一种火力发电厂脱碳储能耦合系统的制作方法

1.本发明涉及火力发电系统的技术领域，具体为一种火力发电厂脱碳储能耦合系统。


背景技术：

2.我国新能源的风、光发电装机规模迅猛发展，发电量占比不断提升，电力系统急需大比例灵活电源改善电源结构，缓解系统调峰压力，解决新能源电力消纳问题。但是火力发电仍是我国重要的电能来源，火电耦合储能可以低成本高效率地为电网提供大量灵活性资源；同时，火电也排放出大量二氧化碳，火电二氧化碳捕集与利用问题也日益重要。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供了一种火力发电厂脱碳储能耦合系统，其能够将火电排放的二氧化碳捕集后进行二次利用，降低了碳排放，同时增加了发电机组的收益。
4.一种火力发电厂脱碳储能耦合系统，其特征在于，其包括：
5.汽轮机；
6.发电机；
7.冷凝器；
8.水泵；
9.锅炉；
10.二氧化碳捕集装置；
11.二氧化碳加热器；
12.以及固体氧化物电解池；
13.液态水通过水泵入口连通至所述锅炉的入水口，所述锅炉的蒸汽出口通过管路连接所述汽轮机内部，蒸汽在汽轮机内膨胀做功、将热能转化为机械能，所述汽轮机的机械能输出端外接发电机动力输入端，蒸汽通过汽轮机降温降压进入所述冷凝器冷凝为液态水，所述冷凝器的液态水出口端连接水泵入口、形成一个发电循环；
14.所述锅炉产生的烟气通过管路通入所述二氧化碳捕集装置、去除杂质、产生纯净二氧化碳；所述二氧化碳捕集装置的纯净二氧化碳出口连接至所述二氧化碳加热器的二氧化碳入口，所述二氧化碳加热器的二氧化碳出口连接至所述固体氧化物电解池的二氧化碳入口，所述固体氧化物电解池的电解气体出口外接独立管路布置。
15.其进一步特征在于：
16.所述二氧化碳加热器的热源为锅炉所产生的蒸汽，所述锅炉产生的蒸汽通道通过加热水蒸气调节阀通入所述二氧化碳加热器的加热介质入口，所述二氧化碳加热器的加热介质出口通过管路再次接入到所述汽轮机的蒸汽入口；
17.所述固体氧化物电解池还具有电解水功能，所述二氧化碳加热器的加热介质出口通过旁通管路、电解水蒸汽调节阀连接至所述固体氧化物电解池的电解水入口；
18.其还包括有二氧化碳调节阀，所述二氧化碳捕集装置的纯净二氧化碳出口和所述固体氧化物电解池的二氧化碳入口之间连接管路上设置有二氧化碳调节阀，所述二氧化碳调节阀调节二氧化碳进入固体氧化物电解池的流量；
19.所述固体氧化物电解池的电源输入端顺次连接稳压器、电厂厂用电母线，所述固体氧化物电解池所需电能来自电厂厂用电母线，稳压器将电厂厂用电母线所对应的厂用电转变为2.5v～3v的直流电、为固体氧化物电解池供电；
20.所述固体氧化物电解池由若干电解池单元并联组合形成；所述固体氧化物电解池所需电能的额定功率可根据政策和市场条件改变，运行所需电能功率为0～p
电解
，可使火电机组出力范围拓宽至(p
机组-p
电解
)～p
机组
。
21.采用本发明后，火力发电厂一方面通过发电循环进行发电，另一方面脱除火电机组运行产生的二氧化碳、通过固体氧化物电解池低成本制取一氧化碳及氢气，增加机组收益；其能够将火电排放的二氧化碳捕集后进行二次利用，降低了碳排放，同时增加了发电机组的收益。
附图说明
22.图1为本发明的结构示意框图；
23.图中序号所对应的名称如下：
24.汽轮机1、发电机2、冷凝器3、水泵4、锅炉5、二氧化碳捕集装置6、二氧化碳调节阀7、二氧化碳加热器8、电解水蒸汽调节阀9、固体氧化物电解池10、稳压器11、电厂厂用电母线12、加热水蒸汽调节阀13。
具体实施方式
25.一种火力发电厂脱碳储能耦合系统，见图1，其包括汽轮机1、发电机2、冷凝器3、水泵4、锅炉5、二氧化碳捕集装置6、二氧化碳加热器8、以及固体氧化物电解池10；
