一种电解制氢耦合燃气轮机发电系统的制作方法

1.本技术涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种电解制氢耦合燃气轮机发电系统。


背景技术：

2.随着全球向低碳能源的转型过渡，世界各国均在积极探寻取代传统燃煤发电的新型电力供应方式，燃气轮机发电因其碳排放量明显低于传统燃煤发电方式引起各国政府关注，目前燃气轮机发电均以天然气为原料，天然气发电的清洁性明显优于燃煤发电，但其在燃烧过程中仍会产生一定的碳足迹，此外，天然气作为一种不可再生能源，其贮藏量也具有一定限制。可再生能源作为一种取之不尽，用之不竭的能源，有助于推进环境治理和生态保护，有利于实现人类社会的可持续发展。但是由于可再生能源发电通常具有间歇性和波动性，因此难以提供稳定、高品质的电力供应。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本技术的目的在于提出一种电解制氢耦合燃气轮机发电系统，本技术利用可再生能源发电系统、电解制氢系统和燃气轮机发电系统集成，有效降低可再生能源的波动性，向电网提供稳定、高质量的电力输入；利用掺氢燃气轮机，可有效降低燃气轮机发电过程中的碳排放，且掺氢燃气轮机可在现有天然气燃气轮机的基础上进行改造，节约成本；通过设置余热利用系统对燃气轮机燃烧发电后产生的乏汽进行余热利用，提高系统能量转换效率，降低电解水制氢纯水制备的成本。
5.为达到上述目的，本技术提出的一种电解制氢耦合燃气轮机发电系统，包括电解制氢系统、燃气轮机发电系统和余热利用系统，所述燃气轮机发电系统用于向电解制氢系统供电，所述电解制氢系统通过第一管路向所述燃气轮机发电系统供应氢气，所述燃气轮机发电系统通过第二管路和所述余热利用系统连接用以通入乏汽，所述余热利用系统通过第三管路和所述电解制氢机构连接用以供水，还包括可再生能源发电系统，所述可再生能源发电系统和所述电解制氢系统电连接。
6.进一步地，所述余热利用系统包括通过管路依次连接的回热器、原水换热器、膜蒸馏组件和产水换热器，所述燃气轮机发电系统通过所述第二管路向所述回热器通入乏气，所述回热器通过管路向所述原水换热器通入低温烟气，所述原水换热器外接入原水，所述原水和所述低温烟气在所述回热器内换热升温，所述原水换热器内升温后的原水通过管路通入膜蒸馏组件内，所述膜蒸馏组件的出水口处和所述产水换热器连通用以通入纯水。
7.进一步地，所述燃气轮机发电系统包括通过管路依次连接的燃气轮机、余发电设备和压气机，所述燃气轮机驱动所述发电设备发电，所述发电设备与所述电解制氢系统电连接进行供电，所述发电设备通过所述第二管路向所述回热器通入乏气，所述压气机通过第四管路和所述回热器连通用以通入空气，所述空气和所述乏气在所述回热器内换热，所述回热器内升温后的空气回流至所述燃气轮机内。
8.进一步地，所述电解制氢系统包括通过管路依次连接的电解槽、气液分离器、气体冷却器和水雾捕滴器，所述发电设备和所述电解槽电连接，所述水雾捕滴器通过所述第一管路和所述燃气轮机连接用以通入氢气。
9.进一步地，所述电解制氢系统还包括氢气储罐，所述氢气储罐设置于所述水雾捕滴器和所述燃气轮机之间的管路上，所述氢气储罐通过所述第一管路和所述燃气轮机连接。
10.进一步地，所述电解制氢系统还包括电解液换热器，所述电解液换热器、所述电解槽和所述气液分离器通过管路首尾依次连接形成循环回路。
11.进一步地，所述电解制氢系统还包括补水系统，所述补水系统通过管路和所述电解槽连接，所述产水换热器通过所述第三管路和所述补水系统连通用以通入纯水。
12.进一步地，还包括电网系统，所述发电设备和所述电解槽分别与所述电网系统电连接。
13.进一步地，所述电网系统的输入端还设置有逆变器。
14.进一步地，所述电解槽、所述发电设备和所述电网系统分别与所述可再生能源发电系统电连接。
15.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
16.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
17.图1是本技术一实施例提出的一种电解制氢耦合燃气轮机发电系统的结构示意图。
具体实施方式
18.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。相反，本技术的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
19.图1是本技术一实施例提出的一种电解制氢耦合燃气轮机发电系统的结构示意图。
20.参见图1，一种电解制氢耦合燃气轮机发电系统，包括电解制氢系统、燃气轮机发电系统和余热利用系统，所述燃气轮机发电系统用于向电解制氢系统供电，所述电解制氢系统通过第一管路1向所述燃气轮机发电系统供应氢气，所述燃气轮机发电系统通过第二管路2和所述余热利用系统连接用以通入乏汽，所述余热利用系统通过第三管路3和所述电解制氢机构连接用以供水，还包括可再生能源发电系统4，所述可再生能源发电系统4和所述电解制氢系统电连接。
21.本实施例中，通过设置燃气轮机发电系统和可再生能源发电系统分别与电解制氢
