燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统的制作方法
1.本实用新型涉及能源转换和储能领域，尤其是涉及一种燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统。
背景技术：
2.针对氢储能的研究表明，包含蓄电池-氢燃料电池的混合储能系统具有循环次数高、功率密度高和能量密度高等优点，最大程度地解决了单独使用功率型或能量型储能系统受能量密度和运行寿命等因素制约的问题，可望成为平抑联合系统功率波动的有效储能形态。但目前电池技术尚不成熟，仍存在寿命问题和运行安全隐患，相关方向需要进行大量更加深入的基础研究工作。
技术实现要素：
3.本实用新型提供了一种燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，解决了燃气蒸汽联合循环系统与水电解制氢系统进行耦合的问题，其技术方案如下所述：
4.一种燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，包括燃气
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蒸汽联合循环单元，所述燃气-蒸汽联合循环单元包括共用同一余热锅炉的燃气循环发电系统和蒸汽循环发电系统；所述燃气循环发电系统设置有与余热锅炉相连接的燃气轮机，所述蒸汽循环发电系统设置有与余热锅炉相连接的蒸汽轮机；
5.还包括水电解制氢单元，所述水电解制氢单元包括交直流转换装置和水电解系统，所述水电解系统包括与交直流转换装置相连接的水电解槽，所述水电解槽的两电极分别连接有h2压力容器和o2压力容器，所述h2压力容器和o2压力容器连接到燃气轮机，实现天然气和h2的单独或掺混燃烧。
6.所述燃气循环发电系统还包括天然气管网、天然气调压站，所述天然气管网通过天然气调压站与燃气轮机相连接。
7.所述蒸汽循环发电系统包括依次连接的蒸汽轮机、冷凝器和冷凝水泵，所述冷凝水泵和余热锅炉相连接。
8.所述燃气轮机通过燃气发电机与电力开关站相连接。
9.所述蒸汽轮机通过蒸汽发电机与电力开关站相连接。
10.所述水电解槽连接有补水箱，所述补水箱损耗的水由h2o管网提供，所述补水箱和h2o管网之间设置有补水调节阀。
11.所述水电解槽和h2压力容器之间设置有压气机。
12.所述燃气-蒸汽联合循环单元通过电力开关站与电网系统相连接，所述电网系统通过电力开关站与交直流转换装置相连接。
13.所述余热锅炉通过烟气净化装置与烟囱相连接。
14.所述水电解工作电能能够完全由燃气(天然气、氢气)-蒸汽发电系统提供(即工作电能来自关口计量表以内)，可不依赖系统外部能量，具有独立调峰能力。
15.所述水电解槽能够采用多种水电解工艺，包括但不限于碱水电解 (ael)、质子膜水电解(pem)以及高温水/水蒸气电解(soec)。
16.所述燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，由燃气蒸汽联合循环系统与水电解制氢系统耦合构成，具有深度调峰储能效果。该系统采用水电解制氢作为储能模块，采用厂内电网电能经交流/直流转换装置变为直流电作为电解能量来源。燃气轮机可掺烧氢气，水电解槽产生的氢气经增压后进入氢气压力储罐储存，需要时可再经过氢气调压装置进入燃气轮机氢气入口进行掺烧；水电解槽产生的氧气经压力容器缓冲进入燃气轮机压气机。该系统调峰范围为1％～110％，并且可考虑采用多种水电解工艺，具有显著的经济效益、社会效益和工程应用前景。
17.本实用新型将氢燃料电池储能系统采用氢电解与压力容器形式进行替换，可以一劳永逸解决电池系统的寿命和储能密度问题，对于简化技术方案、优化工程系统以及能源系统的日常维护均具有重要意义。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅列出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1是本实用新型的系统结构示意图；
20.其中，1-蒸汽轮机；2-蒸汽发电机；3-冷凝器；4-天然气调压站；5-燃气发电机；6-天然气管网；7-冷凝水泵；8-余热锅炉；9-燃气轮机；10-氢气调压装置；11-烟气净化装置；12-h2压力容器；13-压气机；14-o2压力容器； 15-水电解槽；16-烟囱；17-交流转换直流装置；18-补水箱；19-补水调节阀； 20-h2o管网；21-电力开关站；22-电网系统。
具体实施方式
21.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
22.如图1所示，所述燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，包括：
23.燃气-蒸汽联合循环单元，所述燃气-蒸汽联合循环单元包括燃气循环发电系统和蒸汽循环发电系统，所述燃气循环发电系统和蒸汽循环发电系统共用同一余热锅炉8，所述余热锅炉8通过烟气净化装置11与烟囱16相连接。所述燃气-蒸汽联合循环单元通过电力开关站21与电网系统22相连接。
24.所述燃气循环系统用于控制燃气的流动方向，包括依次连接的天然气管网6、天然气调压站4和燃气轮机9，所述燃气轮机9和余热锅炉8相连接。所述燃气轮机9通过燃气发电
机5与电力开关站21相连接，用于功率输出。
25.所述蒸汽循环发电系统用于控制蒸汽流动方向，包括依次连接的蒸汽轮机1、冷凝器3和冷凝水泵7，所述冷凝水泵7和余热锅炉8相连接。所述蒸汽轮机1通过蒸汽发电机2与电力开关站21相连接，用于功率输出。所述余热锅炉8蒸汽出口与蒸汽轮机1蒸汽入口连接，向蒸汽轮机1输送蒸汽。
26.所述燃气循环发电系统和蒸汽循环发电系统均通过电力开关站21与电网系统22相连接，可使燃气循环发电系统和蒸汽循环发电系统的所发电力实现直接并网。
27.水电解制氢单元，连接到所述电力开关站21，包括交直流转换装置17 和水电解系统，所述水电解系统包括依次连接的补水箱18、水电解槽15、 h2压力容器12和o2压力容器14，所述交直流转换装置17连接有水电解槽 15，所述水电解槽15的两电极分别连接有h2压力容器12和o2压力容器14，所述h2压力容器12和o2压力容器14的出口连接到燃气轮机9。
