[發明專利]電燃料儲能新方法及系統

有效

• 申請號: 201710150419.9
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN107039670B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 趙天壽
• 申請（專利權）人: 香港科技大學
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M8/06
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄭彤;萬志香

本發明涉及一種電燃料儲能新方法及系統，方法包括：電燃料的充電過程：通過電燃料充電器將電能轉化為電燃料的化學能存儲；電燃料的放電過程：通過電燃料電池將所述化學能轉化為電能；所述電燃料為可反復充放電，且充電與放電前后均能穩定存在的電活性物質。電燃料儲能系統主體為電燃料、電燃料充電器及電燃料電池三部分。具有如下優勢：1)電燃料儲能系統的效率可高達80％以上；2)電燃料可即產即用，也可長期存儲以利用；3)電燃料充電器不受地域限制，可在任意太陽能、風能資源豐富的時域內完成對電燃料的充電；4)電燃料電池供電穩定且靈活，既可并入電網，也可用于離網供電。利用本發明，能夠實現可再生能源的規模化應用。

技術領域

本發明涉及儲能技術領域，特別是涉及一種電燃料儲能新方法及系統。

背景技術

1、儲能技術

能源短缺和氣候變化是當前世界面臨的主要問題之一。未來50年是人類文明的重要時期，改變能源結構以增加可再生能源利用的比例是解決能源與環境問題的有效途徑。太陽能和風能是儲量無限，清潔的可再生能源之一，過去十余年間，太陽能光伏和風力發電技術進展顯著，光伏電池的成本降低了近10％。盡管如此，由于太陽能、風能本身能量密度低，間歇等固有缺陷，使其所發電力仍然是分散，不穩定、不連續的，也因此限制了它們的規模應用。問題的關鍵是如何應對這種不穩定性并提高其實際利用水平。開發離網和微網系統是有效的解決途徑，其中儲能是確保太陽能、風能高效、穩定、持續供電的關鍵環節。

與離網和微網系統相匹配的儲能裝置，應具備高效、可擴展性，耐久性和經濟性等常規屬性的同時，能夠獨立地實現儲能、釋能，且能夠長期、安全可靠地存儲能量。當前適用于離網和微網系統的儲能技術主要包括抽水蓄能，壓縮空氣儲能，飛輪儲能，超級電容器儲能，固態電池，液流電池，氫儲能等。以水為能量載體的抽水蓄能以及利用空氣作為儲能介質的壓縮空氣儲能技術在成本和壽命方面具有顯著優勢。然而，這些儲能技術高度依賴于地質和地理條件，選址難度大。飛輪儲能具有充電速度快、壽命長、效率高、建設周期短、無污染等優點，適用于孤島電網調峰、配電系統頻率調節、電能質量優化等領域，但因其能量密度低，持續時間短，具有一定的自放電性，在離網和微電網系統中得到廣泛應用還有待進一步發展。超級電容器循環次數多，充放電時間及響應速度快，效率高，環境友好，但因電介質耐壓低，儲能水平受限，此外電容器能量密度低，投資成本高，有一定的自放電率。固態電池以其工作電壓高、儲能密度高、充放電轉化率高、無污染、安裝靈活、建設周期短及適用場合廣等優點，在小規模儲能中已得到廣泛應用，也是最具潛力發展成為大規模儲能裝置的候選之一。但受當前技術水平(如可擴展性差，成本高、壽命短，不能快速實現動態功率補償及穩定電壓波動，無法抑制動態振蕩及平滑可再生能源發電輸出等)的制約，在大規模儲能中得到應用還有一定的難度。液流電池作為固態電池的新興替代產品，具有功率和容量調節各自獨立的優勢，易規模化，能量效率高，不受地域地理限制，壽命長，適合于大型儲能系統。然而，目前成本還沒有達到規模化利用的標準。

未來太陽能、風能等可再生能源發電系統對儲能提出了更高的要求，需要能夠存儲大規模能量，且可實現數周內持續供電的儲能技術。而如何應對可再生能源所發電力瞬時、波動的弊端，實現其長期穩定供電成為首要解決的問題。將光電、風電等間歇的電能轉化為化學能存儲，待需要時重新轉化為電能加以利用，實現電能的時空轉換，是一種有效地解決途徑。因為作為能量載體的化學物質能量密度高，存儲成本低，能夠長期存放，運輸安全，并且可長期持續供應。當前，基于這一概念的研究熱點是以氫燃料作為能量載體的氫儲能系統。利用清潔能源(太陽能、風能等)產生的電力將水電解制得氫氣，并將其存儲于儲氫裝置中，待需要電力供應時，利用內燃機、燃料電池等發電技術將存儲于氫中的能量釋放，轉化為電能加以利用。然而，受成本高、能量效率低、電解槽及燃料電池壽命短、存在安全隱患等因素的影響，氫儲能系統得到規模化應用還存在一些技術上的制約。

總之，現有成熟或新興的儲能技術都不能完全滿足未來可再生能源發電對儲能的要求，成為其規模利用的瓶頸。因此，我們需要發展全新、易規模化、高效、低成本、壽命長、不受場地限制的新型儲能技術，以實現可再生能源規模利用的目標。