一种电水氢甲醇多联产能源岛及方法技术

本发明专利技术公开了一种电水氢甲醇多联产能源岛及方法，属于能源利用技术领域，所述能源岛包括：烟气提水电水联产系统、耦合发电制储氢系统和碳收集制取甲醇系统。同时，所述电水氢甲醇多联产的方法具体包括：1)能源岛内碳中和方法；2)零取水方法；3)风光火耦合节能发电方法。本发明专利技术提供的能源岛通过回收烟气冷凝水集成绿电制氢，进一步回收二氧化碳同时绿电制甲醇，以岛内调峰平衡电量补偿绿色电能缺口，以电水多联产机组与风电机组、光伏发电耦合，实现岛外零取水，岛内碳中和。岛内碳中和。岛内碳中和。

【技术实现步骤摘要】
一种电水氢甲醇多联产能源岛及方法


[0001]本专利技术涉及能源利用
，更具体的说是涉及一种电水氢甲醇多联产能源岛及方法。

技术介绍

[0002]我国电力能源以火力发电为主，火电行业每年的二氧化碳排放量达45亿吨，全国直流冷却火(核)电厂每年的水资源消耗量达479亿立方米。在能耗方面，火力发电厂每年消耗电能约占发电量的百分比(即厂用电率)为6％。在电源点层面，以个体电源点为例，装机2台66万千瓦的火电厂每年发电取水量达200万立方米，每年消耗厂用电能的二氧化碳排放量相当于消耗12万吨标准煤产生的二氧化碳。为此，实现火电厂的零取水并进一步实现碳中和，是重大的理论和工程创新课题，需研发应用换代技术。
[0003]另外，在废气处理
，对脱硫后的烟气进行净化冷凝处理，回收冷凝水和余热是废气处理前沿技术之一，目前处于研究试验阶段。现有技术中，湿法脱硫的水资源消耗已经成为日益突出的问题；受其工艺特点影响，高温烟气在脱硫处理过程中携带了大量饱和水蒸汽以及液滴，造成了大量水资源消耗。通常一台600MW等级的火力发电机组湿法脱硫装置每小时蒸发耗水量达80吨～120吨等级，必须大量取用外部水源进行补水，导致每年两台600MW等级的火力发电机组取水量达200万吨等级。在贫水地区，这种取水量过高与水资源匮乏的矛盾尤其突出。
[0004]根据我国“富煤少油少气”的资源特点，甲醇生产以煤化工为主，一般情况下生产一吨甲醇需消耗原煤1.6吨，消耗燃煤0.72吨，相当于排放二氧化碳6.2吨，同时生产一吨甲醇需消耗水量为9吨，耗电375千瓦时。
[0005]因此，如何开发一种新型能源工业链，进行火电厂净烟气的多用途回收利用，实现烟气提水和电水氢甲醇多联产，进一步实现生产零取水和碳中和，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种电水氢甲醇多联产能源岛及方法，在烟气提水电水联产的基础上实现电水氢甲醇多联产，同时实现二氧化碳规模化回收利用，生产液态阳光(绿电甲醇)，进一步实现岛内碳中和，岛外零取水。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种电水氢甲醇多联产能源岛，包括：烟气提水电水联产系统、耦合发电制储氢系统、碳收集制取甲醇系统、电网、甲醇站和加氢站；
[0009]其中，
[0010]所述烟气提水电水联产系统包括电水联产装置、二氧化碳收集装置、蓄水池、储氧单元和厂用微电网、气体绝缘开关；
[0011]所述电水联产装置的电力出线与所述厂用微电网相连，同时通过所述变压器、气
体绝缘开关与电网相连；
[0012]所述电水联产装置包括氧气进口和二氧化碳出口；所述氧气进口与所述储氧单元连通；所述二氧化碳出口通过二氧化碳收集装置与所述碳收集制取甲醇系统连通；
[0013]所述蓄水池的进水口与所述电水联产装置连通，同时与所述碳收集制取甲醇系统连通；所述蓄水池的出水口与所述耦合发电制储氢系统连通；
[0014]所述耦合发电制储氢系统包括绿电装置和制储氢装置；
[0015]所述绿电装置的电力出线通过厂用微电网与所述制储氢装置相连；
