CN114597953A - 深远海多种资源联合开发利用的综合能源***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种深远海多种资源联合开发利用的综合能源***及方法。该综合能源***包括海上能源处理平台、海上风电场、海上光电场、海上光热场、天然气平台、运输船。其中，海上能源处理平台包括蓄电池模块、电解水制氢模块、电气模块、控制模块、淡水供应模块、热量供应模块、低碳发电模块以及有机液态燃料合成模块。本发明通过设立一个海上能源处理平台，可有机联合海上风电场、海上光电场、海上光热场、天然气平台开发出来的资源。通过协同开发的形式，充分利用海洋资源开发中的各类能源，使深远海开发出来的电能与天然气等能源可运输回陆地负荷中心运用，或给航行的船舶提供燃料，降低深远海洋资源开发成本和提高技术可行性。
Description
技术领域
本发明属于能源综合开发利用领域，尤其涉及一种深远海多种资源联合开发利用的综合能源***及方法。
背景技术
海洋有着丰富的资源，人类正积极开发海洋蕴涵的海上风能、太阳能、海水、油气等资源。随着海洋开发程度的提高，开发范围将逐渐由浅近海向深远海扩大，开发出来的资源面临难以运输回陆地负荷中心使用的困难。例如，深远海天然气平台也无法采用常规的管线输送开发模式，会导致技术和经济上的不可行。海底电缆的价格随着离岸距离增加而急速增加，造价昂贵，铺设困难，深远海的风能或太阳能发电也都面临能源输送的难题。
海上风能、太阳能、海水和油气等资源能带来电流、热流、淡水流、碳氢化合物流等多种资源能流，可进行协同开发，经过一定的能量与物质转化过程，将深远海上开发出来的难以储存的电、难以运输的气转化为有机液态燃料通过运输船运至陆地负荷中心，促进深远海资源开发利用的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深远海多种资源联合开发利用的综合能源***及方法，其可通过联合多种海洋资源的开发利用，可使深远海洋资源的开发利用更具备技术和经济的可行性。
本发明是这样实现的，一种深远海多种资源联合开发利用的综合能源***，包括海上能源处理平台、将风能转化为电能的海上风电场、将太阳能转化为电能的海上光电场、将太阳能转化为热能的海上光热场、开发海上天然气的天然气平台以及运输船；
其中，所述海上能源处理平台包括蓄电池模块、电解水制氢模块、转换电压以及整流的电气模块、控制模块、将海水处理成淡水的淡水供应模块、热量供应模块、采用天然气发电的低碳发电模块以及有机液态燃料合成模块；
所述海上风电场与海上光电场产生的电能连接到所述电气模块的电输入端口，所述海上光热场产生的热量连接到所述热量供应模块的热量输入端口，所述天然气平台产生的天然气分成两股，分别连接到所述低碳发电模块的天然气输入端口以及有机液态燃料合成模块的天然气输入端口。
所述蓄电池模块的电输出端口连接所述电解水制氢模块的电输入端口，所述电解水制氢模块的氢气输出端口连接到所述有机液态燃料合成模块的氢气输入端口，所述电解水制氢模块的氧气输出端口连接到所述低碳发电模块的氧气输入端口；
所述电气模块的电输出端口出来的电能分成四股，分别连接到所述蓄电池模块的电输入端口、所述电解水制氢模块的电输入端口、所述淡水供应模块的电输入端口以及所述天然气平台的电输入端口；
所述控制模块的监测信号接收来自海上能源处理平台的其余各模块，控制信号发送至其余各模块；所述淡水供应模块的海水输入端口连接到海水中，所述淡水供应模块的淡水输出端口连接到所述电解水制氢模块的水输入端口；
所述热量供应模块的热量输出端口出来的热量分为三股，分别连接到电解水制氢模块的热量输入端口、所述淡水供应模块的热量输入端口以及所述有机液态燃料合成模块的热量输入端口；
所述低碳发电模块的热量输出端口连接到所述热量供应模块的热量输入端口，所述低碳发电模块的电量输出端口连接到所述电气模块的电量输入端口，所述低碳发电模块的CO2输出端口连接到所述有机液态燃料合成模块的CO2输入端口，所述低碳发电模块的H2O输出端口连接到所述电解水制氢模块的水输入端口；
所述有机液态燃料合成模块多余的热量通过其热能输出端口连接到所述热量供应模块中，所述有机液态燃料合成模块生产的有机液态燃料向外输出，作为动力燃料使用。
进一步的，***中的电能以及信号通过电缆输送，***中的热量、有机液态燃料以及水通过管道输送。
本发明为实现上述目的，还提供了一种应用上述的综合能源***实现多种资源联合开发利用的方法，包括以下步骤：
