[发明专利]综合能源生产单元及方法

说明书

本发明公开了一种综合能源生产单元及方法，包括发电子系统、电解制氢子系统、气体捕集子系统以及化工合成子系统；所述发电子系统、电解制氢子系统、气体捕集子系统、化工合成子系统的电气部分经综合能源生产单元内部汇流母线相连，所述汇流母线连接至电网；所述发电子系统的热力部分与电解制氢子系统、化工合成子系统相连，排气部分与气体捕集子系统相连，所述气体捕集子系统还设置有空气入口；所述电解制氢子系统的氢气出口、气体捕集子系统的捕集气出口均通过管道与化工合成子系统相连。本发明通过各子系统协同运行及单元与外部电网的灵活互动，在促进可再生能源消纳、化石能源发电碳减排、电力系统灵活性等方面，具有显著优势。

技术领域

本发明涉及能源综合利用领域，具体涉及一种综合能源生产单元及方法。

背景技术

为保障能源供给安全、应对气候环境变化，亟需推动能源电力从高碳向低碳、从以化石能源为主向以清洁能源为主转变。电力行业是能源转型的重点领域。当前我国电源仍以燃煤火电为主，在役燃煤火电厂发电效率已基本达到瓶颈，单纯通过大规模应用碳捕集及封存技术实现碳减排的成本较高，简单关停火电厂也不利于一定时期内能源供应平稳过渡，迫切需要有效手段有序推进存量化石能源电源的升级改造，降低发电碳排放，充分发挥其基础保障和调节作用；另外，由于以风光发电为主的可再生能源，具有波动性和间歇性，机组出力不确定性强，抗扰动能力和动态调节能力弱，新能源高比例接入将对电力系统安全稳定运行带来很大挑战，系统灵活调节资源的需求显著提升。

为加快促进以新能源为主体的新型电力系统构建，提高可再生能源电量占比，同时推动化石能源电源的科学合理转型和有序退出，保障能源电力供给安全，助力电力行业碳减排目标实现，需要寻求新的解决思路和发展模式。

目前现有技术中暂无针对火电低碳转型及电力系统灵活性提升，考虑融合可再生能源发电、煤电二氧化碳捕集、电解水制氢、甲醇/甲烷/氨合成等多类型技术，构建综合能源生产单元的相关概念或方案。

发明内容

本发明提供一种综合能源生产单元及方法，将电解制氢、可再生能源发电、甲醇/甲烷/氨合成、二氧化碳捕集等设备集成为一体，通过系统内部各子系统协同运行及系统与外部电网的灵活互动，在促进可再生能源消纳、化石能源发电碳减排、电力系统灵活性等方面，具有显著优势。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

综合能源生产单元，包括发电子系统、电解制氢子系统、气体捕集子系统以及化工合成子系统；

所述发电子系统、电解制氢子系统、气体捕集子系统、化工合成子系统的电气部分经综合能源生产单元内部汇流母线相连，所述汇流母线连接至电网；所述发电子系统的热力部分与电解制氢子系统、化工合成子系统相连，所述发电子系统的排气部分与气体捕集子系统相连，所述气体捕集子系统还设置有空气入口；所述电解制氢子系统的氢气出口、气体捕集子系统的捕集气出口均通过管道与化工合成子系统相连。

进一步地，所述发电子系统为燃煤火电机组、风力发电机组、光伏发电机组、水力发电机组和生物质发电机组中的一种或多种组合。

进一步地，所述电解制氢子系统包括用于生产氢气的电解水制氢装置，电解水制氢方式为碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢和固体氧化物电解水制氢中的一种或多种组合。

进一步地，所述电解制氢子系统还包括设置于电解水制氢装置和化工合成子系统之间的氢气缓存装置。

进一步地，所述气体捕集子系统包括给化工合成子系统提供所需原料气体的气体获取装置。

进一步地，所述气体捕集子系统还包括设置于气体获取装置和化工合成子系统之间的气体缓存装置。

进一步地，所述化工合成子系统包括甲醇合成装置、甲烷合成装置、氨气合成装置中的一种或多种。