阅读说明：本技术 一种消纳弃风弃光并实现无碳排放的发电方法 (Power generation method for eliminating wind and light abandoning and realizing carbon-free emission ) 是由 王志超 张喜来 张向宇 李宇航 周科 李明皓 白永岗 黄岗英 鲁晓宇 杨忠灿 刘 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种消纳弃风弃光并实现无碳排放的发电方法,包括：1)通过电解水产生氢气和氧气；2)通过化学合成法将氢气和氮气合成氨气；3)步骤2)合成的氨气和步骤1)产生的氧气分别输送至锅炉中燃烧发电。本发明通过将新能源弃风弃光发电用来电解水制氢,进一步用氢来合成氨,实现一种更为安全的能量存储,然后利用氨的高效燃烧,实现发电的同时为氨的合成提供氮气。(The invention discloses a power generation method for eliminating wind and light abandoning and realizing carbon-free emission, which comprises the following steps: 1) generating hydrogen and oxygen by electrolyzing water; 2) synthesizing hydrogen and nitrogen into ammonia gas by a chemical synthesis method; 3) and 2) respectively conveying the ammonia synthesized in the step 2) and the oxygen generated in the step 1) to a boiler for combustion and power generation. The invention realizes safer energy storage by using new energy, abandoned wind and abandoned light for power generation to electrolyze water for hydrogen production and further using hydrogen for ammonia synthesis, and then provides nitrogen for ammonia synthesis while realizing power generation by using efficient combustion of ammonia.)

一种消纳弃风弃光并实现无碳排放的发电方法

技术领域

本发明属于发电技术领域，具体涉及一种消纳弃风弃光并实现无碳排放的发电方法。

背景技术

由于风电、水电、光电等产生的能量难以通过控制和储存的方式调节宏观供给负荷平衡，新能源天然的波动性和不稳定性会对电网造成冲击，难以匹配社会能源需求，而我国能源结构与需求存在明显的地域空间和时间上的不平衡，经济欠发达地区过剩能源难以被有效利用，弃风弃光现象依然严重。因此，能源储存对于未来以新能源占主导地位的能源体系而言至关重要。当前，已经开发了许多依靠机械、热能和化学的储能方法来为区域规模的服务储存电能：电池等储能方法不太可能提供电网级能量所需的存储容量；抽水蓄能和压缩气体储能等方法现在已经有工程级别的应用，但是具体使用中部署受到地质制约；飞轮储能或者重物塔储能等方式技术尚未成熟，同时由于磨损等因素将造成储存设备重复使用率较低。唯一足够灵活的能源储存机制是允许在任何地点长时间地储存大量能量的化学能量储存。

在我国，氢凭借其无碳排放和燃烧极限较宽等特性被公认为最理想的电力储能材料。但是，相对于传统燃料，氢在运输时的单位体积能量极低，在-235℃下以液态储存时单位体积能量比汽油少4倍；更为突出的问题是，由于氢的点火能量低和火焰传播速度较高，导致其在储存、运输及运用时存在复杂的安全问题。而氨同样被视为有发展前景的清洁能源载体和存储介质。与氢类似，氨可以从化石燃料、生物质或其它可再生资源中获取。与氢(物理储氢)相比，氨(化学储氢)单位储存能量的成本较低、体积能量密度较高、也更加安全可靠。

总的来说，氨作为燃料的优势可以归纳为：

(1)属于无碳燃料，没有温室气体排放，并且可以通过可再生能源通过无碳的方法合成；

(2)能量密度为18.8MJ/kg，与化石燃料相当(低阶煤热值约16～20MJ/kg，天然气热值约50MJ/kg，H₂热值141MJ/kg)；

(3)液化压力仅为1.03MPa，很容易液化；

(4)每年约有1.8亿吨氨被生产和运输，因此有成熟可靠的基础设施用于氨的储存和运输(包括管道、公路、铁路和船舶)。

一方面，氨可以作为一种成本低、体积能量密度高、安全可靠的储能载体，有效化解弃风弃光弃水及新能源对电网安全性冲击的难题；另一方面，氨作为燃料实现对天然气、煤炭的有效替代，可以成为火电机组实现减煤降碳的重要途径。二者的结合，对于未来以新能源占主导地位、火电机组为托底能源的我国能源体系意义重大。

发明内容

本发明提出的一种消纳弃风弃光并实现无碳排放的发电方法，通过将新能源弃风弃光发电用来电解水制氢，进一步用氢来合成氨，实现一种更为安全的能量存储，然后利用氨的高效燃烧，实现发电的同时为氨的合成提供氮气。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种消纳弃风弃光并实现无碳排放的发电方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过电解水产生氢气和氧气；

2)通过化学合成法将氢气和氮气合成氨气；

3)步骤2)合成的氨气和步骤1)产生的氧气分别输送至锅炉中燃烧发电。

本发明进一步的改进在于，步骤1)通过电解水产生氢气和氧气，其中，电力来自风电发电过程中的产生弃风。

本发明进一步的改进在于，步骤1)通过电解水产生氢气和氧气，其中，电力来自光电发电过程中的产生弃光。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中产生的氧气通过管道输送至锅炉中强化氨气的燃烧过程。

本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法如下：通过化学合成法将氢气和氮气合成氨气，其中，氮气来自燃烧发电过程中氨燃烧后烟气分离得到。

本发明进一步的改进在于，合成后的氨气通过加压液化转化成液氨进行储存，实现对新能源弃风弃光能量的储存。

本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法如下：储存的液氨通过气化装置气化为氨气。

本发明进一步的改进在于，氨气通过管道输送至锅炉燃烧发电。

本发明提出的一种消纳弃风弃光并实现无碳排放的发电方法，具有以下有益的技术效果：

(1)有效化解新能源发电过程中普遍存在的弃风弃光难题；

(2)利用氨作为新能源的储能载体，更安全、能量密度更高，经济性更好；

(3)通过利用氨的燃烧发电，可以实现发电过程以及全流程的无碳排放；

(4)氨燃烧后产生的氮气用于合成氨，实现循环利用。

综上，本发明提出了一种消纳弃风弃光并实现无碳排放的发电方法，利用可再生能源产生的弃电或波谷电力制氢，然后合成氨，在电力不足时将其用于燃烧发电，以实现系统全生命周期内的零碳排放。

附图说明

图1为本发明一种消纳弃风弃光并实现无碳排放的发电方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明提供的一种消纳弃风弃光并实现无碳排放的发电方法，包括以下步骤：

(1)将新能源发电过程中产生的弃风弃光发电用于将水电解制备氢和氧气，实现将原本要舍弃的新能源发电转化为氢能；

(2)将氢与氮气合成制备氨，实现将储存、运输、使用均较为困难的氢转化为更安全的氨，使氨成为新能源的储能载体；

(3)将氨用于燃烧发电，产生电能，实现新能源发电的储能转化；

(4)氨燃烧后产生的氮气可回用作为合成氨的原料氮，实现循环。

进一步，一种消纳弃风弃光并实现无碳排放的发电方法，：

(1)利用氨的燃烧发电，实现燃烧发电过程的无碳排放；通过用氨完全替代动力煤作为火力发电厂的燃料，将气态氨气通过专用的氨燃烧器送入锅炉燃烧，将氨携带的能量转化为电能输出。

(2)基于(1)，采用氢与氮通过化学催化合成工艺制备氨气；

(3)基于(2)，利用新能源弃风弃光发电通过电解水制备氢气；

(4)基于(1)和(2)，制备氨气所需的氮来自氨燃烧过程中产生的氮气，氨气燃烧后的尾气通过分离得到氮。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。