海上风电场与海上光电场分别将风能、太阳能转化为电能，电能流传输到海上能源处理平台上的电气模块中，经过电气模块的电压转换、整流等处理后，电能流分为四股，分别进入到蓄电池模块中储存、为电解水制氢模块提供电能、为淡水供应模块提供电能、为天然气平台提供电能；蓄电池模块中储存的电能根据控制模块的控制信号分别进行控制，当电气模块所供电能不够时，为电解水制氢模块提供电能，低碳发电模块生产的电能传输到电气模块中作为电能的补充；
海上光热场将太阳能转化为热能，热能流传输到海上能源处理平台的1-6热量供应模块中，低碳发电模块发电过程产生的余热能传输到热能供应模块中；热量供应模块将热能储存或按温度品位需求分配给电解水制氢模块、淡水供应模块、有机液态燃料合成模块使用；有机液态燃料合成模块的多余热量输送回热量供应模块中；
电解水制氢模块生产的氢气与氧气分别传输到有机液态燃料合成模块、低碳发电模块中；海上天然气平台生产的天然气传输到低碳发电模块、有机液态燃料合成模块中，天然气在低碳发电模块中与氧气经过富氧燃烧产生的CO2传输到有机液态燃料合成模块中，CO2、CH4与氢气经过热化学反应生成有机液态燃料，经运输船运送至陆地，或运输至其他海上船舶中作为动力燃料使用；
淡水供应模块将海水处理成淡水，淡水传输到电解水制氢模块中，低碳发电模块中产生的水也传输到电解水制氢模块中，电解水制氢模块中的水经过电化学反应分解成氢气和氧气；
控制模块接收其他各模块运行情况的信号流，并发出信号流至其他各模块，调控其他各模块的运行。
进一步的，所述淡水供应模块采用多级闪蒸、反渗透、低温多效蒸馏或电渗析技术。
进一步的，所述电解水制氢模块采用碱性电解水、质子交换膜电解水或高温固体氧化物电解水技术。
进一步的，所述低碳发电模块采用天然气富氧燃烧发电技术，发电尾气通过冷凝将CO2和H2O进行分离。
进一步的，所述海上光热场设在海上能源处理平台上。
进一步的，所述海上风电场采用浮式风机。
进一步的，所述蓄电池模块用于辅助所述电解水制氢模块进行调节，通过减少电解水制氢模块动态波动来延长电解水制氢模块使用寿命，提高能量转化率。
进一步的，当***中所需热量或电能不足，但又无法从风能或太阳能补充时，可通过所述低碳发电模块来进行补充。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
本发明通过设立一个海上能源处理平台，可有机联合海上风电场、海上光电场、海上光热场、天然气平台开发出来的资源。通过协同开发的形式，充分利用海洋资源开发中的各类能源，使深远海开发出来的电能与天然气等能源可运输回陆地负荷中心运用，或给航行的船舶提供燃料，降低深远海洋资源开发成本和提高技术可行性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种深远海多种资源联合开发利用的综合能源***的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”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，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参看图1，示出了本发明实施倒提供的一种深远海多种资源联合开发利用的综合能源***，包括海上能源处理平台1、海上风电场2、海上光电场3、海上光热场4、天然气平台5、运输船6。
其中，海上能源处理平台1包括蓄电池模块1-1、电解水制氢模块1-2、电气模块1-3、控制模块1-4、淡水供应模块1-5、热量供应模块1-6、低碳发电模块1-7以及有机液态燃料合成模块1-8。
海上风电场2与海上光电场产3生的电能连接到电气模块1-3的电输入端口，海上光热场4产生的热量连接到热量供应模块1-6的热量输入端口，天然气平台5产生的天然气分成两股，分别连接到低碳发电模块1-7的天然气输入端口以及有机液态燃料合成模块1-8的天然气输入端口。
蓄电池模块1-1的电输出端口连接电解水制氢模块1-2的电输入端口，电解水制氢模块1-2的氢气输出端口连接到有机液态燃料合成模块1-8的氢气输入端口，电解水制氢模块1-2的氧气输出端口连接到低碳发电模块1-7的氧气输入端口。
电气模块1-3的电输出端口出来的电能分成四股，分别连接到蓄电池模块1-1的电输入端口、电解水制氢模块1-2的电输入端口、淡水供应模块1-5的电输入端口以及天然气平台5的电输入端口。
控制模块1-4的监测信号接收来自海上能源处理平台1的其余各模块，控制信号发送至其余各模块；淡水供应模块1-5的海水输入端口连接到海水中，淡水供应模块1-5的淡水输出端口连接到电解水制氢模块1-2的水输入端口。
热量供应模块1-6的热量输出端口出来的热量分为三股，分别连接到电解水制氢模块1-2的热量输入端口、淡水供应模块1-5的热量输入端口以及有机液态燃料合成模块1-8的热量输入端口。
