[实用新型]一种多能互补的高效清洁能源系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及天然气分布式能源领域，涉及一种多能互补的高效清洁能源系统及其应用，特别是一种利用火电厂、水电厂的富余电力，在天然气分布式能源站附近采用质子交换膜水电解水制氢，将氢气加入到天然气中，混合气作为小型化的基于燃气内燃机的天然气分布式能源的燃料的高效清洁系统。

背景技术

天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70％以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式。天然气分布式能源是当今世界高能效、高可靠、低排放的先进的能源技术手段，被各国政府、设计师、投资商所采纳。

基于燃气内燃机的小型天然气分布式能源系统由于其启动快、装机灵活、小型化等优点，在医院、校园、建筑等楼宇上广泛应用，但也有两个关键技术难题是火花塞寿命长短以及高NOx的排放，其中火花塞的更换频率在一定程度上决定了发动机设备的维护费用的增加。

电解水是由电能提供动力，将水分解为氢和氧的化学过程，在目前的各种制氢技术中，利用可再生能源所产生的电能作为动力来电解水是最为成熟和最有潜力的技术，被视为通向氢经济的最佳途径。

电解水制氢技术已经得到工业化应用，全球约有4％的氢气来源于电解水。传统的碱性水溶液电解制氢因制氢效率低、电能损耗大而限制了其应用范围。研究人员进行了大量的研究工作来提高制氢效率，研究内容主要包括低过电位电极材料、质子交换膜水电解和高温水蒸气电解。

目前，近年来部分地区由于水电、光伏、风电等新能源发展，大量大容量、高参数燃煤发电机组的运行负荷大幅度减少，有的降到了设计负荷的50％以下，机组装机容量比供电负荷冗余了大量的剩余电力，将大量的剩余电力输送到天然气分布式能源站附近，采用质子交换膜水电解水。质子交换膜水电解制氢技术具有效率高氢气纯度高和无污染等优点。质子交换膜作为电解质具有良好的化学稳定性、质子传导性和气体分离性等优点，可以使电解槽在较高的电流下工作。

高的氮氧化物的排放对环境的影响大，目前降低NOx排放的主流方法主要有选择性催化还原法(SCR)、三效催化剂法(TWC)、氢辅助稀薄操作等方法。选择性催化还原法(SCR)脱硝是在一定的温度和催化剂作用下，利用氨或烃做还原剂可选择性地将NOx还原为氮气和水的方法。可使NOx的脱除率达90％以上。此法对大气环境质量的影响不大，是目前脱硝效率最为成熟，且应用最广的脱硝技术。但由于氨量的控制误差而造成的二次污染等原因使得通常仅能达到65％～80％的净化效果；三效催化剂法(TWC)是通过催化剂的作用，把CO、HC、NOX分别氧化、还原为对人体健康无害的二氧化碳(CO2)、氮气(N2)和水蒸气(H2O)，在转化过程中，催化剂能同时对CO、HC、NOx三种有害物起催化净化作用，三效催化剂法(TWC)可有效地降低NOx的排放，但是同时花费成本较高，经济效益较低。

现有技术中还不存在本实用新型提及的多能互补的高效清洁能源系统，将富余电力输送至天然气分布式能源站附近，利用质子膜交换制氢技术制取氢气，将氢气按照比例与天然气混合，供电、冷、热，降低NOx排放，减少燃气内燃机火花塞更换频率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在电力浪费、天然气使用中产生的NO_X偏高造成环境污染等问题，提供了一种多能互补的高效清洁能源系统，将富余电力输送到小型燃气分布式能源站附近的电解水制氢设备中制取氢气，将氢气按照要求比例混合到天然气分布式能源站的燃料——天然气中，对周边供应电、冷、热等多种能源供给，降低NOx排放、提高发动机火花塞寿命，降低运行维护成本，构成所属区域间的能源互联网，建立了一整套基于天然气分布式能源的多能互补的高效清洁能源系统。

具体为一种多能互补的高效清洁能源系统，该系统由电解水制氢设备、分布式能源站组成，所述由电解水制氢设备制备的氢，所得到的氢气与天然气混合，通过输送管道，添加到天然气分布式能源站中。

优选的是，所述天然气分布式能源站的主机设备为燃气内燃机，系统单机容量不超过10MW。

优选的是，所述电解水制氢设备与分布式能源站的输送管道长度应大于100米，即电解水制氢设备应设置在分布式能源站附近，按照《GB50177-2005氢气站》有关安全方法的规定要求，根据分布式能源站的装机容量以及电解水制氢设备采取的生产方法，二者之间不得设置在100米范围之内。