海上应用可燃冰与风电互补制氨系统及方法

本发明涉及能源利用，尤其是涉及海上应用可燃冰与风电互补制氨系统及方法。

背景技术：

1、在能源需求不断增加和实现“双碳”目标的双重压力下，发展清洁能源迫在眉睫。氢能有着独特的优势，未来氢循环必然会助力碳循环实现“双碳”目标。电解法是最常用的工业制氢方法。它主要利用水的还原性，利用电解的原理，将水电解为氢气和氧气，几乎不产生污染物。所得氢气纯度可达95％以上，是最简单实用的工业制氢方法。风电制氢技术是一种将风力发电产生的电能，直接应用到电解水制氢的一种制氢技术。采用风力发电可以有效替代传统化石能源发电，降低能源消耗以及减缓温室效应。

2、公开号为cn116345703a公开了基于海上风电制氢的综合能源系统，包括海上风电发电机组、并网母线模块、电解水制氢平台，利用海上风能发电制氢。上述技术方案虽然可以解决风电可能带来的消纳问题，但风能与季节、天气休戚相关，具有天然的随机性和波动性，使系统不能稳定地进行氢能输出。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决上述的技术问题，本发明公开海上应用可燃冰与风电互补制氨系统及方法，具体方案如下：

2、海上应用可燃冰与风电互补制氨系统，包括：

3、海上风电场，其用于风力发电，并将电能传输给蓄电池组；

4、天然气水合物开采单元，其用于开采天然气水合物，并将天然气输送至燃气轮发电机；

5、燃气轮发电机，其与天然气水合物开采单元连接，用于天然气燃烧发电，并将电能输送给蓄电池组；

6、蓄电池组，其用于存储电能；

7、电解制氢装置，其与蓄电池组连接，利用电能进行电解水反应，生成氢气与氧气；

8、第一氧储罐，其与电解制氢装置连接，用于存储电解制氢装置产生的氧气；第一氧储罐还与燃气轮发电机连接，用于向燃气轮发电机输送氧气；

9、氢储罐，其与电解制氢装置连接，用于存储电解制氢装置产生的氢气；氢储罐还与制氨装置连接，向制氨装置输送氢气；

10、空气分离装置，其与蓄电池组连接，利用蓄电池组提供的电能将空气中的氮气与氧气分离，提取空气中的氮气与氧气；

11、第二氧储罐，其与空气分离装置连接，用于存储空气分离装置提取的氧气，第二氧储罐海域燃气轮发电机连接，用于向燃气轮发电机输送氧气；

12、氮储罐，其与空气分离装置连接，用于存储空气分离装置提取的氮气，氮储罐还与制氨装置连接，向制氨装置输送氮气；

13、制氨装置，其用于制备氨气。

14、作为本发明技术方案的补充，所述天然气水合物开采单元包括钻井开采装置、天然气净化装置，钻井开采装置对天然气水合物进行开采，所述天然气净化装置与钻井开采装置连接，用于去除未加工的天然气中的杂质气体、水以及部分液相轻烃。

15、作为本发明技术方案的补充，还包括：

16、天然气压缩机，其与天然气净化装置连接，将天然气压缩至液化天然气储罐内；

17、液化天然气储罐，其用于存储天然气。

18、作为本发明技术方案的补充，还包括液化天然气气化冷能利用系统，所述液化天然气气化冷能利用系统分别与液化天然气储罐、空气分离装置连接，用于将液化天然气储罐中天然气输送过程中产生的冷能输送至空气分离装置。

19、作为本发明技术方案的补充，还包括燃气轮机机械能利用系统，所述燃气轮机机械能利用系统分别与燃气轮发电机、天然气压缩机连接，将燃气轮发电机中的燃气轮机产生的机械能部分用于天然气压缩机，使天然气压缩机使用此部分机械能对天然气进行压缩。

20、作为本发明技术方案的补充，还包括：

21、海水淡化装置，其与淡水储罐连接，用于对海水进行淡化处理，并将淡化处理后的海水输送至淡水储罐内；

22、淡水储罐，其与电解制氢装置连接，用于对海水淡化装置后的淡水进行存储，并用于将淡水输送至电解制氢装置。

23、作为本发明技术方案的补充，还包括：

24、二氧化碳捕集装置，其包括除水装置、二氧化碳压缩机、二氧化碳储罐，所述除水装置通过管路燃气轮机的排气口连接，用于对天然气燃烧后的废气进行除水处理，所述二氧化碳压缩机分别与除水装置、二氧化碳储罐连接，用于将二氧化碳压缩并存储于二氧化碳储罐内

