一种储存和释放电能的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种储存和释放电能的系统。
【背景技术】
[0002]随着国家经济建设的快速发展和人民生活水平的不断提高，对清洁能源的开发和环境质量的要求提出了新的要求。为此，国家投入了大量的人力、物力和财力发展清洁能源和治理工业尾气。
[0003]不完全统计，我国现目前风电累计装机容量91412.89MW。据报道，2013年我国弃风电量超过150亿千瓦时，经济损失大约为75亿元。2013年我国太阳能光伏发电装机容量1600万KW，全年发电量达80亿千瓦时，而同期国内太阳能实际需求量约45-60亿千瓦时；到2015年，中国太阳能光伏安装容量将达到3500万KW，到时弃电问题将更加突出。而同期我国水电总装机超过2.8亿KW，2013年水电新增装机近3000万KW。在丰水期发电量充足，由于消纳量在一定时期内较为固定，出现造成了丰水期电能大量损失以及设备、线网的损耗。
[0004]风能、太阳能和海洋能等可再生能源发电受季节、气象和地域条件的影响，具有明显的不连续、不稳定性。发出的电能波动较大，可调节性差。同时水力发电项目在丰水期发电量充足，但由于耗电总量在一定时期内较为固定，造成了丰水期电能大量损失以及设备、线网的损耗。当电网接入的发电容量过多时，电网的稳定性将受到影响。另外，工业尾气引发了日益严重的环境问题、资源的循环利用以及提高能源利用效率问题都促使人们去寻求解决这些问题的方法。如何实现电能的连续、稳定输出以及过剩电能的大规模储存问题，可以解决可再生能源发电直接并网对电网冲击、发电与用电的时差矛盾等问题，同时也是构建智能电网的关键。
[0005]目前储能技术可分为物理储能、化学储能、电磁储能及相变储能4大类。最成熟、最普遍的储能方式是抽水蓄能，由于它的应用受地质等条件的限制，远不能满足电力发展；压缩空气蓄能的一大缺陷在于效率较低；蓄电池储电能力小、寿命短，能量密度低，致使其实现大型电站储能受到限制；电解水，用氢气储存电能的方式受到氢气储存、运输难度大等缺陷的限制。
[0006]为此，人们更多的关注从其他方面进行大规模储能研宄。CN102170138专利公开了一种基于电-铝-氢循环系统的大规模储能方法。CN202596893U专利公开了一种基于催化气化的电-合成天然气调峰发电系统。CN104371780A公开了一种风、光弃电和工业有机废水用于煤制天然气的系统和方法。
[0007]如何实现过剩电能的大规模储存以及电能的连续、稳定输出，同时解决工业尾气的治理、循环利用问题，一直是本领域技术人员试图解决的难题。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的是提供一种储存和释放电能的系统，通过该系统可以实现将过剩电能先以替代天然气的形式储存起来，当用电高峰来临时，将替代天然气通过燃机发电机广生电能，达到现有电网的调峰和提尚电能利用效率的目的。
[0009]为了实现上述目的，本实用新型提供一种储存和释放电能的系统，其特征在于，该系统包括含碳氧化合物净化系统、造气系统、甲烷化反应系统、蒸汽透平系统、气体分离系统、天然气储罐和燃气发电机；所述含碳氧化合物净化系统的含碳氧化合物出口以及所述造气系统的氢气出口均与所述甲烷化反应系统的反应物入口连通；所述甲烷化反应系统的产品出口与所述气体分离系统的气体入口连通，甲烷化反应系统的蒸汽取热系统的蒸汽出口与所述蒸汽透平系统的蒸汽入口连通；所述气体分离系统的含碳氧化合物出口与所述含碳氧化合物净化系统的含碳氧化合物入口连通，天然气出口与天然气储罐的天然气入口连通，冷凝水出口与储水槽连通；所述天然气储罐的第一天然气出口与所述蒸汽透平系统的天然气入口连通，第二天然气出口与所述燃气发电机的天然气入口连通，第三天然气出口为将天然气送入天然气管网的天然气管网出口 ；所述蒸汽透平系统的天然气出口与液化天然气储罐连通，蒸汽出口与储水槽连通；所述燃气发电机的含碳氧化合物出口与所述含碳氧化合物净化系统的含碳氧化合物入口连通。
[0010]优选地，其特征在于，所述含碳氧化合物净化系统包括依次串联的含碳氧化合物缓冲罐和含碳氧化合物净化器。
[0011]优选地，其特征在于，所述含碳氧化合物净化器包括依次串联的水解反应器、精脱硫反应器和脱氧、脱硝反应器。
[0012]优选地，其特征在于，所述造气系统为固体氧化物电解池高温电解水制氢系统或电解锰盐溶液-锰金属-锰稀酸反应制氢系统。
