本发明涉及火电机组改造，尤其涉及一种火电机组耦合新能源大基地的低碳化装置系统与控制方法。
背景技术：
1、可再生能源发电由于受到自然条件的影响，具有随机性、波动性与间歇性的特征，容易对电网带来巨大冲击。目前，弃风弃电现象仍不可小觑，造成了大量的能源浪费。另一方面，作为维持电网平衡的顶梁柱、压舱石，火电机组低碳化改造迫在眉睫。
2、cn112161407a公开了一种太阳能光热耦合火电机组回热系统换热节能系统及方法，太阳能集热装置的出口分为三路，其中，第一路依次经火力发电系统中高加换热器的放热侧及低加换热器的放热侧与第一循环泵的入口相连通，第二路与火力发电系统中除氧器的蒸汽入口相连通，第三路经熔盐换热器的放热侧与第一循环泵的入口相连通，第一循环泵的出口与太阳能集热装置的入口相连通；高温熔盐罐经熔盐换热器的吸热侧与低温熔盐罐相连通，该系统及方法能够避免通过透平抽汽对锅炉给水进行加热，火电机组的发电煤耗较低，发电成本低。
3、cn117816075a公开了一种火电机组耦合生物质制甲醇的装置系统及节能降碳方法，所述装置系统包括依次连接的火电机组模块、蒸汽模块和生物质制甲醇模块；所述火电机组模块包括煤粉锅炉和回热系统；所述气化装置经粗合成气输送管道与煤粉锅炉相连或所述合成装置经粗甲醇输送管道与煤粉锅炉相连。所述的装置系统通过将火电机组模块和生物质制甲醇模块耦合，实现装置系统节能的效果，可缓解生物质制甲醇模块能耗高的问题；而且将粗合成气或粗甲醇替代燃油，提供给煤粉锅炉用以启动点火和低负荷稳燃过程，降低了燃煤电厂的运行成本。
4、cn115406284a公开了一种火电机组汽电耦合熔盐储热调峰系统及其工作方法，该系统包括锅炉、高压缸、中压缸、低压缸、凝汽器、凝泵、低压加热单元、给水泵、高压加热单元、发电机、熔盐冷罐、低温熔盐泵、蒸汽冷却器、旁路调节阀、熔盐电加热器、熔盐热罐、高温熔盐泵、给水加热器。通过抽汽和用电两种方式降低机组上网电量，能够大容量、长时间、低成本储热，实现机组深度调峰，同时，储存的热能加热锅炉给水，减少高加抽汽，降低机组热耗。
5、但上述装置系统的改造建设方案成本偏高，亟需低成本高效改造的火电机组新系统。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种火电机组耦合新能源大基地的低碳化装置系统与控制方法，通过耦合新能源大基地与火电机组，利用空气分离装置和电解水装置，消纳新能源大基地的出力，为火电机组提供清洁低成本的氧气、氢气和氨气，助力火电机组低成本低碳化改造。
2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供一种火电机组耦合新能源大基地的低碳化装置系统，所述低碳化装置系统包括新能源大基地、空气分离装置、电解水装置、氢气储存装置、氧气储存装置、氮气储存装置、氨制备装置、氨气储存装置、燃煤锅炉、生物质锅炉和长时储能装置；
4、所述新能源大基地分别与空气分离装置、电解水装置和长时储能装置相连；所述空气分离装置分别与氧气储存装置和氮气储存装置相连；所述电解水装置分别与氢气储存装置和氧气储存装置相连；所述氮气储存装置、氨制备装置、氨气储存装置和燃煤锅炉依次连接；所述氧气储存装置与生物质锅炉相连。
5、本发明所述的火电机组耦合新能源大基地的低碳化装置系统通过新能源大基地耦合空气分离装置和电解水装置，大幅降低了氧气供应成本；之后耦合生物质锅炉，实现生物质富氧燃烧，提高尾部烟气二氧化碳含量，大幅降低碳捕集成本，实现生物质锅炉低成本近零排放。而且，本发明所述低碳化装置系统通过新能源大基地耦合液氨制备与燃煤锅炉，一方面可以实现绿氨低成本制备与新能源灵活消纳，另一方面，有利于燃煤锅炉低碳化改造。本发明实现了新能源大基地的能源灵活消纳，降低了弃风弃光，实现了能源高效利用，适合大范围推广应用。
