[实用新型]一种电解水制氢联合冶金的系统

说明书

本实用新型提供了一种电解水制氢联合冶金的系统。该系统包括：电网、电解水装置、高炉、气基竖炉；其中，所述电网与所述电解水装置连接；所述电解水装置的阴极设有氢气出口，与所述气基竖炉连接；所述电解水装置的阳极设有氧气出口，与所述高炉连接。本实用新型提供的是一种有效消纳可再生能源电力实现低碳冶金的系统，其中可再生能源发电可利用光伏、风电和水电等绿电供给供电端电网，电解水制氢系统可生产高纯度氢气和氧气，气基竖炉冶金可采用氢气竖炉直接还原炼铁技术，避免了传统高炉炼铁工艺对焦炭资源短缺的限制，且满足日益严峻的环保要求，同时可降低钢铁生产能耗。

技术领域

本实用新型涉及一种电解水制氢联合冶金的系统，属于电能利用技术领域。

背景技术

二氧化碳大量排放及环境污染导致气候变暖和雾霾，威胁人类生存及民众健康，有效的解决途径是能源脱碳化和减少化石能源消耗，特别是煤炭的使用；同时开发利用可再生能源，尤其是光伏、风电和水电等绿色来源的电(简称：绿电)。

电能不同于煤、石油、天然气等化石能源那样容易存储，必须实现生产、传输和利用同时在线，这一特点决定了电力作为能源必须考虑其时间维度的核心特性，协调好供电端、电能与消纳端三方的关系，力争做到同步，任何一方的脱节将影响电力的全局。

目前，光伏、风电与水电等可再生能源发电的生产在空间上常与消纳端不匹配，从而产生绿电的生产、传输和消纳之间的矛盾，如中国的光伏、风电、水电资源主要分布在西北和西南地区，而能源消纳端集中在东部沿海经济发达地区，二者相距几千公里。通过长距离输送绿电是解决上述问题的方法之一，单长距离输出同样存在生产、传输和消纳三方协调问题，且存在输出波动及经济性不佳难以消纳等问题。因此西部产生的大量绿电既无法长距离输出至东部，在当地又没有适宜的消纳场景，造成大量弃风、弃水、弃光的现象。

绿电生产必须有效解决本地消纳及可控负荷波动这两大难题。通过现场储能装置(如光伏电场配储能)只能解决调峰及可控负荷，仍难以解决消纳问题，况且目前的储能技术亦难以实现大规模电能的低成本储存。

中国的钢铁产能已占世界50％，煤基高炉炼铁占主导地位，但其工艺产生的大量CO₂排放及环境污染，是中国雾霾主要污染源之一。考虑到中国天然气短缺，价格高，不能如中东，伊朗、俄罗斯、美国采用天然气制合成气生产海绵铁，限制了该技术的发展。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种电解水制氢联合冶金的系统，将电解水和冶金炼铁相结合实现对于电力的综合利用，实现对于光伏、风电与水电等绿电的大规模消纳和利用。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种电解水制氢联合冶金的系统，其中，该系统包括：电网、电解水装置、高炉、气基竖炉；

其中，所述电网与所述电解水装置连接；

所述电解水装置的阴极设有氢气出口，与所述气基竖炉连接；

所述电解水装置的阳极设有氧气出口，与所述高炉连接。

在上述电解水制氢联合冶金的系统中，所述电网用于向电解水装置提供电力，并且该电网可以与能够提供绿色来源的电的发电厂连接，例如光伏发电厂、风力发电厂、水力发电厂等。本实用新型所提供的系统主要是针对可再生能源电，例如光伏风电等难用于存储、消纳利用电解水制氢和氧气，用于高炉、转炉，氢气和低氮气浓度的高炉煤气可以用于气基竖炉，从而实现减排和节能。随着中国可再生能源技术的进步，特别是光伏发电技术的突破，使得电力成本大幅度下降，特别是光伏生产技术进步，绿电价格快速下降，如中国一些预测报告指出至2030年，中国光伏发电成本可降低0.1元/度，2020年世界一些地方的光伏发电上网电价已降低0.1元/度左右，如中东和巴西。利用电解水制氢和氧用于冶金极具经济性，为高炉炼铁及气基竖炉还原铁找到节能减排和减碳的突破口，例如利用电解水技术生产氧气和氢气，分别用于高炉取代空气，获得高品质高炉煤气，脱硫后与电解水制氢并用于气基竖炉生产海绵铁，将带来很好的经济效益及环境效益。