碳水循环能源系统的制作方法

本公开涉及节能减排，尤其涉及一种碳水循环能源系统。

背景技术：

1、为应对全球气候变化，实现节能减排的目标，可再生能源如风能、太阳能的研究和发展越来越受到重视，风电光伏装机容量屡创新高，同时氢气作为清洁、无污染的可再生能源载体，电解水制氢也得到长足发展。在使用清洁能源的同时，减排也是实现目标的关键，采用二氧化碳捕集、输送、利用和封存对现有火电机组进行改造，从而达到二氧化碳减排的目标。

2、相关技术中，利用二氧化碳捕集、利用与封存技术实现发电，在发电过程中，对二氧化碳进行捕集、输送、利用和封存。

3、然而，上述二氧化碳捕集、利用与封存技术中，二氧化碳的利用场景较为匮乏，不利于形成碳循环。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种碳水循环能源系统，在该系统中，扩展了二氧化碳利用场景，且实现了碳水循环处理，且该系统可构成闭式循环，与外界无物质交换，仅有能量交换，系统稳定性较强，有利用电网的稳定性运行。

2、本公开提供了一种碳水循环能源系统，包括：甲烷合成子系统、电解水制氢子系统和燃气发电及产物分离子系统，其中，所述电解水制氢子系统包括可再生能源发电装置、电解槽、氢气储罐和氧气储罐，其中，所述甲烷合成子系统通过所述可再生能源发电装置产生的电能在所述电解槽内电解水产生氧气和氢气，并将所述电解槽内产生的氧气存储在所述氧气储罐中，将所述电解槽内产生的氢气存储在所述氢气储罐中；所述甲烷合成子系统包括第一换热器、一级反应器、净化器、第一气液分离器，其中，所述第一换热器用于接收所述氢气储罐中的氢气和所述燃气发电及产物分离子系统产出的二氧化碳，并对所述燃气发电及产物分离子系统产出的二氧化碳和所述氢气储罐中的氢气混合生成第一混合气体，所述一级反应器用于对所述第一混合气体进行甲烷合成处理生成反应物，所述净化器用于对接收到的反应物净化处理以生成甲烷与水的混合物，所述第一气液分离器用于对所述甲烷与水的混合物进行分离处理以获取水和甲烷，并将所述水输送至所述电解槽；所述燃气发电及产物分离子系统包括燃气轮机、氧气压缩机、透平、后燃室、余热锅炉、第二气液分离器，其中，所述燃气轮机用于接收所述甲烷合成子系统产生的甲烷，所述氧气压缩机用于获取所述氧气储罐中的氧气，所述氧气压缩机将压缩后的氧气输送至所述燃气轮机，所述燃气轮机对所述氧气储罐中的氧气和所述压缩后的氧气燃烧以产生第二混合气体，所述第二混合气体通过所述透平出口进入到所述后燃室，所述后燃室获取所述第二混合气体进行燃烧处理以获取二氧化碳与水蒸气的第三混合气体，所述余热锅炉对所述第三混合气体进行换热处理以获取冷却后的第四混合气体，所述第二气液分离器对所述第四混合气体分离获取分离后的二氧化碳与水，其中，所述第四混合气体分离后的二氧化碳输送到所述甲烷合成子系统的所述第一换热器中，所述第四混合气体分离后的输送到所述电解槽。

3、在本公开的一个实施例中，所述电解水制氢子系统还包括:第一单向阀和氢气压缩机，其中，所述氢气储罐中的氢气是通过所述第一单向阀和所述氢气压缩机压缩后输入的。

4、在本公开的一个实施例中，所述电解水制氢子系统还包括第二单向阀和氧气压缩机，其中，所述氧气储罐中的氧气是通过所述第二单向阀和所述氧气压缩机压缩后输入的。

5、在本公开的一个实施例中，所述甲烷合成子系统还包括:三向阀和二级反应器，所述一级反应器产生的反应物通过所述三向阀输入到所述二级反应器进行反应以对所述反应物进行转换；或者，所述一级反应器生成所述反应物后，将所述反应物输入到所述一级反应器以对所述反应物进行转换。

6、在本公开的一个实施例中，所述甲烷合成子系统还包括：第二换热器，所述第二换热器用于将转化后的反应物冷却后输入到所述净化器中。

7、在本公开的一个实施例中，所述甲烷合成子系统还包括：甲烷储罐，所述甲烷储罐用于存储所述第一气液分离器分离得到的甲烷，所述甲烷储罐用于向所述燃气轮机输送储存的甲烷。

