[發(fā)明專利]基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置及其儲能方法和發(fā)電方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410604000.2
• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN104481617A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖睿;曾德望;張帥
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 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(wù)所 32250
• 代理人: 王斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域中的一種儲能系統(tǒng)，具體來說，涉及一種基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置，同時還涉及該儲能裝置的儲能方法和發(fā)電方法。

背景技術(shù)

由于傳統(tǒng)化石能源的枯竭和其造成的環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，開發(fā)清潔能源，發(fā)展低碳經(jīng)濟，實現(xiàn)資源和能源的優(yōu)化配置已成為世界各國的共同選擇和新一輪國際競爭的戰(zhàn)略制高點。截止2013年年底，中國已經(jīng)超越美國成為世界上裝機容量和發(fā)電量最大的國家。然而，隨著新能源時代的到來，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)面臨著峰谷負(fù)荷差大、可再生能源兼容性不足、系統(tǒng)整體效率低下等諸多挑戰(zhàn)。因此，針對現(xiàn)階段電網(wǎng)運行的突出問題，建設(shè)具有可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好新型能源網(wǎng)絡(luò)（智能電網(wǎng)）具有十分重要的意義。

應(yīng)用大規(guī)模儲能系統(tǒng)是實現(xiàn)能源優(yōu)化配置和控制，增強間歇式能源的兼容性，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性和安全性的必然選擇，是發(fā)展堅強智能電網(wǎng)技術(shù)的先決條件。常用儲能技術(shù)主要有物理儲能（如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等）、電化學(xué)儲能（如鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池、鈉硫電池、液流電池等）和電磁儲能（如超導(dǎo)儲能、電磁儲能等）。在諸多儲能技術(shù)中，除抽水蓄能外，大規(guī)模儲能技術(shù)中僅有壓縮空氣儲能和部分電化學(xué)儲能。壓縮空氣儲能，對地下洞室的地質(zhì)條件、嚴(yán)密性等有比較苛刻的要求，同時在儲能過程中需要消耗大量燃?xì)狻ｋ娀瘜W(xué)儲能存在深度充放電時間長、效率衰減快和單位投資高、廢舊電池電解液對環(huán)境污染大等問題，目前規(guī)模化程度也十分有限。

與這些儲能方式相比，抽水蓄能由于其負(fù)荷調(diào)節(jié)快、裝機容量大、儲能成本低等特點得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用，目前已經(jīng)成為世界上技術(shù)最為成熟應(yīng)用最普遍的儲能方式。然而，抽水蓄能系統(tǒng)需要消耗大量水資源，而中國燃煤電廠大多位于水資源相對匱乏的北方地區(qū)，而且隨著近年來風(fēng)電和光伏發(fā)電的大力發(fā)展，處于偏遠(yuǎn)缺水地區(qū)的風(fēng)電場和光伏電廠對于廉價大規(guī)模儲能系統(tǒng)的需求也越發(fā)迫切。因此，發(fā)展地理適應(yīng)性更好，調(diào)峰能力強，儲能成本低，易于規(guī)模化的新型儲能技術(shù)具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置，該儲能裝置可解決傳統(tǒng)儲能方式中存在的地理適應(yīng)性差、裝機容量小、系統(tǒng)效率低、儲能成本高等問題。同時還提供一種儲能方法，利用該儲能裝置進(jìn)行儲能，該儲能方法解決了電能難以大規(guī)模的存儲問題，同時在存儲過程中能量耗散率低。還提供一種發(fā)電方法，利用該儲能裝置進(jìn)行發(fā)電，該發(fā)電方法解決了電力系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)慢的問題。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置，該儲能裝置包括電解水制氫裝置、儲氫組件、蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電組件和電力系統(tǒng)；所述的儲氫組件包括第一冷凝器、氣體混合器、儲氫罐和蒸汽發(fā)生器，其中，氣體混合器的氫氣入口與電解水制氫裝置的氫氣出口相連，氣體混合器的氣相入口與第一冷凝器的氣相出口相連，氣體混合器的氫氣出口和儲氫罐的氫氣入口相連，儲氫罐的產(chǎn)物出口與第一冷凝器的入口相連，第一冷凝器的液相出口和電解水制氫裝置的給水入口相連，蒸汽發(fā)生器的蒸汽出口與儲氫罐的蒸汽入口相連；所述的蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電組件包括燃燒室、燃?xì)廨啓C、余熱鍋爐、蒸汽輪機、第一發(fā)電機、第二冷凝器和第二發(fā)電機，其中，燃燒室的燃?xì)獬隹诤腿細(xì)廨啓C的燃?xì)馊肟谙噙B，燃?xì)廨啓C的乏氣出口和余熱鍋爐的燃?xì)馊肟谙噙B，余熱鍋爐的蒸汽出口分別蒸汽輪機的蒸汽入口和儲氫罐的蒸汽入口相連，第二冷凝器的入口分別與蒸汽輪機的乏汽出口和儲氫罐的產(chǎn)物出口相連，第二冷凝器的氣相出口與燃燒室的氫氣入口相連，第二冷凝器的液相出口與余熱鍋爐的給水入口相連；第一發(fā)電機與燃?xì)廨啓C同軸相連，第二發(fā)電機與蒸汽輪機同軸相連；電力系統(tǒng)分別與電解水制氫裝置、第一發(fā)電機和第二發(fā)電機電連接。

一種基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置的儲能方法，該儲能方法為：當(dāng)電力負(fù)荷較低需要進(jìn)行削峰時，首先在儲氫罐中盛放載氧體，然后將電力系統(tǒng)中冗余的電能引入到電解水制氫裝置中，制取氫氣；產(chǎn)生的氫氣通過氣體混合器進(jìn)入儲氫罐中，利用氫氣與儲氫罐中的載氧體的氧化還原反應(yīng)，將氫能儲存在載氧體中。