光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统及控制方法与流程

本发明属于蒸汽热量梯级利用，具体涉及一种光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统及控制方法。

背景技术：

1、固体氧化物电解槽(soec)是一种固体氧化物燃料电池，在电解模式，外加电压、高温下，电解h2o，产生h2与o2，实现将电能和热能转化为化学能。在各种制氢技术中，固体氧化物电解槽(soec)能量转换效率最高，但soec技术成本最高，因为需要在高温环境下发生电解反应。

2、现有技术中，为了降低成本，使用光伏电进行电加热实现供热，但光伏电具有间歇性、随机性和波动性的特点，而电网对于并网风电与光电的品质有着较高的要求，所以可能会出现大量弃风弃光现象；同时，光伏电仅用于soec，热媒温度低于soec所需温度后即弃用，热效率低，存在大量热损失。

3、或者，现有技术中也通过燃煤锅炉或其他化石燃料进行热量供应，不仅需要制造相关的设备管路，大大提高了生产成本，还需要消耗化石能源，造成环境污染。

4、基于此，由于供热条件存在较大缺陷，soec难以推广应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统及控制方法，用以解决现有技术中存在的上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统，包括供能模块、熔盐换热汽轮机发电模块、制氢制氨模块、储电模块和控制模块；

4、供能模块包括光热供热单元和光伏发电单元，光热供热单元的输出端连接熔盐换热汽轮机发电模块，光伏发电单元的输出端连接制氢制氨模块；

5、熔盐换热汽轮机发电模块包括第一换热器，制氢制氨模块包括依次相连的soec单元、去氧提纯单元和制氨单元，soec单元上设有电伴热，其中，第一换热器用于产生高温蒸汽并输送至soec单元，高温蒸汽经soec单元生成中温蒸汽并输送至制氨单元，中温蒸汽经制氨单元生成低温蒸汽并输送至去氧提纯单元；

6、储电模块的输入端分别电连接光伏发电单元和熔盐换热汽轮机发电模块，储电模块的输出端分别电连接熔盐换热汽轮机发电模块和制氢制氨模块；

7、控制模块分别电连接并控制供能模块、熔盐换热汽轮机发电模块、制氢制氨模块和储电模块。

8、在一种可能的设计中，熔盐换热汽轮机发电模块包括热熔盐储罐、冷熔盐储罐、第二换热器、汽轮发电机和水箱；

9、热熔盐储罐和冷熔盐储罐通过熔盐管路相连，且熔盐管路穿过光热供热单元和第一换热器，热熔盐储罐上设有第一电加热设备；

10、第一换热器的输出端设有第一蒸汽管，第一蒸汽管具有三个输出端，其中一个输出端连接soec单元，其中一个输出端连接第二换热器，其中一个输出端连接汽轮发电机，汽轮发电机还通过凝结水管连接第一换热器；

11、soec单元与制氨单元之间设有用于输送中温蒸汽的第二蒸汽管，制氨单元与去氧提纯单元之前设有用于输送低温蒸汽的第三蒸汽管，去氧提纯单元和水箱之间设有第一回水管；

12、第二换热器上设有连接制氨单元的第四蒸汽管、连接去氧提纯单元的第五蒸汽管和连接水箱的第二回水管，第二换热器上设有第二电加热设备；

13、水箱的进水口连接第一回水管和第二回水管，水箱的出水口设有连接第一换热器的供水管，供水管与第一蒸汽管连接且连通。

14、在一种可能的设计中，控制模块包括第一控制器和第二控制器，第一蒸汽管的输出端设有第一控制器，第五蒸汽管上设有第二控制器。

15、在一种可能的设计中，储电模块的输入端电连接于汽轮发电机和光伏发电单元，储电模块的输出端电连接于热熔盐储罐和制氢制氨模块。

16、在一种可能的设计中，控制模块包括第三控制器，储电模块的输入端和输出端上均设有第三控制器。

17、在一种可能的设计中，供能模块还包括风力发电单元，风力发电单元与光伏发电单元并联。

18、第二方面，本发明提供了一种光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统的控制方法，包括制氢制氨模块的电力供应和制氢制氨模块的热量供应；

19、制氢制氨模块的电力按照光伏发电单元、储电模块和汽轮发电机的顺序供应；

20、制氢制氧模块的热量按照光热供热单元、储电模块和光伏发电单元的顺序供应；

21、其中，熔盐换热汽轮机发电模块包括汽轮发电机。

22、在一种可能的设计中，制氢制氨模块的电力供应流程如下：

23、s100：若光伏发电单元的发电量大于制氢制氨模块的耗电量，光伏发电单元单独向制氢制氨模块供电，且光伏发电单元的多余电量存入储电模块；

24、s200：若光伏发电单元的发电量小于制氢制氨模块的耗电量，且储电模块有电力储备，光伏发电单元和储电模块同时向制氢制氨模块供电；

25、s300：若光伏发电单元的发电量小于制氢制氨模块的耗电量，且储电模块无电力储备，或，若光伏发电单元和储电模块的总供电量小于制氢制氨模块的耗电量，启动汽轮发电机，至少通过光伏发电单元和汽轮发电机向制氢制氨模块供电；

