[发明专利]一种耦合生物质气化的可再生能源电转气系统

说明书

本发明提供了一种耦合生物质气化的可再生能源电转气系统，包括：电解水制氢单元、生物质气化单元和甲烷化单元；电解水制氢单元的能源输入端与可再生能源产电系统的能源输出端；电解水制氢单元的原料输入端分别与外部水源和所述甲烷化单元的蒸汽出口连通；生物质气化单元的氧气进口与电解水制氢单元的氧气出口连通，生物质气化单元的气化蒸汽进口与甲烷单元的蒸汽出口连通；甲烷化单元的原料气进口分别与所述电解水制氢单元的氢气出口及所述生物质气化单元的气化合成气出口连通。本发明中,进行CO/CO₂同体系甲烷化过程，节约了CO₂分离过程的能耗，够显著提高整体电转气的能量转化效率。

技术领域

本发明涉及可再生能源技术领域，具体而言，涉及一种耦合生物质气化的可再生能源电转气系统。

背景技术

建设我国能源互联网是关于推进能源安全新战略、构建国内和全球能源互联网等有关要求的重要举措，要以电为中心，转变能源消费方式，推动以电代煤、以电代油、以电代气、以电代柴，形成电能为主的能源消费格局；同时，要依托充足经济的清洁能源发电，推动电制氢气、甲烷等燃料和原材料，培育绿色循环新型产业。

由于可再生能源出力具有波动性、随机性和季节性特征，增加了电力系统的不确定性，消纳问题日益突出。风力发电、光伏发电的快速发展使得电力输送和综合消纳的困难凸显，一些传统的储能技术也无法满足可再生能源的存储，因此在大多数情况下被迫弃风和弃光。

作为新能源消纳和电-气耦合的重要技术，电转气（Power-to-gas，P2G）技术近年来也受到了越来越多的关注。电转气技术能够在新能源出力过剩时，能将富余的电能（弃风弃光等）转化为氢气/天然气进行存储或运输，当需要电能时，再将储存的气体转换为电能回馈电网，从而提高系统的可再生能源消纳能力，实现电力与天然气双向闭环能量流动，增强了电力-天然气系统之间的耦合性和系统的供能稳定性。

目前电转气技术存在的主要问题是能源转化效率较低：其中电解水过程的能效可以达到75%~85%，甲烷化过程的效率约为75%~80%，综合两个阶段的化学反应，P2G的效率仅为45~60%，严重限制了电转气技术的进一步推广和应用。另外，甲烷化过程需要提供稳定碳源作为原料，常规思路是对电力、工业尾气或大气中的CO₂进行分离获得碳源，再与电解获得的氢气通过Sabatier催化反应，生成甲烷和水（CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O）。CO₂分离过程中往往需要消耗大量能量，设备投资、运行成本高昂。

例如，目前电转气过程的碳源CO₂主要来自化石能源，采用对燃煤电厂、水泥厂、钢铁厂、煤化工厂的的烟气或合成气进行CO₂分离获得，全生命周期的碳排放并未减少，CO₂的获取需要先经过捕集过程，其捕集过程能耗较高。以燃煤电厂为例，采用CO₂捕集的燃煤电厂需要消耗大量的汽轮机抽汽（3~4GJ/t-CO₂）用以解吸过程，造成电厂发电量大幅减少，发电效率降低10个百分点以上。且将使用额外的土地、额外的CO₂捕集设备等，造成额外的投资运行费用。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种耦合生物质气化的电转气系统，旨在解决现有电转气工艺整体效率较低且对过程热能及中间产物的利用率较低的问题。

本发明提出了一种耦合生物质气化的可再生能源电转气系统，包括：电解水制氢单元、生物质气化单元和甲烷化单元；其中，

所述电解水制氢单元的能源输入端分别与产电系统的能源输出端连通，用以在所述产电系统产生的电能的供给下，对水进行电解；外部水源和所述甲烷化单元的蒸汽出口分别所述电解水制氢单元的原料输入端连通，用以向所述电解水制氢单元传输水或蒸汽的同时输送所述电解水制氢单元所需的热能；

所述生物质气化单元上开设有生物质进口，用以与外界生物质源连通；