6、本发明中新能源大基地主要用于空气分离装置，将空气分为氮气和氧气，分别存储于氮气储存装置和氧气储存装置，多余的电量用于对外供应电力；另一部分电量用于电解水装置，将水分解为氧气和氢气，分别储存于氧气储存装置和氢气储存装置。
7、本发明所述新能源大基地是本领域的专有名词，包括风力发电系统、光伏发电系统等新能源装置形成的能源供应基地。
8、所述长时储能装置是本领域的专有名词，是指可以实现4小时以上储能的装置，例如压缩空气储能、电池储能等，可以实现辅助本发明所述的火电机组耦合新能源大基地的低碳化装置系统参与深度调峰。
9、优选地，所述低碳化装置系统还包括与燃煤锅炉相连的燃煤储存装置。
10、本发明中燃煤储存装置内的燃煤和储存于氨气储存装置中的氨气，通入燃煤锅炉中，氨气的掺烧热量比可达到0％～50％，实现低碳化装置系统的低碳排放。燃煤锅炉可向电网供应电力和热力。由于燃煤机组具有一定的灵活性，燃煤锅炉的设立可辅助本低碳化装置系统参与电力系统调度的深度调峰。
11、优选地，所述低碳化装置系统还包括与生物质锅炉相连的生物质储存装置。
12、优选地，所述低碳化装置系统还包括依次连接的烟气再循环装置和碳捕集装置。
13、本发明中生物质储存装置内的生物质原料和储存于氧气储存装置中的氧气以及再循环烟气进入生物质锅炉燃烧，燃烧后的烟气经烟气再循环装置重新送入生物质锅炉，生物质锅炉内最终形成二氧化碳/氧气气氛，烟气再循环装置后布置碳捕集装置，实现本发明的低碳化装置系统的近零排放。生物质锅炉可向电网供应电力、热力，碳捕集装置可对外供应高浓度二氧化碳。
14、优选地，所述烟气再循环装置与生物质锅炉循环连接。
15、第二方面，本发明还提供一种如第一方面所述的火电机组耦合新能源大基地的低碳化装置系统的控制方法，所述控制方法包括根据新能源大基地的发电额定出力m，燃煤锅炉额定出力n，生物质锅炉额定出力o和电网的电力负荷需求q来调整新能源大基地、空气分离装置、电解水装置、燃煤锅炉、生物质锅炉和长时储能装置的工作状态。
16、本发明所述的火电机组耦合新能源大基地的低碳化装置系统的控制方法合理调控新能源大基地、燃煤锅炉和生物质锅炉的出力，满足电网的电力负荷需求的同时，降低弃风弃光现象，实现能源高效利用。
17、优选地，当q<0.3(n+o)，由燃煤锅炉、生物质锅炉供应全部电力出力，新能源大基地发电均用于空气分离装置和电解水装置，产生的氮气、氧气和氢气送入对应的储存装置内；若新能源大基地发电量仍有剩余，剩余电量进入长时储能装置储备。
18、优选地，当0.3(n+o)<q<0.5(n+o)，逐步提升生物质锅炉和燃煤锅炉的出力，新能源大基地发电均用于空气分离装置、电解水装置和长时储能装置。
19、优选地，当0.5(n+o)<q<(n+o)，优先提升生物质锅炉的出力直至90％～100％，新能源大基地在保证生物质锅炉和燃煤锅炉燃烧原料供应充足的前提下，向电网供应电力，逐步提升燃煤机组出力。
20、需要解释的是，生物质锅炉以及燃煤锅炉的出力是根据电网提出电力负荷需求进行逐步调整的。
21、优选地，当q＞(n+o)，新能源大基地减少对长时储能装置供电，增加向电网供应电力；在保证生物质锅炉燃烧原料供应充足的前提下，优先由新能源大基地向电网供应电力，由燃煤锅炉调节电量波动。
22、需要解释的是，生物质锅炉以及燃煤锅炉的出力是根据电网提出电力负荷需求进行逐步调整的。新能源大基地产生的电量会随着风力情况和光照情况发生较大变化，是不稳定的供电模块，因此主要作用是为空气分离装置和电解水装置提供电量，进而为燃煤锅炉和生物质锅炉提供原料，多余的电量进入长时储能装置存储，并不作为向电网供电的主要模块。因此当q＞(n+o)，新能源大基地减少对长时储能装置供电。
23、作为本发明优选的技术方案，所述控制方法包括根据新能源大基地的发电额定出力m，燃煤锅炉额定出力n，生物质锅炉额定出力o和电网的电力负荷需求q来调整新能源大基地、空气分离装置、电解水装置、燃煤锅炉、生物质锅炉和长时储能装置的工作状态；
