一种火电厂氢能储能调峰调频系统的制作方法

本发明涉及火电厂调峰调频系统，具体的涉及一种利用电解制氢、氢燃料发电装置进行火电厂调峰调频的系统。

背景技术：

近年来，在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰及电网调频的需求量越来越大，调峰调频困难已经成为电网运行中最为突出的问题。

目前，火电厂响应电网调峰、调频需求主要依靠机组本身的一次调频、二次调频响应措施，或者通过锅炉增加或减少燃烧负荷和汽机旁路等措施进行电网调峰。随着近一年的能源局主推的火电灵活性调峰技术的大面积推广，全国很多示范电厂出现了各种各样的深度调峰方案，赫普公司的高压固体蓄热电锅炉进行火电灵活性调峰也取得了很好的使用效果。目前，机组主要通过锅炉、汽轮机的协调控制，依靠增、减燃料量，开大或开小汽轮机调门来相应电网的需求，由于锅炉存在迟延，机组负荷始终存在局限性，汽轮机为确保调节裕量，调门也无法保持全开状态，限制了调节的深度。所以无论是固体蓄热电锅炉调峰，还是汽机旁路联合大型蓄热水罐调峰，都无法在非供热季使用，而且这些技术措施由于响应时间缓慢，都无法提供电网的调频辅助服务。

氢能作为一种清洁燃料，是目前比较理想的一种燃料，而且中国氢气年产量已逾千万吨规模，位居世界第一。在氢能的应用端，除了大规模的工业应用，如合成氨、炼油、普法玻璃、多晶硅、蓝宝石等应用外，燃料电池汽车是未来最被看好的大规模氢能民用产业。利用氢能的燃料电池汽车是唯一能够全面达到汽车性能指标的环保车型，最大社会意义是代替石油和常规锂电池汽车的电池处理和污染问题，氢燃料电池汽车的优点确实很多，但截至目前还没有大规模量产化的氢燃料电池汽车的出现(丰田的mriai未来汽车只能算是小规模的量产)。将氢能作为一种燃料应用于发电站应用于调峰调频也很少见。

本发明利用电解制氢装置和氢燃料发电装置，实现了氢气的生产、存储和发电系统，从而变相实现了电能的储存，并实时快速一年四季地为火电厂和电网提供调峰和调频辅助服务，而且其热能副产物可以作为供热系统的热源，使整个系统效率更高。

技术实现要素：

本发明提供了一种火电厂氢能储能调峰调频系统，在火电厂利用电解制氢装置、氢能存储装置以及氢燃料发电装置，可以进行快速调节相应火电厂调峰调频，创造性地将电解制氢、储氢，通过氢燃料发电与火电厂的调峰调频进行联动，通过控制电解制氢以及控制氢燃料发电装置的发电功率和升降功率，对电网的用电量以及负荷的变化做出快速相应，从而使得火电厂利用氢能进行调峰调频成为可能。

为实现上述目的，本发明通过以下方式实现：

一种火电厂氢能储能调峰调频系统，所述的系统包括：供电控制模块，其输入端连接火电厂输出口，输出端连接电解制氢装置，用于将火电厂输出的电能用于电解制氢槽制备氢气；

电解制氢装置，包括电解制氢槽和向电解制氢槽直流供电的逆变器；

氢能存储装置，用于将氢气以氢能的形式储存；氢燃料发电装置，将氢能存储装置中氢气转化为电力；

电网调峰调频控制模块，包括电网电力调度中心和电厂集中控制系统，根据电网峰谷差的变化或外界负荷变化，所述的电网调峰调频控制模块控制电解制氢装置和氢燃料发电装置启停或功率负荷调整，实现火电厂的调峰调频。

进一步，所述供电控制模块包括：第一变压器，用于将输入的电压变压后经过第一开关输送给电解制氢装置；或第一开关不经过第一变压直接给电解制氢装置供电。

进一步，电厂输出电压通过升压变压器升压到220kv～500kv后输出到电网，所述供电控制模块包括：第二变压器，用于将输入的电压变压后经过第二开关输送给电解制氢装置。

