢/氧储存单元、所述生物质利用单元以及外部管网管线连接，用于接收分别来自所述氢/氧储存单元4的氢气和来自所述生物质利用单元的含碳气体，合成化学品并将合成的化学品向外部管网输出。2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统还包括：调峰发电单元，其与所述氢/氧储存单元、化学品合成单元管线连接并且与所述电力调控单元电连接，用于根据系统电力状态调峰发电并将产生的调峰电力输入所述电力调控单元。3.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述生物质利用单元可以与所述电力调控单元电连接，用于将由所述生物质利用单元产生的电力输入所述电力调控单元2；或者不与所述电力调控单元连接。4.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述氢/氧储存单元4包括氢气储存罐和氧气储存罐。5.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述生物质利用单元包括但不仅限于富氧燃烧和富氧气化装置；优选地，所述生物质利用单元还包括发电装置，所述发电装置用于将所述富氧燃烧过程的能量转化为电力输送至所述电力调控单元。6.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晋沪，赵瑞东，葛元征，秦建光，何涛，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37