[0016]所述制储氢装置包括氢气出口和氧气出口；所述氢气出口通过供氢管路与所述碳收集制取甲醇系统相连，并同时与加氢站相连；所述氧气出口通过供氧管路与所述储氧单元相连；所述制储氢装置通过供水管路与所述蓄水池的出水口连通；
[0017]所述碳收集制取甲醇系统的电力入线与所述厂用微电网相连，同时所述碳收集制取甲醇系统包括甲醇出口；所述甲醇出口与所述甲醇站连通。
[0018]有益效果：本专利技术提供的能源岛集成烟气提水电水联产系统、耦合发电制储氢系统、碳收集制取甲醇系统。这三个系统形成电、水、氢、二氧化碳、甲醇耦合的能量流和物质流岛链，达到绿电厂用、用水自平衡(即发电收碳制氢制甲醇全链条用水自平衡)、岛内碳中和、岛外零取水、绿电制氢、绿电制甲醇。
[0019]优选的，所述厂用微电网、绿电装置、电水联产装置的电能路由通过环形组网连接，构成岛内电能池，并通过变压器实现电能分配。所述绿电装置的电力出线上包括变压器一；所述电水联产装置与所述厂用微电网之间包括变压器二；所述电水联产装置与电网之间包括所述气体绝缘开关、变压器三和电能上网关口表。
[0020]有益效果：通过上述技术方案，本专利技术实现了火力发电厂电源点能源结构的本地优化，还实现了能源岛内分布式绿电装置、厂用微电网、电水联产装置的电能耦合，厂用微电网成为联接绿电装置、电水联产装置的电能池；通过岛内的环网连接和变压器组合，以岛内调峰平衡电量与绿色电能协调耦合，实现电水氢甲醇多联产的稳定生产。
[0021]优选的，所述绿电装置包括风电和光伏发电。
[0022]有益效果：本专利技术有效利用风电和光伏发电互补的特点，平抑风电、光伏发电的不稳定性，提高绿电消纳能力。
[0023]优选的，所述二氧化碳收集装置与所述电水联产装置二氧化碳出口之间还包括净烟气管道。
[0024]有益效果：上述技术方案能够提高电厂二氧化碳回收系统布置的灵活性，净烟气管道有效保证了二氧化碳收集装置的功能性和回收效率。
[0025]一种电水氢甲醇多联产方法，利用上述一种电水氢甲醇多联产能源岛，包括如下步骤：
[0026]1)碳中和方法：回收所述电水联产装置产生的烟气冷凝水，并利用所述厂用微电网吸纳和平衡风电和光伏发电产生的绿色电能电解所述烟气冷凝水制取氢气；
[0027]进一步回收所述电水联产装置产生的二氧化碳，并与上述氢气合成制取甲醇；在此过程中，所述二氧化碳的回收量和氢气制取、甲醇制取和绿电厂用产生的二氧化碳减排量之和大于能源岛的综合能耗等价碳当量，从而实现岛内碳中和；
[0028]2)零取水方法：所述烟气提水电水联产系统产生合格的电解水，所述电解水通过
蓄水池输送至所述制储氢装置以制取氢气；
[0029]所述碳收集制取甲醇系统向所述烟气提水电水联产系统输送回收水，形成水循环回用系统，实现岛内用水自平衡，外部零取水。
[0030]3)风光火耦合节能发电方法：在所述能源岛内部，所述厂用微电网接入风电装置和光伏发电装置，形成微网电能池并进行耦合调峰，最大程度消纳风电和光电；同时，以电水联产装置的调峰平衡电量补充厂用微电网的峰谷缺口，形成绿电制氢、绿电制甲醇、绿电厂用、耦合调峰的能源岛；
[0031]进一步的，以制储氢装置的副产品氧气接入电水联产装置，通过优化燃烧，降低电水联产消耗厂用电对应的化石能源比重，降低供电煤耗；
[0032]在所述能源岛外部，能源岛与电网之间形成点对网式供电结构，电网的调度指令以能源岛出口的电能关口表为反馈节点，进行整岛调度，从而实现岛内风光火耦合节能发电。
