[0001] 本发明涉及新能源和煤化工技术领域，具体而言，涉及一种风光储能和干粉加压气化联合循环的发电装置及方法。

[0002] 在新能源和随着新能源技术不断的发展，光伏和风电作为能源的主流发展技术，不仅可以发电也可以制氢储氢。氢因其高热值、清洁无污染的特性，成为重要储能之一；却因其易燃易爆的特点，也导致存储和利用一直存在问题。同时，新能源发电能力稳定性差，过多依靠外界光能和风能，也会造成制氢储氢的稳定性差。

[0003] 而在煤化工领域中，整体煤气化联合循环发电系统(Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC)是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统，是一种清洁煤电技术，但其能源来源是不可在生化石燃料，能源结构单一。

[0043] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0044] 如图1所示，在本发明的一个实施例中，一种风光储能和干粉加压气化联合循环的发电装置，包括：联合循环子系统、集中发电子系统、光伏单元1、风机单元2、光伏逆变器3、风机变流器4、电解单元5、空分单元6、气化单元7、储氢单元15和净化转换单元16。

[0045] 光伏单元1分别与光伏逆变器3和电解单元5连接；风机单元2分别与风机变流器4和集中发电子系统连接；光伏逆变器3还与集中发电子系统连接；风机变流器4还与电解单元5连接；电解单元5还与空分单元6、气化单元7、储氢单元15和净化转换单元16连接；空分单元6还与气化单元7连接；储氢单元15还与净化转换单元16双向联通；净化转换单元16还与联合循环子系统连接；联合循环子系统连接还与集中发电子系统连接。

[0046] 气化单元7为煤粉加压式气化炉。

[0047] 集中发电子系统包括：风机主变压器11、光伏主变压器12、燃气轮机主变压器13和汽轮机主变压器14；风机主变压器11与风机单元2连接；光伏主变压器12与光伏逆变器3连接；燃气轮机主变压器13和汽轮机主变压器14均与联合循环子系统连接。

[0048] 联合循环子系统包括：燃气轮机8、汽轮机9和余热锅炉10；燃气轮机8分别与净化转换单元16、余热锅炉10和燃气轮机主变压器13连接；余热锅炉10还与汽轮机9连接；汽轮机9还与汽轮机主变压器14连接。

[0049] 本实施例还提供了一种风光储能和干粉加压气化联合循环的发电方法，采用上述的风光储能和干粉加压气化联合循环的发电装置，包括：

[0050] 通过光伏单元1、光伏逆变器3和光伏主变压器12的连接通路进行发电；

[0051] 通过风机单元2和风机主变压器11的连接通路进行发电；

[0052] 通过电解单元5、空分单元6、气化单元7和净化转换单元16，利用风电和光电能量，制氢及由煤制得合成气，送入储氢单元15储存或送入燃气轮机8作为燃料；

[0053] 通过燃气轮机8和燃气轮机主变压器13的连接通路进行发电；

[0054] 将燃气轮机8做功的排烟热量传递到余热锅炉10，生成蒸汽，驱动汽轮机9和汽轮机主变压器14的连接通路进行发电。

[0055] 其中，通过电解单元5、空分单元6、气化单元7和净化转换单元16，利用风电和光电能量，制氢及由煤制得合成气，通过储氢单元15储存或作为燃料送入燃气轮机8的方法包括：

[0056] 将由风机单元2产生并经风机变流器4转换为直流的电能和光伏单元1产生的直流电能输送给电解单元5；

[0057] 通过电解单元5以除盐水作为电解水制得氢气和氧气，并将氢气送入储氢单元15和净化转换单元16，将氧气送入气化单元7；

[0058] 通过空分单元6分离空气中的氮气和氧气，并将氮气和氧气通过不同的管线送入气化单元7；

[0059] 通过气化单元7使用氮气、氧气、蒸汽和煤粉，通过氧化还原反应制得合成气，并将合成气经净化转换单元16转化为氢气，分别送入储氢单元15和燃气轮机8。

[0060] 如图2所示，本实施例的风光储能和干粉加压气化联合循环的发电方法，在不同工况下可部分开启风光储能和干粉加压气化联合循环的发电装置中的不同单元，形成以下五种运行模式：

[0061] (M1)风光煤发电加储氢：风光充足，风力发电运行、光伏发电运行，电解单元5运行，制氢储氢工作。空分单元6工作将产的氧气和氮气输送到气化单元7，与气化单元7的煤粉和蒸汽发生氧化还原反应生成合成气，与此同时，电解单元5工作产生氧气也用注入空分单元6的产氧管线，用于气化反应，电解单元5的氢气一部分去储氢单元15，一部分进入净化转换单元16用于燃气轮机8做功发电。气化单元7产生的合成气一部分可以进入净化转换单元16，另一部分可以直接作用燃气轮机8做功发电。燃气轮机8的排烟进入余热锅炉10，余热锅炉10再加热蒸汽，驱动汽轮机9发电。

[0062] (M2)风光发电加储氢：风光充足，风力发电运行、光伏发电运行，电解单元5运行，制氢储氢工作。存储的氢气也可以直接用于燃气轮机8做功发电。燃气轮机8的排烟进入余热锅炉10，余热锅炉10再加热蒸汽，驱动汽轮机9发电。

[0063] (M3)风力和煤发电加储氢：风力充足，风力发电运行，富裕电量用于电解单元5制氧制氢，氢气直接输送储氢单元15或是净化转换单元16，提升燃气轮机8做功发电的效率，氧气则提升煤气化的效率。气化单元7工作正常产生合成气，输送到净化转换单元16，进一步推动燃气轮机8做功发电。燃气轮机8的排烟进入余热锅炉10，余热锅炉10再加热蒸汽，驱动汽轮机9发电。

[0064] (M4)光伏和煤发电加储氢：光源充足，光伏发电运行，富裕电量用于电解单元5制氧制氢，氢气直接输送储氢单元15或是净化转换单元16，提升燃气轮机8做功发电的效率，氧气则提升煤气化的效率。气化单元7工作正常产生合成气，输送到净化转换单元16，进一步推动燃气轮机8做功发电。燃气轮机8的排烟进入余热锅炉10，余热锅炉10再加热蒸汽，驱动汽轮机9发电。

[0065] (M5)单一能源发电：只有风力充足时，风力发电运行，富裕电量用于电解单元5制氧制氢，可以储氢。只有光源充足时，光伏发电运行，富裕电量用于电解单元5制氧制氢，可以储氢。只有煤充足时，煤气化联合循环发电，可以制氢储氢。

[0066] 本实施例中，任何发电模式都有制氢储氢功能。以氢能实现新能源与化石能源转换的桥梁作用。储氢单元15的氢储方式包含加压液体存储、气态存储、介质载体存储。

[0067] 本发明通过将新能源光风产生氢气，一方面用于存储，一方面直接可以用去燃气轮机燃烧提高机组热效率；同时气化设备产生的合成气经过净化转换单元转换成氢气，可以用于燃气轮机燃烧，也可以氢气储能，实现氢气双向交换。本发明还可以实现新能源产生氢气，即产即消，能降低的氢气存储和运输的安全隐患。新能源风、光产生氧气用于煤气化反应，降低空分单元能源消耗，提高气化单元效率。实现了新能源与化石能源结构变化，从而提升整个发电系统的灵活性、环保性和高效性。

[0068] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。