进一步，所述供电控制模块包括：第三变压器，用于将输入的电压变压后经过第三开关输送给电解制氢装置；或第三开关，厂电压不经过变压器变压直接给电解制氢装置供电。

优选的，所述的电解制氢槽是碱性水溶液电解制氢槽、质子膜电解槽、固体聚合物电解槽或高温固体氧化物电解槽中的至少一种；

根据本发明的一些实施例，所述的氢能存储装置为氢气存储装置，用于将氢气以高压气态存储或低温液态形式存储。

根据本发明的一些实施例，所述的氢能存储装置为氢油存储装置，用于将氢气与有机溶剂混合形成氢油在常温常压下以液态形式存储。

进一步，所述的氢油存储装置包括氢油合成装置，通过将氢气与有机溶剂混合形成氢油。

进一步，所述的氢油存储装置还包括氢油存放装置，用于常温常压下存放氢油。

进一步，所述的氢油存储装置还包括氢油分解装置，用于将氢油分解产生氢气。

进一步，所述氢油是一种通过氢气与有机溶剂进行加氢反应形成的携氢体系，所述携氢体系在常温常压下呈液态，且能够通过脱氢反应分解出氢气。

优选的，所述氢油能够在催化剂的作用下，于80℃-250℃的温度下分离出氢气。

进一步，所述有机溶剂为不饱和碳氢化物或杂环不饱和化合物一种或多种。

优选的，所述不饱和碳氢化物为不饱和芳香烃。

优选的，所述有机溶剂至少包括两种，且至少一种所述的有机溶剂为熔点低于80℃的低熔点化合物。

根据本发明的一些实施例，所述的氢燃料发电装置为氢燃料电池热电联产机组，或氢燃气轮机热电联产机组或其组合。

优选的，述的氢燃料电池热电联产机组是高分子电解质膜、碱性、磷酸、熔融碳酸盐或固体氧化物氢燃料电池中的至少一种。

进一步，所述的氢燃料发电装置可以为多个。

进一步，所述的电解制氢装置可以为多个。

优选的，所述氢燃料发电装置能够与供热管网连接，氢燃料发电装置产生的热量用于供热系统。

优选的，所述氢燃料发电装置产生的余热还能够用于氢油分解装置的分解工艺需要加热的热量；

进一步，所述的电网调峰调频控制模块根据电量变化，在用电低谷电时段发布电解制氢装置启动指令,同时发布氢燃料发电装置停机指令，从而达到低谷电时段间接利用弃风弃光电在火电厂内电解制氢；在用电高峰时段发布氢燃料发电装置启动指令，同时发布电解制氢装置停机指令，利用储存的氢气通过氢燃料发电装置发电，实现电网峰谷电量平抑和深度调峰。

进一步，所述的电网调峰调频控制模块，根据电网频率变化，在需要快速减少发电负荷时，快速启动电解制氢装置,同时停止氢燃料发电装置；在需要快速增加发电负荷时，快速启动氢燃料发电装置，同时快速停止电解制氢装置；利用电解制氢装置耗电和氢燃料发电装置发电的快速投切和升降负荷，满足电网快速调频需求。

本发明的有益效果：

1)本发明的氢气燃料电池或微型燃气轮机发电系统，可以灵活的启停和变动发电功率，从而为电力市场和电网全年提供调峰和调频等辅助服务，从而缓解了电网平衡和峰谷差问题。

2)本发明采用有机溶剂储氢和运输氢气技术，可以实现氢能在常温常压存储，方便快捷且安全，节省能耗。

3)本发明在火电厂利用电解氢气装置、氢能存储装置以及氢燃料发电装置，进行氢能存储，根据电量变化以及频率变化，通过调整氢燃料发电装置的发电功率和升降功率快速调节相应火电厂调峰调频需求，快速，便捷，相应及时。

4)对于机组负荷较大的火电厂来说，现有技术中往往采用增加电极锅炉的数量效果欠佳；而采用本发明所述的系统，设备简单，调峰调频相应及时，充分利用了电网的资源，并且能够有效地防止火电厂频率的波动，保证了整个火电厂电网运行的稳定。