[0013]优选地，其特征在于，所述固体氧化物电解池高温电解水制氢系统包括变压及整流装置和固体氧化物电解池；所述变压及整流装置设置有电流输入端和电流输出端，所述电流输出端与所述固体氧化物电解池的电流输入端电力连接；所述固体氧化物电解池的氢气出口与氢气缓冲罐的氢气入口连通，氧气出口与氧气储罐连通，入水口与所述气体分离系统的冷凝水出口连通；所述氢气缓冲罐的第一氢气出口为所述造气系统的氢气出口，第二氢气出口与氢气储罐连通。
[0014]优选地，其特征在于，所述电解锰盐溶液-锰金属-锰稀酸反应制氢系统包括变压及整流装置、锰盐溶液电解槽和锰稀酸反应装置；所述变压及整流装置设置有电流输入端和电流输出端，所述电流输出端与所述锰盐溶液电解槽的电流输入端电力连接；所述锰盐溶液电解槽的金属锰出口与所述锰稀酸反应装置的金属锰入口连通，锰盐溶液入口与所述锰稀酸反应装置的锰盐溶液出口连通，入水口与所述气体分离系统的冷凝水出口连通；所述锰稀酸反应装置的氢气出口与氢气缓冲罐的氢气入口连通；所述氢气缓冲罐的第一氢气出口为所述造气系统的氢气出口，第二氢气出口与氢气储罐连通。
[0015]优选地，其特征在于，所述甲烷化反应系统包括串联和/或并联的2-4台甲烷化反应器。
[0016]优选地，其特征在于，所述甲烷化反应器为具有高传热性能的热管固定床反应器和/或具有导流锥移热的径向床反应器。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的系统具有如下优点:
[0018]第一，运行稳定，具有良好的调峰效果。将风、太阳能产生的不稳定、不连续电能以及其他过剩电能通过电-替代天然气-电循环系统的联合生产，以替代天然气、液化天然气为储能载体，可以实现灵活调整产品结构。当夜晚或是冬天用电低谷期间，可以将过剩电能转化为替代天气；当白天或者是夏天用电高峰时，可以将存储的替代天然气用于发电，从而实现电网调峰发电的目的。
[0019]第二，环境友好，实现资源的循环利用。含碳原料来源于工业尾气，不但解决了工业尾气污染排放问题，还实现了资源的综合、循环利用问题。另外，甲烷化反应中会有大量的水生成，工艺凝水部分返回工艺管线，从而大幅度减少了外界供水量，提高了资源循环利用效率。
[0020]第三，产品多样性。该系统同时具有储能、发电的功能。电解过程可以获得纯度较高的氧气(金属锰)和氢气。另外，含碳氧化合物与氢气的甲烷化反应是一个强放热反应，该系统还产生大量的蒸汽。
[0021]本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0022]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0023]图1是本实用新型系统的一种【具体实施方式】所提供的储存和释放电能系统的示意图；
[0024]图2是本实用新型系统的另一种【具体实施方式】所提供的储存和释放电能系统的示意图。
[0025]附图标记说明
[0026]I变压及整流装置 2固体氧化物电解池 3氢气缓冲罐
[0027]4甲烷化反应系统 5含碳氧化合物净化器6含碳氧化合物缓冲罐
[0028]7气体分离系统 8燃气发电机 9天然气储罐10蒸汽管网
[0029]11氧气储罐12天然气管网13氢气储罐14储水槽15蒸汽透平系统
[0030]16液化天然气储罐 17锰盐溶液电解槽 18锰稀酸反应装置
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0032]本实用新型提供一种储存和释放电能的系统，其特征在于，该系统包括含碳氧化合物净化系统、造气系统、甲烷化反应系统4、蒸汽透平系统15、气体分离系统7、天然气储罐9和燃气发电机8 ;所述含碳氧化合物净化系统的含碳氧化合物出口以及所述造气系统的氢气出口均与所述甲烷化反应系统4的反应物入口连通；所述甲烷化反应系统4的产品出口与所述气体分离系统7的气体入口连通，甲烷化反应系统4的蒸汽取热系统的蒸汽出口与所述蒸汽透平系统15的蒸汽入口连通；所述气体分离系统7的含碳氧化合物出口与所述含碳氧化合物净化系统的含碳氧化合物入口连通，天然气出口与天然气储罐9的天然气入口连通，冷凝水出口与储水槽14连通；所述天然气储罐9的第一天然气出口与所述蒸汽透平系统15的天然气入口连通，第二天然气出口与所述燃气发电机8的天然气入口连通，第三天然气出口为将天然气送入天然气管网的天然气管网出口 ；所述蒸汽透平系统15的天然气出口与液化天然气储罐16连通，蒸汽出口与储水槽14连通；所述燃气发电机8的含碳氧化合物出口与所述含碳氧化合物净化系统的含碳氧化合物入口连通。
[0033]根据本实用新型，所述蒸汽透平系统是本领域技术人员所熟知的，是指一种将蒸汽的热能直接转换成转动的机械能，从而能够压缩天然气成为液化天然