8、在本公开的一个实施例中，所述甲烷合成子系统还包括：储换热介质储罐，其中，所述储换热介质储罐中包含换热介质，所述储换热介质储罐通过工质泵控制所述换热介质的流量，所述储换热介质储罐与所述第二换热器连接，向所述第二换热器中输入换热介质以吸收转化后的反应物的热量，并向所述第一换热器发送吸收后的热量。

9、在本公开的一个实施例中，所述甲烷储罐和所述燃气轮机之间包括第一阀门，所述第一阀门用于控制甲烷流量。

10、在本公开的一个实施例中，所述燃气发电及产物分离子系统还包括：发电机，所述第二混合气体进入所述透平后，所述透平带动所述发电机发电。

11、在本公开的一个实施例中，所述燃气发电及产物分离子系统还包括蒸汽轮机和第三换热器，其中，冷却水在所述余热锅炉中吸收热量后产生蒸汽，所述蒸汽推动所述蒸汽轮机做工排出气体，排出的气体进入到所述第三换热器中冷却。

12、本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

13、本公开实施例的碳水循环能源系统，包括：甲烷合成子系统、电解水制氢子系统和燃气发电及产物分离子系统，其中，电解水制氢子系统包括可再生能源发电装置、电解槽、氢气储罐和氧气储罐，其中，甲烷合成子系统通过可再生能源发电装置产生的电能在电解槽内电解水产生氧气和氢气，并将电解槽内产生的氧气存储在氧气储罐中，将电解槽内产生的氢气存储在氢气储罐中；甲烷合成子系统包括第一换热器、一级反应器、净化器、第一气液分离器，其中，第一换热器用于接收氢气储罐中的氢气和燃气发电及产物分离子系统产出的二氧化碳，并对燃气发电及产物分离子系统产出的二氧化碳和氢气储罐中的氢气混合生成第一混合气体，一级反应器用于对第一混合气体进行甲烷合成处理生成反应物，净化器用于对接收到的反应物净化处理以生成甲烷与水的混合物，第一气液分离器用于对甲烷与水的混合物进行分离处理以获取水和甲烷，并将水输送至电解槽；燃气发电及产物分离子系统包括燃气轮机、氧气压缩机、透平、后燃室、余热锅炉、第二气液分离器，其中，燃气轮机用于接收甲烷合成子系统产生的甲烷，氧气压缩机用于获取氧气储罐中的氧气，氧气压缩机将压缩后的氧气输送至燃气轮机，燃气轮机对氧气储罐中的氧气和压缩后的氧气燃烧以产生第二混合气体，第二混合气体通过透平出口进入到后燃室，后燃室获取第二混合气体进行燃烧处理以获取二氧化碳与水蒸气的第三混合气体，余热锅炉对第三混合气体进行换热处理以获取冷却后的第四混合气体，第二气液分离器对第四混合气体分离获取分离后的二氧化碳与水，其中，第四混合气体分离后的二氧化碳输送到甲烷合成子系统的第一换热器中，第四混合气体分离后的输送到电解槽。在本技术方案中，实现了基于碳水循环以二氧化碳、甲烷与水为循环工质的绿色能源系统，扩展了二氧化碳利用场景，且实现了碳水循环处理。

技术特征：

1.一种碳水循环能源系统，其特征在于，包括：甲烷合成子系统、电解水制氢子系统和燃气发电及产物分离子系统，其中，

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃气发电及产物分离子系统还包括：发电机，所述第二混合气体进入所述透平后，所述透平带动所述发电机发电。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

技术总结
本公开涉及一种碳水循环能源系统，包括：甲烷合成子系统通过电能在电解槽内电解水产生氧气和氢气，并将电解槽内产生的氧气存储在氧气储罐中，将电解槽内产生的氢气存储在氢气储罐中；甲烷合成子系统中的第一换热器用于接收氢气储罐中的氢气和燃气发电及产物分离子系统产出的二氧化碳，并对燃气发电及产物分离子系统产出的二氧化碳和氢气储罐中的氢气混合生成第一混合气体，一级反应器用于对第一混合气体进行甲烷合成处理生成反应物，净化器对反应物净化处理生成甲烷与水的混合物，第一气液分离器对甲烷与水的混合物进行分离处理以获取水和甲烷，并将水输送至电解槽。在本技术方案中，扩展了二氧化碳利用场景，且实现了碳水循环处理。

技术研发人员：郑志美,唐博进,蔺新星,常勇,丁若晨
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/2