26.液态水通过水泵4的入口连通至锅炉5的入水口，锅炉5的蒸汽出口通过管路连接汽轮机1内部，蒸汽在汽轮机1内膨胀做功、将热能转化为机械能，汽轮机1的机械能输出端外接发电机2动力输入端，蒸汽通过汽轮机1降温降压进入冷凝器3冷凝为液态水，冷凝器3的液态水出口端连接水泵4入口、形成一个发电循环；
27.锅炉5产生的烟气通过管路通入二氧化碳捕集装置6、去除杂质、产生纯净二氧化碳；二氧化碳捕集装置6的纯净二氧化碳出口连接至二氧化碳加热器8的二氧化碳入口，二氧化碳加热器8的二氧化碳出口连接至固体氧化物电解池10的二氧化碳入口，固体氧化物电解池10的电解气体出口外接独立管路布置。
28.具体实施例、见图1：二氧化碳加热器8的热源为锅炉5所产生的蒸汽，锅炉5产生的蒸汽通道通过加热水蒸气调节阀13通入二氧化碳加热器8的加热介质入口，二氧化碳加热器8的加热介质出口通过管路再次接入到汽轮机1的蒸汽入口；其使得整个系统不需要额外的热源、简化了装置的运行成本；
29.固体氧化物电解池10还具有电解水功能，二氧化碳加热器8的加热介质出口通过旁通管路、电解水蒸汽调节阀9连接至固体氧化物电解池10的电解水入口；
30.具体实施时，固体氧化物电解池10的阳极管口用于输出氧气，而阴极管口用于输
出一氧化碳或/和氢气。
31.其还包括有二氧化碳调节阀7，二氧化碳捕集装置6的纯净二氧化碳出口和固体氧化物电解池10的二氧化碳入口之间连接管路上设置有二氧化碳调节阀7，二氧化碳调节阀7调节二氧化碳进入固体氧化物电解池10的流量；
32.固体氧化物电解池10的电源输入端顺次连接稳压器11、电厂厂用电母线12，固体氧化物电解池10所需电能来自电厂厂用电母线12，稳压器11将电厂厂用电母线12所对应的厂用电转变为2.5v～3v的直流电、为固体氧化物电解池供电。
33.具体实施例中，二氧化碳调节阀7具体为二氧化碳电动调节阀；加热水蒸汽调节阀13具体为加热水蒸汽电动调节阀；电解水蒸汽调节阀9具体为电解水蒸汽电动调节阀，其调节阀均为电动调节阀。
34.火力发电的热力循环过程为：液态水经给水泵4送入锅炉5，产生高温高压的主蒸汽，随后进入汽轮机1膨胀做功，将热能转化为机械能，带动发电机2发电，蒸汽经过汽轮机降温降压，并进入冷凝器3冷凝为液态水，再进入给水泵4，形成一个发电循环。
35.锅炉产生的烟气首先进入二氧化碳捕集装置6，去除杂质、产生纯净二氧化碳；二氧化碳调节阀7调节6产生的二氧化碳进入固体氧化物电解池10的流量。用于电解的二氧化碳首先经过二氧化碳加热器8，温度上升至700℃，热源为锅炉出口的主蒸汽。主蒸汽经过加热水蒸气调节阀13进入二氧化碳加热器8，冷却后回到汽轮机1入口。高温二氧化碳在固体氧化物电解池10中被电解为一氧化碳和氧气，固体氧化物电解池10所需电能来自电厂厂用电母线12，稳压器11将厂用电转变为2.5v～3v的直流电，为电解池10供电。
36.电解池10同时可以电解水，产生氢气和氧气，如图1所示，二氧化碳加热器8排出的高温蒸汽可通过电解水蒸汽调节阀9进入固体氧化物电解池10。
37.固体氧化物电解池10由更小的电解池单元并联，所需电能的额定功率可根据政策和市场条件改变，运行所需电能功率为0～p
电解
，可使火电机组出力范围拓宽至(p
机组-p
电解
)～p
机组
，增加火电机组的灵活性，获得辅助服务收益。以投资收益率最高为优化目标，可获得固体氧化物电解池10的最佳额定功率。
38.固体氧化物电解池10在同一时间有三种运行模式：1)只电解二氧化碳产生一氧化碳和氧气；2)只电解水产生氢气和氧气；3)二氧化碳/水共解产生合成气(一氧化碳和氢气)和氧气。电解池的运行模式选择通过考虑以下两方面因素后综合选择：1)电解池需要消耗的功率，以满足电网对机组出力要求，获得辅助服务收益；2)一氧化碳、氢气及合成气的市场价格比较。
