一种利用电解水与含氮或碳燃料与氧反应发电耦合调峰储能消纳绿电及二氧化碳减排的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用电解水与含氮或碳燃料与氧反应发电耦合调峰储能消纳绿电及二氧化碳减排的方法。该方法包括以下步骤：利用绿电进行电解水生产氢气和氧气；在调峰的峰谷时间内，使生产的氧气与含氮燃料反应发电并生成氮气和水，或者，使生产的氧气与含碳燃料反应发电并生成二氧化碳和水；使生产的氢气与氮气反应生成氨。本发明专利技术利用电解水生产氢气和氧气，从空气中或从含氮燃料烟气中获得N2合成氨，电解水生产的氧利用液化可容易地生产液氧储存起来，绿电消纳理论上只要有水就可不受约束，对于光伏风电用储存氧气代替存电，生产的氨与氧反应生成电调峰，也可与采用碳燃料发电时生成的CO2生产尿素用于化肥。生产尿素用于化肥。生产尿素用于化肥。

【技术实现步骤摘要】
一种利用电解水与含氮或碳燃料与氧反应发电耦合调峰储能消纳绿电及二氧化碳减排的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用电解水与含氮或碳燃料与氧反应发电耦合调峰储能消纳绿电及二氧化碳减排的方法，属于能源