低碳发电模块1-7的热量输出端口连接到热量供应模块1-6的热量输入端口，低碳发电模块1-7的电量输出端口连接到电气模块1-3的电量输入端口，低碳发电模块1-7的CO2输出端口连接到有机液态燃料合成模块1-8的CO2输入端口，低碳发电模块1-7的H2O输出端口连接到电解水制氢模块1-2的水输入端口。
有机液态燃料合成模块1-8多余的热量通过其热能输出端口连接到热量供应模块中，有机液态燃料合成模块1-8生产的有机液态燃料向外输出，作为动力燃料使用。
于本实施例中，综合能源***中的电能以及信号通过电缆输送，***中的热量、有机液态燃料以及水通过管道输送。
本实施例还提供了应用上述综合能源***实现多种资源联合开发利用的方法，包括以下步骤：
电能流：海上风电场2与海上光电场3分别将风能、太阳能转化为电能，电能流传输到海上能源处理平台1上的电气模块1-3中，经过电压转换、整流等处理后，电能流分为四股，分别进入到蓄电池模块1-1中储存、为电解水制氢模块1-2提供电能、为淡水供应模块1-5提供电能、为天然气平台5提供电能。蓄电池模块1-1中储存的电能根据控制模块1-4的控制信号，当电气模块1-3所供电能不够时，为电解水制氢模块1-2提供电能。低碳发电模块1-7生产的电能传输到电气模块1-3中作为电能的补充。
热能流：海上光热场4将太阳能转化为热能，热能流传输到海上能源处理平台1的热量供应模块1-6中，低碳发电模块1-7发电过程产生的余热能传输到热能供应模块1-6中；热量供应模块1-6将热能储存或按温度品位需求分配给电解水制氢模块1-2、淡水供应模块1-5、有机液态燃料合成模块1-8使用；有机液态燃料合成模块1-8的多余热量输送回热量供应模块1-6中。
碳氢氧物质流：电解水制氢模块1-2生产的氢气与氧气分别传输到有机液态燃料合成模块1-8、低碳发电模块1-7中；海上天然气平台1生产的天然气传输到低碳发电模块1-7、有机液态燃料合成模块1-8中，天然气在低碳发电模块1-7中与氧气经过富氧燃烧产生的CO2传输到有机液态燃料合成模块1-8中，CO2、CH4与氢气经过热化学反应生成有机液态燃料，如甲醇、甲酸等，经运输船运送至陆地，或运输至其他海上船舶中作为动力燃料使用。
水流：淡水供应模块1-5将海水处理成淡水，淡水传输到电解水制氢模块1-2中，低碳发电模块1-7中产生的水也传输到电解水制氢模块1-2中，电解水制氢模块1-2中的水经过电化学反应分解成氢气和氧气。
信号流：控制模块1-4接收其他各模块运行情况的信号流，并发出信号流至其他各模块，调控其他各模块的运行。
可选的，淡水供应模块1-5可采用多级闪蒸、反渗透、低温多效蒸馏或电渗析技术。电解水制氢模块1-2采用碱性电解水、质子交换膜电解水或高温固体氧化物电解水技术。低碳发电模块1-7采用天然气富氧燃烧发电技术，发电尾气通过冷凝将CO2和H2O进行分离。
可选的，海上光热场4可设在海上能源处理平台上，海上风电场2可采用浮式风机。
可选的，蓄电池模块1-1用于辅助电解水制氢模块1-2进行调节，可通过减少电解水制氢模块1-2动态波动来延长电解水制氢模块1-2使用寿命，提高能量转化率。
可选的，当***中所需热量或电能不足，但又无法从风能或太阳能补充时，可通过低碳发电模块1-7来进行补充。
综上所述，本实施例的综合能源***，设立一个海上能源处理平台1，有机联合海上风电场2、海上光电场3、海上光热场4、天然气平台5开发出来的资源。通过协同开发的形式，充分利用海洋资源开发中的各类能源，使深远海开发出来的电能与天然气等能源可运输回陆地负荷中心运用，或给航行的船舶提供燃料，降低深远海洋资源开发成本和提高技术可行性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种深远海多种资源联合开发利用的综合能源***，其特征在于，包括海上能源处理平台、将风能转化为电能的海上风电场、将太阳能转化为电能的海上光电场、将太阳能转化为热能的海上光热场、开发海上天然气的天然气平台以及运输船；
其中，所述海上能源处理平台包括蓄电池模块、电解水制氢模块、转换电压以及整流的电气模块、控制模块、将海水处理成淡水的淡水供应模块、热量供应模块、采用天然气发电的低碳发电模块以及有机液态燃料合成模块；
所述海上风电场与海上光电场产生的电能连接到所述电气模块的电输入端口，所述海上光热场产生的热量连接到所述热量供应模块的热量输入端口，所述天然气平台产生的天然气分成两股，分别连接到所述低碳发电模块的天然气输入端口以及有机液态燃料合成模块的天然气输入端口；
所述蓄电池模块的电输出端口连接所述电解水制氢模块的电输入端口，所述电解水制氢模块的氢气输出端口连接到所述有机液态燃料合成模块的氢气输入端口，所述电解水制氢模块的氧气输出端口连接到所述低碳发电模块的氧气输入端口；
