[发明专利]一种基于可再生能源与氢能甲醇化的能源系统及能源利用方法

说明书

本发明公开了一种基于可再生能源与氢能甲醇化的能源系统及其利用方法，该能源系统包括：可再生能源发电系统、电解水系统、生物质富氧燃烧系统、甲醇合成系统、液体燃料储运系统、甲醇重整系统和燃气蒸汽联合循环发电系统。所述可再生能源发电系统所产生的电能的大部分被用于在电解水系统中电解产生氢气和氧气，氧气与生物质燃料一起被送至生物质富氧燃烧系统中产生电能和二氧化碳，氢气与二氧化碳一道通过甲醇合成系统产生甲醇，甲醇作为液体燃料通过所述液体燃料储运系统输送至各地。通过甲醇重整系统可将甲醇转化为氢气，氢气被用作燃料，也可通过燃气蒸汽联合循环发电系统进行发电。

技术领域

本发明属于能源发电领域，涉及一种基于可再生能源与氢能甲醇化的能源系统及能源利用方法。

背景技术

近年来，随着人类社会和经济的快速发展，大量化石燃料的消耗导致排放大量的温室气体，造成全球变暖以及极端气候频发。为了保护人类赖以生存的环境，减少温室气体的排放已成为人类迫在眉睫的工作。2020年我国宣布，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和。要实现这一目标，关键在于减少化石能源的使用，这使得发展可再生能源成为未来能源发展的主要趋势。我国已经明确指出到2030年，可再生能源在能源消费结构中的比例将达到25％；预计到2060年实现碳中和时，可再生能源占能源消费结构的比例更是有望达到85％以上。

过去十年，新能源发电在我国得到迅猛发展，技术已经趋于成熟，目前已经基本实现平价上网。未来，光伏风电在装机容量和发电量方面依然会增长迅速：预计到2060年，风电、光伏装机容量预计将达到72.8亿千瓦以上，占发电总装机有望超过火电；预计装机容量占比将达90.8％，占总发电量比例有望达到79.7％。不仅如此，其发电成本还有望进一步降低，从而使风电、光伏等可再生能源发电在经济上具备了大规模应用的广阔前景。

然而由于可再生能源自身具有的波动性、不连续性和不稳定性，给电网安全稳定运行和可再生能源发电消纳带来严峻挑战。由于我国地理条件以及资源禀赋的限制，我国缺少抽水蓄能电站以及燃气电厂等调峰电源，目前全国多数电网主要是依靠燃煤电厂来调峰、实现可再生能源消纳，这会导致大量温室气体的排放。大量的新能源电力无法被消纳会导致一定程度的弃风弃光现象。未来，当可再生能源发电量占比会继续提高、甚至达到50％(预计2040年)，如何消纳新能源发电将面临严峻的挑战。

相比于抽水蓄能、电化学储能等传统储能方式，氢能是一种优质清洁的大规模储能载体，它的能量密度大，燃烧清洁；既可实现大规模储能，又可作为清洁的气体燃料和化工原料，有望彻底解决可再生能源发电不连续、不稳定的问题。然而，受制于氢的特殊性质，氢能利用与现有的化石能源利用体系完全无法兼容，存在很多制约因素：氢的终端利用昂贵且复杂，尚无大规模应用；氢气易燃易爆、燃烧范围宽，在制备、储存、运输、加注和使用过程中广泛存在泄露和爆炸的风险等。

而甲醇被视为是一种理想的氢气载体：不仅可以解决氢气不好运输的问题，还可以通过甲醇重整技术重新转化为氢气进行利用。然而现有技术中鲜有可靠的利用再生能源的氢能甲醇化能源综合系统。

发明目的

本发明的目的即在于解决现有技术中所存在的难题，提供了一种基于可再生能源与氢能甲醇化的能源系统及能源利用方法，该能源系统使用可再生能源制备甲醇，将甲醇运输至各地，再通过甲醇重整技术将甲醇重新转化为氢气，将氢气作为能源使用，既实现了大规模储能，又可作为清洁的气体燃料和化工原料，还解决了氢气不好运输的问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种基于可再生能源与氢能甲醇化的能源系统，包括：可再生能源发电系统、电解水系统、生物质富氧燃烧系统、甲醇合成系统、液体燃料储运系统、甲醇重整系统和燃气蒸汽联合循环发电系统。

优选地，所述可再生能源发电系统采用风能和/或太阳能进行发电，包括风力发电机组和/或光伏发电机组，其所产生的电能的大部分被输送至电网，其余部分作为弃电被提供至所述电解水系统，用来制备氢气和氧气；