28.所述燃气轮机9可实现天然气燃烧、h2燃烧及天然气-h2混燃等工况，可适应不同工况下的工质特点，具有良好的工质适应性。
29.所述水电解槽15连接有补水箱18，其损耗的水由h2o管网20提供，所述补水箱18和h2o管网20之间设置有补水调节阀19。水自h2o管网20 经补水调节阀19进入补水箱18缓冲、过滤后，用来补充水电解槽15的电解水消耗。
30.所述水电解槽15可采用多种水电解工艺，包括但不限于碱水电解(ael)、质子膜水电解(pem)以及高温水/水蒸气电解(soec)。所述水电解槽15产生的h2经压缩后进入h2压力储罐12(其储罐容量和参数由系统调峰需求和经济性综合确定)，并经氢气调压装置10进入燃气轮机9 的h2入口；同样地，水电解槽15产生的o2经o2压力容器14缓冲进入燃气轮机9的o2入口。所述燃气轮机9不仅可用天然气进行燃烧，还可掺烧 h2，掺混比例范围在10％以上。进一步的，所述水电解槽15和h2压力容器 12之间设置有压气机13。
31.所述水电解制氢单元由于参与深度调峰，故其用电来自电网系统22，并经交直流转换装置17变为直流电。所述燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统为深度调峰系统，其调峰范围可达1％～110％。
32.本实用新型充分利用了燃气-蒸汽联合循环的发电输出反馈及水电解制氢原理，通过h2压力容器和o2压力容器实现电化学储能，整个系统具有良好的储能调峰能力。该系统运行中仅需补充损耗的电解水，具有安全、环保的特点和显著的经济效益、社会效益以及工程应用前景。
33.以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
技术特征：
1.一种燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，其特征在于：包括燃气-蒸汽联合循环单元，所述燃气-蒸汽联合循环单元包括共用同一余热锅炉(8)的燃气循环发电系统和蒸汽循环发电系统；所述燃气循环发电系统设置有与余热锅炉(8)相连接的燃气轮机(9)，所述蒸汽循环发电系统设置有与余热锅炉(8)相连接的蒸汽轮机(1)；还包括水电解制氢单元，所述水电解制氢单元包括交直流转换装置(17)和水电解系统，所述水电解系统包括与交直流转换装置(17)相连接的水电解槽(15)，所述水电解槽(15)的两电极分别连接有h2压力容器(12)和o2压力容器(14)，所述h2压力容器(12)和o2压力容器(14)连接到燃气轮机(9)，实现天然气和h2的单独或混合燃烧。2.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，其特征在于：所述燃气循环发电系统还包括天然气管网(6)、天然气调压站(4)，所述天然气管网(6)通过天然气调压站(4)与燃气轮机(9)相连接。3.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，其特征在于：所述蒸汽循环发电系统包括依次连接的蒸汽轮机(1)、冷凝器(3)和冷凝水泵(7)，所述冷凝水泵(7)和余热锅炉(8)相连接。4.根据权利要求1或2任一所述的燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，其特征在于：所述燃气轮机(9)通过燃气发电机(5)与电力开关站(21)相连接。5.根据权利要求1或3任一所述的燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，其特征在于：所述蒸汽轮机(1)通过蒸汽发电机(2)与电力开关站(21)相连接。6.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，其特征在于：所述水电解槽(15)连接有补水箱(18)，所述补水箱(18)损耗的水由h2o管网(20)提供，所述补水箱(18)和h2o管网(20)之间设置有补水调节阀(19)。7.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，其特征在于：所述水电解槽(15)和h2压力容器(12)之间设置有压气机(13)。8.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，其特征在于：所述燃气-蒸汽联合循环单元通过电力开关站(21)与电网系统(22)相连接，所述电网系统(22)通过电力开关站(21)与交直流转换装置(17)相连接。9.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，其特征在于：所述余热锅炉(8)通过烟气净化装置(11)与烟囱(16)相连接。10.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，其特征在于：所述水电解工作电能能够完全由燃气-蒸汽发电系统提供，所述水电解槽(15)能够采用多种水电解工艺，包括但不限于碱水电解、质子膜水电解以及高温水/水蒸气电解。
技术总结
本实用新型提供一种燃气蒸汽联合循环与水电解制氢耦合的深度调峰系统，包括燃气-蒸汽联合循环单元和水电解制氢单元，燃气-蒸汽联合循环单元包括燃气循环发电系统和蒸汽循环发电系统，所述蒸汽循环发电系统设置有与余热锅炉相连接的蒸汽轮机；水电解制氢单元包括交直流转换装置和水电解槽，所述水电解槽的两电极分别连接有H2压力容器和O2压力容器，出口连接到燃气轮机，该燃气轮机可实现天然气-氢气单独或掺混燃烧，具有良好的工质适应性。本实用新型充分利用了燃气-蒸汽联合循环的发电输出反馈及水电解制氢原理，通过H2压力容器和O2压力容器实现电化学储能，整个系统具有良好的储能调峰能力。该系统运行中仅需补充损耗的电解水，具有安全、环保的特点和显著的经济效益、社会效益以及工程应用前景。社会效益以及工程应用前景。社会效益以及工程应用前景。
