一种基于甲醇储能的多元互补新能源系统
本发明涉及新能源、新型电网、绿色化工，尤其涉及一种基于甲醇储能的多元互补新能源系统。
背景技术：
1、
2、首先，可再生电力的大规模供给和消费侧全面电气化进程将加速。在机遇的同时电力系统面临着电力保供和新能源消纳等挑战，现有常规电源的调节能力难以满足净负荷曲线变化的调峰需求，电网调峰压力日益增加，新能源弃电和供电缺口反复交织出现。亟需统筹好电力系统的发展和安全，开展新能源系统友好性能提升行动，推动新能源有效承担系统安全和调节责任，助力新型电力系统建设。推动提升新能源系统友好性能，是加快构建新型电力系统适应能源转型需要的必然选择，有助于推进大型新能源基地、调节支撑电源和外送通道开发建设，保障外送电力的连续性和稳定性；也有利于缓解系统高峰缺电时段的电力供应保障问题，提高新能源可靠出力水平，更好发挥新能源在能源保供增供方面的作用。
3、与此同时，重工业和船运、航空等高排放行业对化石能源存在一定的依赖，在技术可行性和成本的角度看，难以实现大规模可再生电力替代，其转型路径将依靠以氢能、生物质、合成燃料为代表的新型清洁燃料。电转氢、电制燃料(绿甲醇、绿氨)等方式可实现电能与氢能二次能源融合利用，助力难以电气化的领域深度脱碳，实现电能、热能、燃料、原料等异质能源跨能源网络协同互补，建立电力与能源(原料)输送协同发展新格局，促进工业、交通、民生用能领域深度脱碳，对“双碳”目标达成和能源安全提升具有重要意义。
4、绿色甲醇储能技术具有长期和广泛地域的能源调控与转移能力，且易于大规模存储，这对于促进可再生能源的发展、新型电网构建以及工业脱碳具有深远意义。当前，基于甲醇储能的新能源系统主要依靠风光绿电和谷电来生产甲醇，这种模式与电网的供需关系是单向的，不能有效地保障电网的稳定供电。尽管可以通过甲醇(氢)发电来补充电网电力，但这会降低能源利用效率。此外，二氧化碳加氢耦合水电解制甲醇的方法，相较于传统的一氧化碳制甲醇工艺，对氢的利用效率更低，现有技术尚未能完全满足新能源系统友好性能提升的需求。为了解决这些问题，未来的发展方向之一是创新应用分布式能源系统，将甲醇储能技术与生物质能、太阳能、风能等可再生能源发电系统集成，构建更高效、更稳定的能源供应体系。这样的集成不仅可以优化能源利用效率，还能提升电网的供电稳定性，同时促进绿色化工产业，从而更好地推动新能源系统的发展。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于甲醇储能的多元互补新能源系统，解决现有技术中存在的上述问题。
2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
3、本发明的一种基于甲醇储能的多元互补新能源系统，包括生物质气化单元、储配气单元、燃气发电单元、光伏/风力发电单元、电力分配单元、电解水制氢单元、合成气调质单元、甲醇制备单元、电气调节单元和储电单元；所述生物质气化单元将生物质原料转化为燃气并净化，净化后的燃气进入所述储配气单元存储并被分配至下游管路，其中，一路进入所述燃气发电单元发电，所发电力进入所述电气调节单元，另一路燃气进入所述合成气调质单元调质合成气制备甲醇；所述光伏/风力发电单元利用风能、太阳能生产可再生电力，可再生电力被所述电力分配单元分配至两条线路，其中，一路进入所述电解水制氢单元生产氢气，另一路与来自所述燃气发电单元的电力一同经过所述电气调节单元调节后存储或上网，所述储电单元参与所述电气调节单元的调节过程，以协助维持上网电力的稳定；所述电解水制氢单元生产的氢气与所述储配气单元的燃气一同进入所述合成气调质单元混和调质形成合成气，调质后的合成气进入所述甲醇制备单元制备甲醇。