26、s400：根据s300，若光伏发电单元、储电模块和汽轮发电机的总供电量小于制氢制氨模块的耗电量，制氢制氨模块降低产气量。

27、在一种可能的设计中，制氢制氨模块的热量供应流程如下：

28、s100：若光热供热单元的供热量大于制氢制氨模块的耗热量，光热供热单元通过熔盐换热汽轮机发电模块向制氢制氨模块供热，光热供热单元的多余热量经汽轮发电机转化为电能；

29、s200：若光热供热单元的供热量大于制氢制氨模块的耗热量，且储电模块有电力储备，光热供热单元向制氢制氨模块供热，储电模块为热熔盐储罐上的第一加热器供电；

30、s300：若光热供热单元的供热量小于制氢制氨模块的耗热量，且储电模块无电力储备，或，若光热供热单元和热熔盐储罐加热器电加热后的总供热量小于制氢制氨模块的耗热量，光伏发电单元的余电供应给热熔盐储罐上的第一加热器；

31、s400：根据步骤s300，但光伏发电单元无余电，制氢制氨模块降低产气量。

32、有益效果：

33、所述光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统及控制方法通过熔盐换热汽轮机发电模块提供不同品位的热能，提高制氢制氨模块的制氢效率及高温熔盐的热效率。结合光伏发电单元，在荒漠隔壁等风光资源丰富的地区，利用光热电站耦合高效固态电解制氢合成氨技术，把间歇波动大的光伏电能进行集结，实现了对低品质的电能进行最大限度的高效利用，提高了新能源就地消纳。

技术特征：

1.光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统，其特征在于，包括供能模块(100)、熔盐换热汽轮机发电模块(200)、制氢制氨模块(300)、储电模块(400)和控制模块；

2.根据权利要求1所述的光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统，其特征在于，熔盐换热汽轮机发电模块(200)包括热熔盐储罐(202)、冷熔盐储罐(203)、第二换热器(204)、汽轮发电机(205)和水箱(206)；

3.根据权利要求2所述的光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统，其特征在于，控制模块包括第一控制器和第二控制器，第一蒸汽管(208)的输出端设有第一控制器(501)，第五蒸汽管(212)上设有第二控制器(502)。

4.根据权利要求2所述的光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统，其特征在于，储电模块(400)的输入端电连接于汽轮发电机(205)和光伏发电单元(120)，储电模块(400)的输出端电连接于热熔盐储罐(202)和制氢制氨模块(300)。

5.根据权利要求4所述的光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统，其特征在于，控制模块包括第三控制器，储电模块(400)的输入端和输出端上均设有第三控制器(503)。

6.根据权利要求1所述的光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统，其特征在于，供能模块(100)还包括风力发电单元，风力发电单元与光伏发电单元(120)并联。

7.基于权利要求1-6中任一项所述的光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统的控制方法，其特征在于，包括制氢制氨模块(300)的电力供应和制氢制氨模块(300)的热量供应；

8.根据权利要求7所述的光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统的控制方法，其特征在于，制氢制氨模块(300)的电力供应流程如下：

9.根据权利要求7所述的光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统的控制方法，其特征在于，制氢制氨模块(300)的热量供应流程如下：

技术总结本发明公开了一种光热电站蒸汽梯级利用制氢合成氨联产系统及控制方法，所述联产系统包括供能模块、熔盐换热汽轮机发电模块、制氢制氨模块、储电模块和控制模块；供能模块分别连接熔盐换热汽轮机发电模块和制氢制氨模块；熔盐换热汽轮机发电模块包括第一换热器，制氢制氨模块包括依次相连的SOEC单元、去氧提纯单元和制氨单元，SOEC单元上设有电伴热，其中，第一换热器产生高温蒸汽并依次流经SOEC单元、制氨单元和去氧提纯单元；控制模块分别电连接并控制供能模块、熔盐换热汽轮机发电模块、制氢制氨模块和储电模块。所述控制方法包括制氢制氨模块的电力供应和制氢制氨模块的热量供应。通过熔盐换热汽轮机发电模块提供不同品位的热能，提高制氢制氨模块的制氢效率及高温熔盐的热效率。技术研发人员：谢晶晶受保护的技术使用者：中国电建集团城市规划设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17