39.其有益效果如下：
40.1提高火电机组的灵活性，为电网提供灵活性资源，获得辅助服务收益；
41.2脱除火电机组运行产生的二氧化碳，有利于机组在碳市场获益；
42.3低成本制取一氧化碳及氢气，增加机组收益。
43.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
44.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种火力发电厂脱碳储能耦合系统，其特征在于，其包括：汽轮机；发电机；冷凝器；水泵；锅炉；二氧化碳捕集装置；二氧化碳加热器；以及固体氧化物电解池；液态水通过水泵入口连通至所述锅炉的入水口，所述锅炉的蒸汽出口通过管路连接所述汽轮机内部，蒸汽在汽轮机内膨胀做功、将热能转化为机械能，所述汽轮机的机械能输出端外接发电机动力输入端，蒸汽通过汽轮机降温降压进入所述冷凝器冷凝为液态水，所述冷凝器的液态水出口端连接水泵入口、形成一个发电循环；所述锅炉产生的烟气通过管路通入所述二氧化碳捕集装置、去除杂质、产生纯净二氧化碳；所述二氧化碳捕集装置的纯净二氧化碳出口连接至所述二氧化碳加热器的二氧化碳入口，所述二氧化碳加热器的二氧化碳出口连接至所述固体氧化物电解池的二氧化碳入口，所述固体氧化物电解池的电解气体出口外接独立管路布置。2.如权利要求1所述的一种火力发电厂脱碳储能耦合系统，其特征在于：所述二氧化碳加热器的热源为锅炉所产生的蒸汽，所述锅炉产生的蒸汽通道通过加热水蒸气调节阀通入所述二氧化碳加热器的加热介质入口，所述二氧化碳加热器的加热介质出口通过管路再次接入到所述汽轮机的蒸汽入口。3.如权利要求2所述的一种火力发电厂脱碳储能耦合系统，其特征在于：所述固体氧化物电解池还具有电解水功能，所述二氧化碳加热器的加热介质出口通过旁通管路、电解水蒸汽调节阀连接至所述固体氧化物电解池的电解水入口。4.如权利要求3所述的一种火力发电厂脱碳储能耦合系统，其特征在于：其还包括有二氧化碳调节阀，所述二氧化碳捕集装置的纯净二氧化碳出口和所述固体氧化物电解池的二氧化碳入口之间连接管路上设置有二氧化碳调节阀，所述二氧化碳调节阀调节二氧化碳进入固体氧化物电解池的流量。5.如权利要求1所述的一种火力发电厂脱碳储能耦合系统，其特征在于：所述固体氧化物电解池的电源输入端顺次连接稳压器、电厂厂用电母线。6.如权利要求1所述的一种火力发电厂脱碳储能耦合系统，其特征在于：所述固体氧化物电解池由若干电解池单元并联组合形成。

技术总结
本发明提供了一种火力发电厂脱碳储能耦合系统，其能够将火电排放的二氧化碳捕集后进行二次利用，降低了碳排放，同时增加了发电机组的收益。其包括汽轮机、发电机、冷凝器、水泵、锅炉、二氧化碳捕集装置、二氧化碳加热器、以及固体氧化物电解池；液态水通过水泵入口连通至所述锅炉的入水口，所述锅炉的蒸汽出口通过管路连接所述汽轮机内部，蒸汽在汽轮机内膨胀做功、将热能转化为机械能，所述汽轮机的机械能输出端外接发电机动力输入端，蒸汽通过汽轮机降温降压进入所述冷凝器冷凝为液态水，所述冷凝器的液态水出口端连接水泵入口、形成一个发电循环；所述锅炉产生的烟气通过管路通入所述二氧化碳捕集装置、去除杂质、产生纯净二氧化碳。碳。碳。


技术研发人员：张丁凡 钟平 孟桂祥 王安庆 聂雨 郑磊
受保护的技术使用者：苏州西热节能环保技术有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/5/24