4、进一步的，还包括储氢罐和甲醇储罐，所述电解水制氢单元生产的氢气进入所述储氢罐储存，所述甲醇制备单元制备的甲醇进入所述甲醇储罐，制甲醇弛放气进入生物质气化单元参与气化反应或进入所述燃气发电单元发电，所述甲醇储罐内的甲醇产品外运或进入所述燃气发电单元发电。
5、进一步的，所述合成气各组分体积含量满足(h2-co2)/(co+co2)＝2.0-2.3。
6、进一步的，所述生物质气化单元气化产生燃气，通过所述储配气单元存储燃气并调控用于制备甲醇和发电的燃气比例。
7、再进一步的，所述光伏/风力发电单元生产电力，通过所述电力分配单元调控风/光电力用于制备甲醇和供电网的比例。
8、进一步的，所述电气调节单元根据来自所述电力分配单元的风/光电量调节所述燃气发电单元的发电量和所述储电单元的进出电量，以平抑风/光电力的波动性和不稳定性，维持总上网电量的平稳。
9、再进一步的，电网低谷电经所述电力分配单元分配至所述电解水制氢单元制氢。
10、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
11、(1)本发明的基于甲醇储能的多元互补新能源系统利用生物质与风/光新能源易于互补的特点，将生物质能源的稳定性与风/光能源的波动性耦合，既拓展了生物质能利用新场景，又大范围拓宽了风/光可再生能源利用区间；在向电网供电模式下，根据风/光电量调节燃气发电量，并结合短时高频储能，平抑风/光电能的波动性和不稳定性，提高光伏/风力发电年平均利用小时数，提高风/光电能利用率。并且燃气发电机组的存在及其负载积极响应能力对提升新能源电站惯量响应、一次调频、主动调压、阻尼能力等系统关键指标有积极作用，可增强系统的稳定性、可靠性和电能质量；在制甲醇储能模式下，生物质燃气提供制甲醇所需碳源和部分氢，不足的氢由风/光电能制备补充，调质合成气制备甲醇，实现绿色化工原料互补，推动绿色甲醇化工产业的发展。
12、(2)本发明的基于甲醇储能的多元互补新能源系统能够实现电网、氢网和绿色化工多元耦合互补，建立氢能与电能相互转化、高效协同的氢电耦合能源网络，该能源网络包含电能链和氢能链(甲醇载氢体)两部分，创新了多种特质的新能源(风/光/生物质)和二次能源化工产品(电力/氢/甲醇)协同耦合式发展新模式，以绿色甲醇为媒介深度打通传统高耗能、高排放化工工业领域和交通领域电气化、绿色化发展新路径。电网和氢网相互独立，又相互补充：载氢体甲醇作为储能手段，对电网起到削峰填谷、降低波动性、提高稳定性的作用，有助于优化电网结构，特别是缓解风能、太阳能等可再生能源大规模、高比例接入电网带来的巨大调峰调频压力，提高电力系统的弹性，促进电力行业实现绿色转型；绿色电力和绿色碳源推动绿色甲醇替代化石能源甲醇，促进甲醇化工产业绿色发展，助力“双碳”战略。
13、(3)本发明的基于甲醇储能的多元互补新能源系统实现电力系统源侧和消费侧转化互补，电力输出与谷电消纳双重功能多元互补，适应电网灵活性改造。在电网用电低谷时段系统成为用户负载，清洁能源协同吸收的电网谷电制备甲醇；电网负荷高峰时段系统成为电源侧，清洁能源发电上网，实现适应全天候条件及复杂电网状况的多模式运行，推动提升新能源系统友好性能，助力构建适应能源转型需要的新型电力系统。
14、本发明的基于甲醇储能的多元互补新能源系统将弃风、弃光、生物质能等多种特质的可再生能源系统耦合、多能互补，促进异质能源跨地域和跨季节优化配置，具备甲醇储能和绿电上网双重功能：一方面，利用生物质燃气发电和短时高频储能技术平抑风光电力波动性，促进风光绿电消纳水平；另一方面，将风光绿电制氢与生物质绿色碳源相结合，通过制备甲醇实现储能。本发明既可作为源侧向电网供电，又能作为消费侧利用电网低谷电制备甲醇，既可实现电网移峰填谷又有助于提升电网灵活性，推动电能、氢能和绿色化工系统融合，促进形成多元互补融合的现代能源供应体系。