24、当q<0.3(n+o)，由燃煤锅炉、生物质锅炉供应全部电力出力，新能源大基地发电均用于空气分离装置和电解水装置，产生的氮气、氧气和氢气送入对应的储存装置内；若新能源大基地发电量仍有剩余，剩余电量进入长时储能装置储备。
25、当0.3(n+o)<q<0.5(n+o)，逐步提升生物质锅炉和燃煤锅炉的出力，新能源大基地发电均用于空气分离装置、电解水装置和长时储能装置。
26、当0.5(n+o)<q<(n+o)，优先提升生物质锅炉的出力直至90％～100％，新能源大基地在保证生物质锅炉和燃煤锅炉燃烧原料供应充足的前提下，对外供应电力，逐步提升燃煤机组出力。
27、当q＞(n+o)，新能源大基地减少对长时储能装置供电，增加向电网供应电力；在保证生物质锅炉燃烧原料供应充足的前提下，优先由新能源大基地向电网供应电力，由燃煤锅炉调节电量波动。
28、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
29、本发明提供的火电机组耦合新能源大基地的低碳化装置系统通过耦合新能源大基地与火电机组，统一调度整套系统的出力，一方面，可以实现大基地能源灵活消纳，降低弃风弃光现象，实现能源高效利用，另一方面，可以大幅降低火电机组低碳化改造与运行成本，适合大规模推广应用。
1.一种火电机组耦合新能源大基地的低碳化装置系统，其特征在于，所述低碳化装置系统包括新能源大基地、空气分离装置、电解水装置、氢气储存装置、氧气储存装置、氮气储存装置、氨制备装置、氨气储存装置、燃煤锅炉、生物质锅炉和长时储能装置；
2.根据权利要求1所述的低碳化装置系统，其特征在于，所述低碳化装置系统还包括与燃煤锅炉相连的燃煤储存装置。
3.根据权利要求1或2所述的低碳化装置系统，其特征在于，所述低碳化装置系统还包括与生物质锅炉相连的生物质储存装置。
4.根据权利要求1～3任一项所述的低碳化装置系统，其特征在于，所述低碳化装置系统还包括依次连接的烟气再循环装置和碳捕集装置。
5.根据权利要求4所述的低碳化装置系统，其特征在于，所述烟气再循环装置与生物质锅炉循环连接。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的火电机组耦合新能源大基地的低碳化装置系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括根据新能源大基地的发电额定出力m，燃煤锅炉额定出力n，生物质锅炉额定出力o和电网的电力负荷需求q来调整新能源大基地、空气分离装置、电解水装置、燃煤锅炉、生物质锅炉和长时储能装置的工作状态。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，当q<0.3(n+o)，由燃煤锅炉、生物质锅炉供应全部电力出力，新能源大基地发电均用于空气分离装置和电解水装置，产生的氮气、氧气和氢气送入对应的储存装置内；若新能源大基地发电量用于空气分离装置和电解水装置后仍有剩余，剩余电量进入长时储能装置储备。
8.根据权利要求6或7所述的控制方法，其特征在于，当0.3(n+o)<q<0.5(n+o)，逐步提升生物质锅炉和燃煤锅炉的出力，新能源大基地发电均用于空气分离装置、电解水装置和长时储能装置。
9.根据权利要求6～8任一项所述的控制方法，其特征在于，当0.5(n+o)<q<(n+o)，优先提升生物质锅炉的出力直至90％～100％，新能源大基地在保证生物质锅炉和燃煤锅炉燃烧原料供应充足的前提下，向电网供应电力，逐步提升燃煤机组出力。
10.根据权利要求6～9任一项所述的控制方法，其特征在于，当q＞(n+o)，新能源大基地减少对长时储能装置供电，增加向电网供应电力；在保证生物质锅炉燃烧原料供应充足的前提下，优先由新能源大基地向电网供应电力，由燃煤锅炉调节电量波动。
