一种基于固体氧化物制氢的储能调峰系统及方法

技术领域

本发明属于火力发电领域，具体涉及一种基于固体氧化物制氢的储能调峰系统及方法。

背景技术

现在用电结构发生很大改变，电网谷峰差日益增大；再加上风电、光伏等新能源发电量迅速增大，对火电机组的调峰能力和运行灵活性的需求越来越高，使得越来越多的高参数大容量火电机组肩负起电网调峰的责任。风电、光伏等发电均存在波动性强、峰谷差异大、电量不可控等问题，部分地区已出现严重的弃风、弃光现象。如何提高火电机组调峰深度和响应速度以适应新能源快速发展的需要，是电力行业亟待解决的问题。

近年来，为提高机组调峰深度和响应速度，不仅从系统自身进行挖掘，如凝结水调频、给水调频等，还进行了机组系统的改造，如最近应用广泛的低压缸零出力改造、汽轮机旁路改造等。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于固体氧化物制氢的储能调峰系统，通过固体氧化物燃料制氢系统与火力发电系统的耦合，实现用电谷时储氢、用电峰时补汽的功能，最终提高机组调峰深度及与运行灵活性。

为了达到上述目的，一种基于固体氧化物制氢的储能调峰系统，包括固体氧化物燃料电池，固体氧化物燃料电池连接机组的主蒸汽管路和机组的发电机，固体氧化物燃料电池包括阳极和阴极，阴极连接氢气储气罐，阳极连接氧气储气罐，氢气储气罐和氧气储气罐连接催化燃烧室，催化燃烧室连接换热器，换热器连接机组的中压缸。

固体氧化物燃料电池内填充有电解质。

机组的主蒸汽管路连接锅炉的末级过热器。

机组包括高压缸、中压缸和低压缸，高压缸连接中压缸，中压缸连接低压缸，低压缸连接发电机。

中压缸的蒸汽管路连接锅炉的末级再热器。

催化燃烧室的高温蒸汽管路连接换热器，换热器的冷源连接给水，换热器的热源为催化燃烧室的高温蒸汽。

经换热器后的高温蒸汽经过增压泵增压后连接中压缸入口。

换热器的冷源出口连接省煤器，省煤器置于锅炉的尾部烟道。

机组的主蒸汽管路接入固体氧化物燃料电池的阴极。

一种基于固体氧化物制氢的储能调峰系统的工作方法，包括以下步骤：

当处于用电低谷时；

当机组处于用电低谷时，从机组的主蒸汽抽取蒸汽作为固体氧化物制氢的原料，进入固体氧化物燃料电池，从发电机接入电量，作为高温蒸汽电解用电，电解后产生的氢气储存至氢气储气罐中，产生的氧气储存至氧气储气罐中；

当处于用电高峰时；

当机组处于用电高峰时，氢气储气罐和氧气储气罐中的氢气和氧气通过在催化燃烧室内燃烧产生高温蒸汽，将高温蒸汽增压后补充至中压缸入口。

与现有技术相比，当机组处于用电低谷时，本发明将从机组的主蒸汽抽取蒸汽作为固体氧化物制氢的原料，进入固体氧化物燃料电池，并从发电机接入电量，作为高温蒸汽电解用电，从汽侧和电侧同时作用，降低机组负荷，电解后阴极产生的氢气储存至氢气储气罐、阳极产生的氧气储存至氧气储气罐。当机组处于用电高峰时，储气罐中的氢气和氧气通过在催化燃烧室内燃烧产生高温蒸汽，将高温蒸汽增压后补充至中压缸入口，增加中、低压缸的做功能力，增大机组做功能力，增加主机调频响应速率。本发明采用主蒸汽作为电解原材料，直接提供反应所需的温度，简化系统，同时有效避免炉内局部超温；本发明采用氢气作为储能的介质清洁、高效。

进一步的，本发明在用电高峰时，通过氢气和氧气燃烧产生的高温蒸汽可以先加热部分给水，排挤高压加热器回热抽汽，降低至再热温度后进入中压缸，进一步增大做功能力，提高调峰能力和速率。

附图说明

图1为本发明的系统图；

其中，1、固体氧化物燃料电池，2、发电机，3、阳极，4、阴极，5、氢气储气罐，6、氧气储气罐，7、催化燃烧室，8、中压缸，9、炉膛，10、末级过热器，11、高压缸，12、低压缸，13、换热器，14、末级再热器，15、省煤器，16、电解质，17、蒸汽增压泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1，本发明包括固体氧化物燃料电池1，固体氧化物燃料电池1连接机组的主蒸汽管路和机组的发电机2，固体氧化物燃料电池1内填充有电解质16，固体氧化物燃料电池1包括阳极3和阴极4，阴极4连接氢气储气罐5，阳极3连接氧气储气罐6，氢气储气罐5和氧气储气罐6连接催化燃烧室7，催化燃烧室7的高温蒸汽管路连接换热器13，换热器13的冷源连接给水，换热器13的热源为催化燃烧室7的高温蒸汽。换热器13连接增压泵17，增压泵17连接机组的中压缸8。换热器13的冷源出口连接省煤器15，省煤器15置于锅炉9的尾部烟道。机组的主蒸汽管路接入固体氧化物燃料电池1的阴极4。机组的主蒸汽管路连接锅炉9的末级过热器10。中压缸的蒸汽管路连接锅炉9的末级再热器14。机组包括高压缸11、中压缸8和低压缸12，高压缸11连接中压缸8，中压缸8连接低压缸12，低压缸12连接发电机2。

一种基于固体氧化物制氢的储能调峰系统的工作方法，包括以下步骤：

1)用电低谷时储氢；

当机组处于用电低估时，从机组的主蒸汽抽取蒸汽作为固体氧化物制氢的原料，进入固体氧化物燃料电池1的阴极4，并从发电机2接入电量，作为高温蒸汽电解用电，电解后从阴极4产生的氢气储存至氢气储气罐5中，从阳极3产生的氧气储存至氧气储气罐6中。

2)用电高峰时补汽；

当机组处于用电高峰时，氢气储气罐5和氧气储气罐6中的氢气和氧气通过在催化燃烧室7内燃烧产生高温蒸汽，将高温蒸汽增压后补充至中压缸8入口，增加中压缸8和低压缸12的做功能力，增加主机调频响应速率。

催化燃烧室7中氢气和氧气燃烧产生的高温蒸汽送入换热器13中，先加热部分给水，降低至再热温度后进入中压缸8。

本发明采用主蒸汽作为电解原材料，直接提供反应所需的温度，简化系统，同时有效避免炉内局部超温。