[發明專利]基于氧化還原反應的儲能裝置及其儲能方法和發電方法

有效

• 申請號: 201410604000.2
• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN104481617A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 肖睿;曾德望;張帥
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F01K23/10
• 分類號: F01K23/10;F02C6/00;F02C6/18;F01D15/10;C25B1/04
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

1.一種基于氧化還原反應的儲能裝置，其特征在于，該儲能裝置包括電解水制氫裝置（1）、儲氫組件、蒸汽燃氣聯合循環發電組件和電力系統（13），

所述的儲氫組件包括第一冷凝器（2）、氣體混合器（3）、儲氫罐（4）和蒸汽發生器（5），其中，氣體混合器（3）的氫氣入口與電解水制氫裝置（1）的氫氣出口相連，氣體混合器（3）的氣相入口與第一冷凝器（2）的氣相出口相連，氣體混合器（3）的氫氣出口和儲氫罐（4）的氫氣入口相連，儲氫罐（4）的產物出口與第一冷凝器（2）的入口相連，第一冷凝器（2）的液相出口和電解水制氫裝置（1）的給水入口相連，蒸汽發生器（5）的蒸汽出口與儲氫罐（4）的蒸汽入口相連；

所述的蒸汽燃氣聯合循環發電組件包括燃燒室（6）、燃氣輪機（7）、余熱鍋爐（8）、蒸汽輪機（9）、第一發電機（10）、第二冷凝器（11）和第二發電機（12），其中，燃燒室（6）的燃氣出口和燃氣輪機（7）的燃氣入口相連，燃氣輪機（7）的乏氣出口和余熱鍋爐（8）的燃氣入口相連，余熱鍋爐（8）的蒸汽出口分別蒸汽輪機（9）的蒸汽入口和儲氫罐（4）的蒸汽入口相連，第二冷凝器（11）的入口分別與蒸汽輪機（9）的乏汽出口和儲氫罐（4）的產物出口相連，第二冷凝器（11）的氣相出口與燃燒室（6）的氫氣入口相連，第二冷凝器（11）的液相出口與余熱鍋爐（8）的給水入口相連；第一發電機（10）與燃氣輪機（7）同軸相連，第二發電機（12）與蒸汽輪機（9）同軸相連；

電力系統（13）分別與電解水制氫裝置（1）、第一發電機（10）和第二發電機（12）電連接。

2.一種根據權利要求1所述的基于氧化還原反應的儲能裝置的儲能方法，其特征在于，該儲能方法為：當電力負荷較低需要進行削峰時，首先在儲氫罐（4）中盛放載氧體，然后將電力系統（13）中冗余的電能引入到電解水制氫裝置（1）中，制取氫氣；產生的氫氣通過氣體混合器（3）進入儲氫罐（4）中，利用氫氣與儲氫罐（4）中的載氧體的氧化還原反應，將氫能儲存在載氧體中。

3.根據權利要求2所述的基于氧化還原反應的儲能裝置的儲能方法，其特征在于，所述的該儲能方法的具體過程為：首先電力系統（13）將冗余的電能引入到電解水制氫裝置（1）中，電能通過電解水反應產生高純氫氣，高純氫氣進入氣體混合器（3）中，在氣體混合器（3）中，氫氣與第一冷凝器（2）流入到氣體混合器（3）中的氣相組分均勻混合，然后通入儲氫罐（4）中，儲氫罐（4）利用電力系統（13）產生的冗余電能進行加熱，控制儲氫罐（4）的溫度在900~950℃，在儲氫罐（4）中，氫氣與載氧體發生氧化還原反應，產生固相的載氧體和氣相的高溫蒸汽與氫氣的混合物，儲氫罐（4）中的高溫蒸汽與氫氣的混合物進入第一冷凝器（2）中，與第一冷凝器（2）中的給水換熱，混合物中的高溫蒸汽被冷凝下來，得到濃度較高的氣相組分；高溫蒸汽冷凝后產生的冷凝水與給水混合后，進入電解水制氫裝置（1）電解。

4.一種根據權利要求1所述的基于氧化還原反應的儲能裝置的發電方法，其特征在于，該發電方法為：當電力負荷較高需要進行填谷時，儲氫罐（4）中儲存有氫能的載氧體與高溫水蒸氣反應，將氫氣釋放出來，產生氫氣通過燃燒室（6）燃燒釋放熱能，并推動蒸汽燃氣聯合循環發電組件發電。

5.根據權利要求4所述的基于氧化還原反應的儲能裝置的發電方法，其特征在于，所述的發電方法的具體過程是：首先啟動蒸汽發生器（5），對蒸汽發生器（5）進行電加熱，使得蒸汽發生器（5）內產生溫度為170℃，壓力為0.7Mpa的蒸汽；對儲氫罐（4）進行電加熱，溫度保持為800~850℃；蒸汽發生器（5）中的蒸汽進入儲氫罐（4）中，蒸汽與載氧體發生氧化還原反應，將載氧體氧化再生，產生高溫的蒸汽和氫氣的混合物，該混合物進入第二冷凝器（11）中，混合物中的蒸汽被冷凝，得到純度較高的氫氣，該氫氣進入燃燒室（6）中燃燒，燃燒過程中通入部分二次空氣降溫，燃燒溫度控制在1400~1600℃，燃燒產生的高溫燃氣推動燃氣輪機（7）做功，并通過第一發電機（10）產生電能，燃氣輪機（7）乏氣在余熱鍋爐（8）中與從第二冷凝器（11）流入的給水換熱產生高溫過熱蒸汽，蒸汽溫度為450~500℃，蒸汽壓力為0.5~0.8Mpa，一部分高溫過熱蒸汽流入到蒸汽輪機（9）中做功，并推動第二發電機（12）發電，另一部分高溫過熱蒸汽流入到儲氫罐（4）中，與載氧體發生反應生成氫氣；余熱鍋爐（8）產生高溫過熱蒸汽后，系統啟動完成，關閉蒸汽發生器（5），儲氫罐（4）僅依靠余熱鍋爐（8）提供汽源，第一發電機（10）和第二發電機（12）產生的電能輸入到電力系統（13）中，滿足電力系統負荷要求。