系统电连接，利用电解水制氢系统消纳可再生能源发电高峰期的富余电量，当可再生能源发电量不足以供应电力消耗时，通过燃气轮机发电系统燃烧氢气发电补充电量缺口，从而实现电解制氢系统的稳定运行，有效降低可再生能源的波动性。
22.具体地，可再生能源包括但不限于风力发电、光伏发电等。利用可再生能源电解制氢，可实现氢气生产的零碳排放，燃气轮机发电系统的燃料来源可以来自于电解制氢系统产出的氢气。
23.所述余热利用系统包括通过管路依次连接的回热器5、原水换热器6、膜蒸馏组件7和产水换热器8，所述燃气轮机发电系统通过所述第二管路2向所述回热器5通入乏气，所述回热器5通过管路向所述原水换热器6通入低温烟气，所述原水换热器6外接入原水，所述原水和所述低温烟气在所述回热器5内换热升温，所述原水换热器6内升温后的原水通过管路通入膜蒸馏组件7内，所述膜蒸馏组件7的出水口处和所述产水换热器8连通用以通入纯水。具体地，回热器5内通入乏气，乏气和空气在回热器5内换热后，空气升温回流至燃气轮机内，经过回热器5换热后的低温烟气流入原水换热器6内，原水经过原水换热器6升温后进入膜蒸馏组件7，在膜蒸馏组件7两侧压力差的作用下原水以水蒸气的形式进入产水侧，在膜蒸馏组件7的产水侧冷凝后得到纯水进入产水换热器8内，进而通过补水系统进入电解槽内，补充电解槽电解过程中消耗的水。原水换热器6利用发电设备产生的废热对原水进行初步加热升温，为后续的蒸馏工艺节约能耗，保证膜蒸馏组件可靠运行，实现热量在系统内的循环利用，降低系统的整体能耗。
24.所述燃气轮机发电系统包括通过管路依次连接的燃气轮机9、发电设备10和压气机11，所述燃气轮机9驱动所述发电设备10发电，所述发电设备10与所述电解制氢系统电连接进行供电，所述发电设备10通过所述第二管路2向所述回热器5通入乏气，所述压气机11通过第四管路12和所述回热器5连通用以通入空气，所述空气和所述乏气在所述回热器5内换热，所述回热器5内升温后的空气回流至所述燃气轮机9内。具体地，发电设备10可以为发电机，本实施例中，燃气轮机9燃烧发电后产生的乏汽进入回热器5，用于将经过压气机11压缩后的空气预热，提高空气进入燃气轮机9燃烧室的温度，减少燃料消耗，燃气轮机可以为掺氢天然气燃气轮机，也可以为纯氢燃气轮机，且掺氢燃气轮机可在现有天然气燃气轮机的基础上进行改造，节约成本。
25.所述电解制氢系统包括通过管路依次连接的电解槽13、气液分离器14、气体冷却器15和水雾捕滴器16，所述发电设备10和所述电解槽13电连接，所述水雾捕滴器16通过所述第一管路1和所述燃气轮机9连接用以通入氢气。发电机通过电线和电解槽电连接进行供电，电解槽13电解产出的氢气经过气液分离器14的气液分离和气体冷却器15的冷却，水雾捕滴器16的过滤，一部分供应到燃气轮机内进行燃烧，一部分进行储存，便于后续利用。
26.所述电解制氢系统还包括氢气储罐17，所述氢气储罐17设置于所述水雾捕滴器16和所述燃气轮机9之间的管路上，所述氢气储罐17通过所述第一管路1和所述燃气轮机9连接。由于可再生能源系统发电量波动较大，在产氢量较大的时候，氢气储存到氢气储罐内进行缓存，然后经过氢气储罐对燃气轮机进行供氢，能够提高燃气轮机的供氢的稳定性，避免氢能的浪费。
27.所述电解制氢系统还包括电解液换热器18，所述电解液换热器18、所述电解槽13和所述气液分离器14通过管路首尾依次连接形成循环回路。通过设置电解液换热器18对气
液分离器分离出来的电解液进行降温后回流到电解槽内，进行循环使用，以实现循环水在电解制氢系统内的循环利用。
28.所述电解制氢系统还包括补水系统19，所述补水系统19通过管路和所述电解槽13连接，所述产水换热器8通过所述第三管路3和所述补水系统19连通用以通入纯水。产水换热器8内的产出的纯水通入补水系统19内进行储存，补水系统19主要对电解槽13进行纯水供应，实现电解槽电解水的可持续进行，具体地，补水系统19可以由纯水箱、纯水泵等构成的补充电解槽消耗原水的一套装置。
29.一种电解制氢耦合燃气轮机发电系统还包括电网系统20，所述发电设备10和所述电解槽13分别与所述电网系统20电连接。电网系统20可以对可再生能源发电以及发电设备产生的电能进行并网储存，也可以反向对电解槽和发电设备进行供电，维持系统的正常运行。
30.所述电网系统20的输入端还设置有逆变器21。保证可再生能源发电和发电设备的发电顺利上网。
31.所述电解槽13、所述发电设备10和所述电网系统20分别与所述可再生能源发电系统4电连接。该系统主要由可再生能源发电对电解槽和发电设备进行供电，电网系统作为备用电源，可以用来消纳可再生能源产生的电能。
32.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
33.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
34.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
35.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。