[發明專利]流態化鈣基熱化學高溫儲能/釋能系統及其工作方法

有效

• 申請號: 201610290808.7
• 申請日: 2016-04-30
• 公開（公告）號: CN105737658B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 龍新峰;賴永鑫;張麗樺;廖珊珊;唐永銓
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F28D20/00
• 分類號: F28D20/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發明公開了一種流態化鈣基熱化學高溫儲能/釋能系統及其工作方法，該系統利用鈣基熱化學高溫可逆的反應，通過太陽能、熱能、化學能之間的相互轉化進行能量的存儲與釋放。該系統主要包括能量輸入單元、能量存儲單元和能量輸出單元。儲能時，氫氧化鈣在流態化條件下發生吸熱分解反應，將吸收的熱量以化學能的形式存儲在反應產物氧化鈣中；釋能時，氧化鈣和水蒸氣在流態化條件下發生放熱反應，放出的熱量加熱水產生高溫高壓的蒸汽，從而推動蒸汽輪機發電。本發明具有單位質量儲能密度高、能量品質高、儲能損失低、無污染等特點，且可根據儲能容量進行模塊化組合，可應用于大規模的太陽能熱力發電以及電站調峰等領域。

技術領域

本發明涉及能量存儲技術領域，具體涉及一種將太陽能或電網低谷電能利用鈣基可逆反應儲存能量的熱化學高溫儲能系統。

背景技術

隨著經濟的快速發展，能源的供給越來越難以滿足需求。在當今世界范圍內，傳統的化石能源(煤、石油、天然氣等)依然占據主導地位。而且，化石能源的燃燒會產生大量溫室氣體和其它有毒有害氣體及粉塵，帶來了一系列的環境污染問題。因此，可再生清潔能源的開發與利用受到了人們的廣泛關注。太陽能是一種分布廣泛、清潔環保的能源，高效利用太陽能可以緩解當今能源問題和環境污染問題，優化能源結構。電能作為一種高品位能量，廣泛應用于各種用能領域，已成為國民經濟飛躍的主要動力。并且電能本身具有無污染、零排放的特點。

然而，太陽能具有間歇性、難以持續供應等特點，電力系統中也會有供需不平衡的峰谷現象。若要大規模地發展太陽能熱力發電，改善電力系統的經濟性和穩定性，提高對太陽能等熱的存儲技術是關鍵。

目前，熱儲能方式主要包括有：顯熱儲能、潛熱儲能和熱化學儲能三種方式。顯熱儲能利用儲能介質的溫度差進行熱能的存儲，儲能密度由儲能介質的溫差和比熱容決定；潛熱儲熱是利用儲能介質發生相變時吸收熱量來進行儲熱的，儲能密度由儲能介質相變焓決定。顯熱儲熱和相變儲熱需要采用絕熱保溫設備，另外顯熱儲熱的儲存時間比較有限，相變儲熱也存在著相分離和過冷等問題。

熱化學儲熱通過可逆化學反應，利用反應過程中的反應焓變進行儲熱，是一種高效儲能手段。理論上說，任意存在吸熱/放熱的可逆化學反應都可用于熱能的存儲。但是，選擇適用于熱化學儲能的反應體系需要考慮到反應的可逆性、反應溫度和反應速率、經濟性等條件。目前較為合適的熱化學儲能反應體系主要有：金屬氫化物的熱分解、氧化物和過氧化物的分解、氫氧化鈣/氧化鈣的轉換等反應體系。目前，熱化學儲能還處于研究階段，技術的應用還需要進一步的探索研究。

經過對已有技術的文獻檢索，申請號為201010500486.7的“一種中低溫太陽能熱化學蓄能系統”中國發明專利，得出了利用金屬氧化鎳還原來實現太陽能蓄熱，金屬鎳的氧化提供太陽能釋放，達到儲能并發電的目的，屬于熱化學儲能的方式。但其儲能溫度只有150℃至300℃，而且其儲能材料中金屬鎳的價格較為昂貴，這可能導致其儲能系統成本較高；申請號為201510116256.3的“新型氨基熱化學儲能系統”中國發明專利，提出利用氨基的熱化學可逆反應進行儲能。氨氣在催化劑的作用下發生吸熱分解反應，達到儲能的目的，也屬于熱化學儲能的方式，但該反應體系需要催化劑才能發生反應，而且該反應所用介質中的氨氣具有強烈的刺激性氣味，能灼傷眼睛、皮膚、呼吸器官黏膜等等，具有一定的危險性。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種流態化的鈣基熱化學高溫儲能系統，該系統將太陽能或電網低谷電能轉化為化學能，并在有需要時通過可逆轉的化學反應將能量釋放出來，具體方案如下：

一種流態化鈣基熱化學高溫儲能/釋能系統，包括能量輸入單元、能量存儲單元、能量輸出單元，它與現有的熱化學儲能系統的顯著區別在于：