[0033]有益效果：当绿电过剩时，可以通过能源岛的厂用微电网消纳；当绿电不足时，可以通过厂用微电网供给电能，实现稳定生产；当电网调峰时，厂用微电网可进行岛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电水氢甲醇多联产能源岛，其特征在于，包括：烟气提水电水联产系统、耦合发电制储氢系统、碳收集制取甲醇系统、电网、甲醇站和加氢站；其中，所述烟气提水电水联产系统包括气体绝缘开关、电水联产装置、二氧化碳收集装置、蓄水池、储氧单元和厂用微电网；所述电水联产装置的电力出线与所述厂用微电网相连，同时通过所述气体绝缘开关与电网相连；所述电水联产装置包括氧气进口和二氧化碳出口；所述氧气进口与所述储氧单元连通；所述二氧化碳出口通过二氧化碳收集装置与所述碳收集制取甲醇系统连通；所述蓄水池的进水口与所述电水联产装置连通，同时与所述碳收集制取甲醇系统连通；所述蓄水池的出水口与所述耦合发电制储氢系统连通；所述耦合发电制储氢系统包括绿电装置和制储氢装置；所述绿电装置的电力出线通过厂用微电网与所述制储氢装置相连；所述制储氢装置包括氢气出口和氧气出口；所述氢气出口通过供氢管路与所述碳收集制取甲醇系统相连，并同时与加氢站相连；所述氧气出口通过供氧管路与所述储氧单元相连；所述制储氢装置通过供水管路与所述蓄水池的出水口连通；所述碳收集制取甲醇系统的电力入线与所述厂用微电网相连，同时所述碳收集制取甲醇系统包括甲醇出口；所述甲醇出口与所述甲醇站连通。2.根据权利要求1所述的一种电水氢甲醇多联产能源岛，其特征在于，所述绿电装置的电力出线上包括变压器一；所述电水联产装置与所述厂用微电网之间包括变压器二；所述电水联产装置与电网之间包括所述气体绝缘开关、变压器三和电能上网关口表。3.根据权利要求1所述的一种电水氢甲醇多联产能源岛，其特征在于，所述绿电装置包括风电和光伏发电。4.根据权利要求1所述的一种电水氢甲醇多联产能源岛，其特征在于，所述二氧化碳收集装置与所述二氧化碳出口之间包括净烟气管道。5.一种电水氢甲醇多联产方法，其特征在于，利用权利要求1
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4任一所述的一种电水氢甲醇多联产能源岛，具体包括如下步骤：1)碳中和方法：回收所述电水联产装置产生的冷凝水，并利用所述厂用微电网吸纳和平衡风电和光伏发电产生的绿色电能电解所述冷凝水制取氢气；进一步回收所述电水联产装置产生的二氧化碳，并与上述氢气合成制取甲醇；在此过程中，所述二氧化碳的回收量和氢气制取、甲醇制取和绿电厂用产生的二氧化碳减排量之和大于能源岛的综合能耗等价碳当量，从而实现岛内碳中和；2)零取水方法：所述烟气提水电水联产系统产生合格的电解水，所述电解水通过蓄水池输送至所述制储氢装置以制取氢气；所述碳收集制取甲醇系统向所述烟气提水电水联产系统输送回收水，形成水循环回用系统，实现岛内用水自平衡，外部零取水；3)风光火耦合节能发电方法：在所述能源岛内部，所述厂用微电网接入风电装置和光伏发电装置，形成微网电能池并进行耦合调峰，最大程度消纳风电和光电；同时，以电水联产装置的调峰平衡电量补充厂用微电网的峰谷缺口，形成绿电制氢、绿电制甲醇、绿电厂
用、耦合调峰的能源岛；进一步的，以制储氢装置的副产品氧气接入电水联产装置，通过优化燃烧，降低电水联产消耗厂用电对应的化石能源比重，降低供电煤耗；在所述能源岛外部，能源岛与电网之间形成点对网式供电结构，电网的调度指令以能源岛出口的电能关口表为反馈节点，进行整岛调度，从而实现岛内风光火耦合节能发电。6.根据权利要求5所述的一种电水氢甲醇多联产方法，其特征在于，步骤(1)中所述碳中和方法如以下关系式所示；上网电能能量为：E
w
＝Kf
(E1,E2,E3)
‑
(E
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春晓，李灿，于沛东，王集杰，修立杰，李军，陈永，张海龙，丁建兵，吴建海，孙涛，肖亮，李洪生，赵敏，毕晓龙，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：