所述电气模块的电输出端口出来的电能分成四股，分别连接到所述蓄电池模块的电输入端口、所述电解水制氢模块的电输入端口、所述淡水供应模块的电输入端口以及所述天然气平台的电输入端口；
所述控制模块的监测信号接收来自海上能源处理平台的其余各模块，控制信号发送至其余各模块；所述淡水供应模块的海水输入端口连接到海水中，所述淡水供应模块的淡水输出端口连接到所述电解水制氢模块的水输入端口；
所述热量供应模块的热量输出端口出来的热量分为三股，分别连接到电解水制氢模块的热量输入端口、所述淡水供应模块的热量输入端口以及所述有机液态燃料合成模块的热量输入端口；
所述低碳发电模块的热量输出端口连接到所述热量供应模块的热量输入端口，所述低碳发电模块的电量输出端口连接到所述电气模块的电量输入端口，所述低碳发电模块的CO2输出端口连接到所述有机液态燃料合成模块的CO2输入端口，所述低碳发电模块的H2O输出端口连接到所述电解水制氢模块的水输入端口；
所述有机液态燃料合成模块多余的热量通过其热能输出端口连接到所述热量供应模块中，所述有机液态燃料合成模块生产的有机液态燃料向外输出，作为动力燃料使用。
2.如权利要求1所述的综合能源***，其特征在于，***中的电能以及信号通过电缆输送，***中的热量、有机液态燃料以及水通过管道输送。
3.一种深远海多种资源联合开发利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
海上风电场与海上光电场分别将风能、太阳能转化为电能，电能流传输到海上能源处理平台上的电气模块中，经过电气模块的电压转换、整流等处理后，电能流分为四股，分别进入到蓄电池模块中储存、为电解水制氢模块提供电能、为淡水供应模块提供电能、为天然气平台提供电能；蓄电池模块中储存的电能根据控制模块的控制信号分别进行控制，当电气模块所供电能不够时，为电解水制氢模块提供电能，低碳发电模块生产的电能传输到电气模块中作为电能的补充；
海上光热场将太阳能转化为热能，热能流传输到海上能源处理平台的1-6热量供应模块中，低碳发电模块发电过程产生的余热能传输到热能供应模块中；热量供应模块将热能储存或按温度品位需求分配给电解水制氢模块、淡水供应模块、有机液态燃料合成模块使用；有机液态燃料合成模块的多余热量输送回热量供应模块中；
电解水制氢模块生产的氢气与氧气分别传输到有机液态燃料合成模块、低碳发电模块中；海上天然气平台生产的天然气传输到低碳发电模块、有机液态燃料合成模块中，天然气在低碳发电模块中与氧气经过富氧燃烧产生的CO2传输到有机液态燃料合成模块中，CO2、CH4与氢气经过热化学反应生成有机液态燃料，经运输船运送至陆地，或运输至其他海上船舶中作为动力燃料使用；
淡水供应模块将海水处理成淡水，淡水传输到电解水制氢模块中，低碳发电模块中产生的水也传输到电解水制氢模块中，电解水制氢模块中的水经过电化学反应分解成氢气和氧气；
控制模块接收其他各模块运行情况的信号流，并发出信号流至其他各模块，调控其他各模块的运行。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述淡水供应模块采用多级闪蒸、反渗透、低温多效蒸馏或电渗析技术。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电解水制氢模块采用碱性电解水、质子交换膜电解水或高温固体氧化物电解水技术。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述低碳发电模块采用天然气富氧燃烧发电技术，发电尾气通过冷凝将CO2和H2O进行分离。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述海上光热场设在海上能源处理平台上。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述海上风电场采用浮式风机。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述蓄电池模块用于辅助所述电解水制氢模块进行调节，通过减少电解水制氢模块动态波动来延长电解水制氢模块使用寿命，提高能量转化率。
10.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当***中所需热量或电能不足，但又无法从风能或太阳能补充时，通过所述低碳发电模块来进行补充。
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