25、二氧化碳封存装置，其与二氧化碳储罐连接，用于将二氧化碳进行海洋地质封存。

26、作为本发明技术方案的补充，还包括：

27、氨气压缩机，其分别与制氨装置与液氨储罐连接，用于将制氨装置产生的氨气压缩至液氨储罐内；

28、液氨储罐，其用于对液氨进行存储。

29、作为本发明技术方案的补充，所述燃气轮发电机包括燃气轮机、发电机，所述燃气轮机与发电机连接。

30、本发明还公开海上应用可燃冰与风电互补制氨系统的制氨方法，具体包括以下步骤：

31、s1.通过海上风电场进行风力发电，将电能存储于蓄电池组内；

32、通过天然气水合物开采单元进行天然气开采，使用天然气压缩机将天然气压缩至液化天然气储罐内，液化天然气储罐向燃气轮发电机输送气态天然气，燃气轮发电机进行发电并将电能存储于蓄电池组内；

33、s2.通过液化天然气气化冷能利用系统将液化天然气储罐内液态天然气气化过程中产生的冷能输送至空气分离装置，空气分离装置利用冷能及电能将空气中的氮气及氧气进行分离，将空气分离装置分离出的氧气输送至第二氧储罐内存储，将氮气输送至氮储罐内存储，将第二氧储罐内存储的氧气输送至燃气轮发电机内，使天然气富氧燃烧；

34、s3.蓄电池组向电解制氢装置供电，电解制氢装置进行对水进行电解，将电解产生的氧气输送至第一氧储罐内存储、将电解产生的氢气输送至氢储罐内存储；将第一氧储罐6内存储的氧气输送至燃气轮发电机内，使天然气富氧燃烧；

35、s4.将氢储罐内的氢气及氮储罐内的氮气输送至制氨装置内，制氨装置将氢气及氮气合成氨气。

36、有益效果：本发明通过使用天然气水合物发电解决传统海上风能发电消纳问题，实现稳定制氢，通过将氢气与氮气合成氨气输送。通过将电解装置、空气分离装置产生的氧气输送给燃气轮发电机，实现天然气的富氧燃烧，提升发电效率，通过天然气气化过程中产生的冷能输送至空气分离装置，实现能源最大化利用。通过二氧化碳捕集装置及封存装置的设置，实现整个系统零碳排放。

技术特征：

1.海上应用可燃冰与风电互补制氨系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的海上应用可燃冰与风电互补制氨系统，其特征在于，所述天然气水合物开采单元包括钻井开采装置(2)、天然气净化装置(3)，钻井开采装置(2)对天然气水合物进行开采，所述天然气净化装置(3)与钻井开采装置(2)连接，用于去除未加工的天然气中的杂质气体、水以及部分液相轻烃。

3.根据权利要求2所述的海上应用可燃冰与风电互补制氨系统，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求3所述的海上应用可燃冰与风电互补制氨系统，其特征在于，还包括液化天然气气化冷能利用系统，所述液化天然气气化冷能利用系统分别与液化天然气储罐(13)、空气分离装置(8)连接，用于将液化天然气储罐(13)中天然气输送过程中产生的冷能输送至空气分离装置(8)。

5.根据权利要求4所述的海上应用可燃冰与风电互补制氨系统，其特征在于，还包括燃气轮机机械能利用系统，所述燃气轮机机械能利用系统分别与燃气轮发电机(23)、天然气压缩机(12)连接，将燃气轮发电机中的燃气轮机产生的机械能部分用于天然气压缩机(12)，使天然气压缩机(12)使用此部分机械能对天然气进行压缩。

6.根据权利要求3所述的海上应用可燃冰与风电互补制氨系统，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求3所述的海上应用可燃冰与风电互补制氨系统，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求3所述的海上应用可燃冰与风电互补制氨系统，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求3所述的海上应用可燃冰与风电互补制氨系统，其特征在于，所述燃气轮发电机(23)包括燃气轮机、发电机，所述燃气轮机与发电机连接。

10.根据权利要求5所述的海上应用可燃冰与风电互补制氨系统的制氨方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

技术总结海上应用可燃冰与风电互补制氨系统及方法，涉及能源利用技术领域，利用海上风能与天然气水合物联合发电，并向蓄电池组输送电能，通过电解制氢装置进行电解水，生成氢气与氧气；通过分离装置将空气中的氮气与氧气分离，提取空气中的氮气与氧气；电解制氢装置以及空气分离装置产生的氧气均用于天然气水合物燃烧发电过程，产生的氢气与氮气合成氨气以便于输送。本发明公开的系统能够将天然气水合物开采发电与海上风电结合利用，实现天然气水合物开采、天然气与海上风力互补发电、制氢制氨、二氧化碳捕集与封存的一体化。技术研发人员：刘瑜,段嘉腾,宋永臣,杨明军,蒋兰兰,赵佳飞,杨磊,张伦祥,徐殿强,冯凯旋,李佳伟受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17