附图说明

图1是本发明实施例1中一种火电厂氢能储能调峰调频系统的结构图；

图2是本发明实施例2中利用氢油常温常压存储氢气的火电厂氢能储能调峰调频系统的结构图；

图3是本发明实施例3中利用高压或低温液态存储氢气的火电厂氢能储能调峰调频系统的结构图；

图4是本发明实施例4中利用碱性水溶液电解槽制氢气的火电厂氢能储能调峰调频系统的结构图；

为进一步清楚的说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了一下附图标记，并加以说明。

1.升压变压器；2.第二变压器；2-1.第二开关；3.第一变压器；3-1.第一开关；4.第三变压器；4-1.第三开关；；6.电解制氢装置；61.逆变器；62.制氢电解槽；7.氢能存储装置；71.氢气存储在装置；72.氢油存储装置；721.氢油合成装置；722.氢油存放装置；723.氢油分解装置；8.第四变压器；8-1.第四开关；9.氢燃料发电装置；10.电网调峰调频控制模块；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的油温加热带控制方法、控制装置以及空调器。

实施例1

图1是本发明实施例1中一种火电厂氢能储能调峰调频系统，所述系统包括：

供电控制模块，其输入端连接火电厂输出口，输出端连接电解制氢装置6，用于将火电厂输出的电能用于电解制氢槽62制备氢气；

电解制氢装置6，包括电解制氢槽62和向电解制氢槽62直流供电的逆变器61；

氢能存储装置7，用于将氢气以氢能的形式储存；

氢燃料发电装置9，将氢能存储装置7中氢气转化为电力；

电网调峰调频控制模块10，包括电网电力调度中心和电厂集中控制系统，根据电网峰谷差的变化或外界负荷变化，所述的电网调峰调频控制模块10控制电解制氢装置6和氢燃料发电装置9启停或功率负荷调整，实现火电厂的调峰调频。

本实施例中，所述供电控制模块包括：第一变压器3，用于将输入的电压变压后经过第一开关3-1输送给电解制氢装置6；或第一开关3-1不经过第一变压3)直接给电解制氢装置6供电。

本实施例中，电厂输出电压通过升压变压器1升压到220kv～500kv后输出到电网，所述供电控制模块包括：第二变压器2，用于将输入的电压变压后经过第二开关2-1输送给电解制氢装置6。

本实施例中，所述供电控制模块包括：第三变压器4，用于将输入的电压变压后经过第三开关4-1输送给电解制氢装置6；或第三开关4-1，厂电压不经过变压器变压直接给电解制氢装置6供电。

具体的，所述的电网调峰调频控制模块10根据电网峰谷差的变化，在用电低谷时段时，所述的电网调峰调频控制模块10发布电解制氢装置6启动指令,同时发布氢燃料发电装置9停机指令，从而达到间接利用弃风弃光电在火电厂内电解制氢，制备的氢气可以以氢气的形式或者氢油的形式存储在存储装置7中；在用电高峰时段时，所述的电网调峰调频控制模块10发布用于氢燃料发电装置9启动指令，同时发布电解制氢装置6停机指令，利用储存的氢气通过氢燃料发电装置9发电，实现电网峰谷电量平抑和深度调峰。

具体的，所述的电网调峰调频控制模块10根据外界负荷变化，在需要快速减少发电负荷时，启动电解制氢装置6,同时停止分布式氢燃料发电装置9，制备的氢气可以以氢气的形式或者氢油的形式存储在存储装置中；在需要快速增加发电负荷时，快速停止电解制氢装置6，同时快速启动氢燃料发电装置9，根据调频需要增加发电负荷；通过利用电解制氢装置6耗电和氢燃料发电装置9发电的快速投切和升降负荷，从而满足电网快速的调频辅助服务需求。