技术特征：
1.一种基于甲醇储能的多元互补新能源系统，其特征在于：包括生物质气化单元、储配气单元、燃气发电单元、光伏/风力发电单元、电力分配单元、电解水制氢单元、合成气调质单元、甲醇制备单元、电气调节单元和储电单元；所述生物质气化单元将生物质原料转化为燃气并净化，净化后的燃气进入所述储配气单元存储并被分配至下游管路，其中，一路进入所述燃气发电单元发电，所发电力进入所述电气调节单元，另一路燃气进入所述合成气调质单元调质合成气制备甲醇；所述光伏/风力发电单元利用风能、太阳能生产可再生电力，可再生电力被所述电力分配单元分配至两条线路，其中，一路进入所述电解水制氢单元生产氢气，另一路与来自所述燃气发电单元的电力一同经过所述电气调节单元调节后存储或上网，所述储电单元参与所述电气调节单元的调节过程，以协助维持上网电力的稳定；所述电解水制氢单元生产的氢气与所述储配气单元的燃气一同进入所述合成气调质单元混和调质形成合成气，调质后的合成气进入所述甲醇制备单元制备甲醇。
2.根据权利要求1所述的一种基于甲醇储能的多元互补新能源系统，其特征在于：还包括储氢罐和甲醇储罐，所述电解水制氢单元生产的氢气进入所述储氢罐储存，所述甲醇制备单元制备的甲醇进入所述甲醇储罐，制甲醇弛放气进入生物质气化单元参与气化反应或进入所述燃气发电单元发电，所述甲醇储罐内的甲醇产品外运或进入所述燃气发电单元发电。
3.根据权利要求1所述的一种基于甲醇储能的多元互补新能源系统，其特征在于：所述合成气各组分体积含量满足(h2-co2)/(co+co2)＝2.0-2.3。
4.根据权利要求1所述的一种基于甲醇储能的多元互补新能源系统，其特征在于：所述生物质气化单元气化产生燃气，通过所述储配气单元存储燃气并调控用于制备甲醇和发电的燃气比例。
5.根据权利要求1所述的一种基于甲醇储能的多元互补新能源系统，其特征在于：所述光伏/风力发电单元生产电力，通过所述电力分配单元调控风/光电力用于制备甲醇和供电网的比例。
6.根据权利要求1所述的一种基于甲醇储能的多元互补新能源系统，其特征在于：所述电气调节单元根据来自所述电力分配单元的风/光电量调节所述燃气发电单元的发电量和所述储电单元的进出电量，以平抑风/光电力的波动性和不稳定性，维持总上网电量的平稳。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种基于甲醇储能的多元互补新能源系统，其特征在于：电网低谷电经所述电力分配单元分配至所述电解水制氢单元制氢。
技术总结
本发明公开了一种基于甲醇储能的多元互补新能源系统，其中生物质气化单元将生物质原料转化为燃气并净化，净化后的燃气进入储配气单元存储并分配，一路进入燃气发电单元发电，另一路燃气进入合成气调质单元调质合成气制备甲醇；光伏/风力发电单元生产可再生电力，可再生电力被电力分配单元分配，一路进入电解水制氢单元生产氢气，另一路与来自燃气发电单元的电力经过电气调节单元调节后存储或上网；电解水制氢单元生产的氢气与储配气单元的燃气进入合成气调质单元混和调质形成合成气，调质后的合成气进入甲醇制备单元制备甲醇。本发明将多种特质的可再生能源系统耦合、多元互补，促进异质能源跨地域和跨季节的优化配置，具备甲醇储能和绿电上网双重功能。
技术研发人员：杨立国,孙荣峰,盖东,崔新雨,姜建国,范晓旭
受保护的技术使用者：山东省科学院能源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5