技术介绍

[0002]光伏的时间分布不均，风电的不稳定性及电的在线性带来光伏风电等绿电接入传统电网时带来调峰、储能和消纳新的挑战，且需求容量将越来越大。
[0003]电网调峰电力系统需要的不是完整的“充放”能力，系统需要的是调节能力，也就是把负荷适时变大变小的能力，和发电适时变大变小的能力。
[0004]传统的抽水蓄能调峰在电力系统中具有容量大、调频、调相、储能系统备用、黑启动等几大功能，但毕竟有地域限制，容量有限，且不能消纳绿电。需要一种新的大容量调峰工具与之配合调峰，将更具调峰空间。
[0005]对于骨干电网急需建设可大容量调峰、储能和消纳的电网服务基地。利用电解水与含氮或含氧燃料与所产氧反应发电或生产高附加值的化学品，耦合电网调峰、储能及消纳绿电，将是一种可行的方法。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种利用电解水与含氮或碳燃料与氧反应发电耦合的调峰方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供了一种利用电解水与含氮或碳燃料与氧反应发电耦合调峰储能消纳绿电及二氧化碳减排的方法，其包括以下步骤：
[0008]步骤1：利用绿电进行电解水生产氢气和氧气；
[0009]步骤2：在调峰的峰谷时间内，使步骤1生产的氧气与含氮燃料反应发电并生成氮气和水，或者，使步骤1生产的氧气与含碳燃料反应发电并生成二氧化碳和水；
[0010]步骤3：使步骤1生产的氢气与氮气反应生成氨。
[0011]根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术所提供的方法也可以先进行步骤2，这种情况下，启动反应的氧气可以来自于空气，该步骤所发的电可以用于电解水制取氢气和氧气，氧气再循环至“氧气与含氮燃料反应发电”的反应中。
[0012]在上述方法中，优选地，所述含氮燃料为氨。
[0013]在上述方法中，优选地，所述含碳燃料为天然气、甲醇、碳酸二甲酯和煤中的一种或两种以上的组合。
[0014]在上述方法中，优选地，与含氮燃料反应发电的氧气中混合有二氧化碳或氮气，所述氧气与二氧化碳或氮气的摩尔比为1:0.01
‑
4。
[0015]在上述方法中，优选地，步骤1生产的氧气与含碳燃料反应生成的二氧化碳与氨反应生成尿素和水。
[0016]在上述方法中，优选地，氧气与含氮燃料、氧气与含碳燃料的反应发电过程通过燃料电池或燃烧进行，例如氨氧燃料电池等。
[0017]在上述方法中，优选地，所述氮气是由步骤2产生的，或者通过空气分离的方式获得。
[0018]在上述方法中，优选地，与含碳燃料反应发电的氧气中含有二氧化碳。
[0019]在上述方法中，优选地，所述二氧化碳与氧气的摩尔比为0.01
‑
9:1，优选为0.25
‑
4:1。
[0020]在上述方法中，优选地，所述步骤2生成的水循环用于步骤1的电解水过程。
[0021]本专利技术通过在工艺过程中合成的含氮燃料(例如氨)循环进行发电，由此调峰就不需要使用化石燃料了，这就实现了化石燃料发电调峰向可再生燃料发电调峰本质上转变，为实现现有发电厂碳中和创新技术路径，并且能够实现碳的循环利用。
[0022]本专利技术利用电解水生产氢气和氧气，从空气中或从含氮燃料烟气中获得N2合成氨，电解水生产的氧利用液化可容易地生产液氧储存起来，绿电消纳理论上只要有水就可不受约束，对于光伏风电用储存氧气代替存电，生产的氨与氧反应生成电调峰，也可与采用碳燃料发电时生成的CO2生产尿素用于化肥。对于一些燃煤电厂，虽然发电可调峰光伏风电，但也排放大量CO2，利用本专利技术的技术方案把排放的CO2作为碳资源与氨反应生产尿素，从而取代传统的以煤气化生产合成氨尿素技术路线，实现碳减排的目的。
[0023]在本专利技术的工艺过程中，电解水作为启动反应消耗一定量的水，但是在后续的反应过程中可以产生水，从而实现水的循环利用。
[0024]以一天24小时尺度，若光伏风电可主导支撑8小时电网，剩余16小时利用碳或氧循环的氮燃料如氨发电调峰，在光伏风电主导的8小时内满负荷通过电解水生产氢和氧气用于调峰，氢气与氮气合成氨，而多余的氧气液化储存，用于其它16小时的碳或氮燃料的反应发电。
附图说明
[0025]图1为实施例1的反应过程示意图。
[0026]图2为实施例3的反应过程示意图。
具体实施方式
[0027]为了对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本专利技术的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。
[0028]实施例1
[0029]本实施例提供了一种利用电解水与含氮燃料与氧反应发电耦合调峰储能消纳绿电及二氧化碳减排的方法，具体是以某煤燃料发电厂与电解水耦合生产氨及尿素，具体包括如下步骤：
[0030]通过煤燃烧发电，并生成CO2；
[0031]电解水制取氢气和氧气，其中，氢气与氮气(来自于空气)反应生成氨；
[0032]氨和煤燃烧生成的CO2反应生成尿素；
[0033]其中，首次燃烧发电采用的氧气来自于空气，在后续过程中，电解水制取的氧气可
以用于煤燃烧发电。
[0034]工艺基础情况如图1所示，含碳1吨，煤以90％碳计需1.1吨煤与2.67吨氧燃烧发电，进的含氧气体可以是纯氧，也可以是O2与CO2的混合气(其中氧气25％，CO2为75％)，生成3.67吨CO2。从空气中以变压吸附PSA生产2.33吨N2和0.5吨H2生产2.83吨氨，然后与3.67吨CO2生产5吨尿素和1.5吨水，补充3吨水共计4.5吨水以碱性电解水生产0.5吨H2及4吨氧气，除用于燃烧2.67吨，外销1.33吨氧气。
[0035]以5度电生产1m3氢计，碱性电解水电解4.5吨水生产0.5吨氢需耗电为(0.5
×
1000/2)
×
22.4
×
5＝28000度电。不计水价、工艺耗电、人工、管理费及能量综合利用等，仅以进出物料计。
[0036]若采用空气液化生产N2，按电耗1吨液体耗电750度计，2.33吨N2则同时副产液氧约9.32吨，则耗电11.65
×
750＝8738度电。
[0037]若煤按800元/吨，每吨煤可发3000度电,煤发电上网0.32元/度，光伏风电0.15元/度，尿素3000元/吨，液氧4000元/吨，则
[0038]原料投入：1.1吨煤
×
8000元+空分8738度电
×
0.15+电解水28000
×
0.15
[0039]＝880+1311+4200
[0040]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用电解水与含氮或碳燃料与氧反应发电耦合调峰储能消纳绿电及二氧化碳减排的方法，其包括以下步骤：步骤1：利用绿电进行电解水生产氢气和氧气；步骤2：在调峰的峰谷时间内，使步骤1生产的氧气与含氮燃料反应发电并生成氮气和水，或者，使步骤1生产的氧气与含碳燃料反应发电并生成二氧化碳和水；步骤3：使步骤1生产的氢气与氮气反应生成氨。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含氮燃料为氨。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含碳燃料为天然气、甲醇、碳酸二甲酯和煤中的一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2中，与含氮燃料反应发电的氧气中混合有二氧化碳或氮气，所述氧气与二氧化碳或氮气的摩尔比为1:0.01
‑
4。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：周红军，孙晖，张松林，徐春明，
申请(专利权)人：北京碳零氢电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：