在火电厂通过利用氢能发电调峰调频系统中电解氢气装置以及氢燃料发电装置实现在低谷时利用电能制氢，在高峰时段利用氢气燃料发电供电，充分利用电能，达到调峰的作用。重要的是，本发明中利用氢能储能能够及时相应外界负荷变化，通过控制氢燃料发电装置9功率的快速增加或者减少，整个火电厂的用电量跟随电网调频控制信号做出快速响应和负荷变化，从而使得火电厂利用氢能进行调峰调频成为可能。可见，采用本发明所述的系统用于发电站调峰调频更方便、快捷。

需要说明的是，电解制氢装置6，包括电解制氢槽62和向电解制氢槽62直流供电的逆变器61；通过逆变器进行电能转化，用于向电解制氢槽62提供电力，通过电解方式制取氢气，具体的电解制取氢气的方法可以采用本领域技术常规的电解制氢方式。具体的，所述的电解制氢槽62可以是碱性水溶液电解制氢槽、质子膜电解槽(pem)、固体聚合物电解槽或高温固体氧化物电解槽中的至少一种。

需要说明的是，所述的氢能存储装置7，可以为存储罐或者其他形式，可以以高压气态或低温液态的形式存储氢气，也可以氢油的方式存储氢气。

需要说明的是，所述的氢燃料发电装置9可以是氢燃料电池热电联产机组，或者氢燃气轮机热电联产机组或其组合。具体的，所述的氢燃料电池热电联产机组521可以是高分子电解质膜、碱性、磷酸、熔融碳酸盐或固体氧化物氢燃料电池中的至少一种。

另外，氢燃料电池热电联产机组还可以采用日本ene-farm系统的用户燃料电池发电机组，发电功率在700w左右。机组的发电负荷调整非常迅速，完全可以满足电网的调峰调频需求。

为了更好的利用氢燃料发电装置9输出的能量，氢燃料发电装置9还可以与供热管网连接，产生的热能副产物可以作为供热空调的热源，进一步提高整个系统的利用率。

实施例2

图2是本发明实施例2中利用氢油常温常压存储氢气的火电厂氢能储能调峰调频系统的结构图，与实施例1不同的是，所述的氢能存储装置7为氢油存储装置72，具体的所述氢油存储装置72包括氢油合成装置721、氢油存放装置722以及氢油分解装置723。其他系统构成与实例1完全相同。

其中，电网调峰调频控制模块10用于发指令启动电解制氢装置6制取氢气，制备得到的氢气在氢油合成装置721中通过与有机溶剂混合，在催化剂的作用下进行加氢处理，形成携带氢气的有机溶剂，简称氢油。将制备的氢油放置于氢油存放装置722中，根据电网调峰调频的需要，通过氢油分解装置723将氢油存放装置722中的氢油进行分离，分离得到氢气被输送至氢燃料发电装置9中，电网调峰调频控制模块10控制氢燃料发电装置9的发电功率和升降功率，实现电网的调峰调频。

其中，所述的氢油合成装置721，主要用于将氢气与有机溶剂进行混合，并且在催化剂的作用下进行加氢处理形成氢油。所述氢油是一种通过氢气与有机溶剂进行加氢反应形成的携氢体系，所述携氢体系在常温常压下呈液态，且能够通过脱氢反应分解出氢气。其中，脱氢反应过程为：在催化剂的作用下，于80℃-250℃的温度下分离出氢气。优选的，脱氢反应过程于80℃-150℃的温度下分离出氢气。

其中，所述的氢油中，所述的有机溶剂为不饱碳氢化合物或杂环不饱和化合物。所述的有机溶剂分别选自苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、苯乙烯、苯乙炔、蒽、萘、苯胺、咔唑、n-甲基咔唑、n-乙基咔唑、n-正丙基咔唑、n-异丙基咔唑、n-正丁基咔唑、吲哚、n-甲基吲哚、n-乙基吲哚、n-丙基吲哚、喹啉、异喹啉、吡啶、吡咯、呋喃、苯并呋喃、噻吩、嘧啶及咪唑。优选的，所述不饱碳氢化合物为不饱和芳香烃。其中苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、苯乙烯、苯乙炔、蒽、萘属于不饱和芳香烃，苯胺、咔唑、n-甲基咔唑、n-乙基咔唑、n-正丙基咔唑、n-异丙基咔唑、n-正丁基咔唑、吲哚、n-甲基吲哚、n-乙基吲哚、n-丙基吲哚、喹啉、异喹啉、吡啶、吡咯、呋喃、苯并呋喃、噻吩、嘧啶及咪唑属于杂环不饱和化合物。作为本发明的一种实施例，所述有机溶剂至少包括两种，且至少一种有机溶剂为熔点低于80℃的低熔点化合物。选用其中的至少两种有机溶剂，得到的储氢体系具有较低的共熔点，不同的不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物具有不同的熔点，将两种或两种以上的稠杂环不饱和化合物混合后，形成的混合体系具有至少低于其中某一组分熔点的低共熔点。而在两种或两种以上的不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物中选用至少一种自身熔点小于80℃的低熔点化合物，能够使整个储氢体系的低共熔点下降至室温附近，因此所述的氢油能够在常温常压下进行存储和运输。而且这些化合物均较为易得，成本较低。同时，还具有较好的可逆加氢/脱氢性能。具体的，有机溶剂选用n-甲基咔唑(熔点为-6℃)和n-乙基咔唑(熔点为68℃)，以环己烷作为加氢添加剂，混合。在压力为8mpa、搅拌速率为600rpm及加氢催化剂ru-al2o3的催化作用下进行加氢处理即得氢油。

作为另外一种实施例，制备氢油的有机溶剂为一种有机溶剂，其中，所述的有机溶剂为不饱和碳氢化合物carbon-hydride例如甲苯，甲苯与氢气反应生成甲基环己烷(如mch即methylcyclohexane)，形成氢油，其在常温常压下为液态，便于进行存储和运输，并且可以通过脱氢反应，实现与氢气的分离，一般分离时温度范围为80℃至150℃。

上述氢油在常温常压下放置于氢油存放装置721中，需要的时候，通过发电站中设置的氢油分解装置723分离得到氢气用作燃料供电，从而用于发电站调峰调频。

其中，所述的氢油分解装置723可以采用本领域的常规分解技术进行分解，例如加热脱氢或者在脱氢催化剂的作用下于80-250℃脱氢处理，将上述携带氢气的有机溶剂形成携氢体系分解为氢气和携氢载体(有机溶剂)。产生的氢气用于供应燃料电池或气轮机，以转化为电能供调峰调频发电站，使得氢能分布式发电调峰调频成为可能。

需要说明的是，该发电站中所述氢燃料发电装置9还可以与氢油分解装置723连接，氢燃料发电装置9产生的余热可以用于氢油分解装置723的分解工艺需要加热的热量。

实施例3

图3是本发明实施例3中利用高压或低温液态存储氢气的火电厂氢能储能调峰调频系统的结构图。其中所述的氢能存储装置7为氢气存储装置71。其他系统构成以及调控过程与实例1完全相同。所述的氢气存储装置71将氢气以高压气态存储或低温液态存储的形式进行存储，具体的装置为本领域常见存储氢气的储存罐，或者其他形式。

实施例4

图4是本发明实施例4中利用碱性水溶液电解槽制氢气的火电厂氢能储能调峰调频系统的结构图；其中电解制氢装置6包括与供电模块连接的逆变器61和电解制氢槽62，所述的电解槽制氢62为碱性水溶液电解槽制氢装置。其他系统构成以及调控过程与实例1完全相同。

需要说明的是，所述的电解槽制氢62还可以为质子膜电解槽、固体聚合物电解制氢装置、高温固体氧化物电解制氢装置或其组合，具体的制备过程采用本领域常规的制备工艺。

实施例5

所述的氢燃料发电装置9可以是氢燃料电池热电联产机组91或氢燃气轮机热电联产机组92，其他系统构成以及调控过程与实例1完全相同。通过上述两组或者多个氢燃料发电装置的配合使用，能够更及时、响应发电站调峰调频的过程。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。