[發(fā)明專利]一種基于鋁燃料的綜合能源系統(tǒng)及其工作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010798065.0
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111810267A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設計）人: 白文剛;張純;喬永強;張旭偉;顧正萌;李紅智;姚明宇
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F01K27/00
• 分類號: F01K27/00;F01K25/00;F01K11/02;F01D15/10;C01B3/08;C01F7/42;F22B1/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發(fā)明公開了一種基于鋁燃料的綜合能源系統(tǒng)及其工作方法，該系統(tǒng)包括鋁燃料制備及燃燒子系統(tǒng)、蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和氫氣分離子系統(tǒng)；本發(fā)明通過將基于鋁燃料儲能、鋁燃燒發(fā)電、蒸汽朗肯循環(huán)和制氫等進行有效地耦合，具有儲能密度高、儲能周期長可實現(xiàn)永久儲存、燃料循環(huán)再生無消耗、可實現(xiàn)電力、氫氣多聯(lián)產(chǎn)和便于開展全球能源貿易等優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明屬于綠色發(fā)電和先進儲能技術領域，具體涉及一種基于鋁燃料的綜合能源系統(tǒng)及其工作方法。

背景技術

隨著全球大氣污染和氣候變暖形勢的日趨嚴峻，傳統(tǒng)的以化石能源為主的發(fā)電系統(tǒng)將面臨前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。從世界范圍來看，各國都在努力提高自身電力結構中可再生能源發(fā)電的比例。未來，世界能源領域的發(fā)展趨勢必然是可再生能源逐步替代化石能源。然而，可再生能源由于自身的間歇性、不穩(wěn)定性和不確定性等特點，嚴重阻礙了可再生能源發(fā)電的發(fā)展。未來要實現(xiàn)可再生能源替代化石能源，必須依賴大規(guī)模和長周期儲能技術的發(fā)展和支撐。

目前，儲能技術領域的研究十分活躍，各種儲能技術迅猛發(fā)展，如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、鋰電池儲能、超級電容器儲能、飛輪儲能、儲氫等。然而，現(xiàn)有的儲能技術難以同時滿足儲能密度大、可移動性、自耗損失小和全球能源貿易的要求。因此，需要開發(fā)一種新的儲能技術，從而使可再生能源發(fā)電在全世界范圍內向更深、更廣方向發(fā)展。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種基于鋁燃料的綜合能源系統(tǒng)及其工作方法，該系統(tǒng)將基于鋁燃料儲能、鋁燃燒發(fā)電、蒸汽朗肯循環(huán)和制氫等進行有效地耦合，具有儲能密度高、儲能周期長可實現(xiàn)永久儲存、燃料循環(huán)再生無消耗、可實現(xiàn)電力、氫氣多聯(lián)產(chǎn)和便于開展全球能源貿易等優(yōu)點。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于鋁燃料的綜合能源系統(tǒng)，包括鋁燃料制備及燃燒子系統(tǒng)、蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和氫氣分離子系統(tǒng)；

所述鋁燃料制備及燃燒子系統(tǒng)包括氣固分離裝置6、氧化鋁電解裝置1、電網(wǎng)中富余的可再生能源電力供應2、制粉系統(tǒng)3和燃燒室4；所述氣固分離裝置6的固體物質氧化鋁出口通過輸送管路與氧化鋁電解裝置1的氧化鋁物料進口相連接，氧化鋁電解裝置1的另一個物料進口與助熔劑冰晶石輸送管路相連接，氧化鋁電解裝置1的電源與電網(wǎng)中富余的可再生能源電力供應2相連接，氧化鋁電解裝置1的陰極連通制粉系統(tǒng)3的燃料進口，制粉系統(tǒng)3的燃料出口與燃燒室4的燃料進口相連接，燃燒室4的助燃劑進口與助燃劑水輸送管路相連接，在燃燒室4中，鋁粉與水發(fā)生燃燒反應，反應方程式為2Al+3H2O＝Al2O3+3H2；

所述蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)包括給水泵10、低溫換熱器11、燃燒室4、高溫換熱器5、蒸汽輪機7、發(fā)電機8和冷凝器9；新補充的動力循環(huán)工質水與冷凝器9冷凝回收得到的凝結水混合后與給水泵10的工質進口相連接，經(jīng)給水泵10升壓后與低溫換熱器11的冷側進口相連接，吸熱升溫后的動力循環(huán)工質水經(jīng)低溫換熱器11的冷側出口與燃燒室4的動力循環(huán)工質進口相連接，在燃燒室4中繼續(xù)吸熱升溫后經(jīng)燃燒室4的動力循環(huán)工質出口與高溫換熱器5的冷側進口相連接，高溫換熱器5的冷側出口與蒸汽輪機7的進口相連接，在高溫換熱器5中完成吸熱的動力循環(huán)工質水成為過熱蒸汽后進入蒸汽輪機7膨脹做功并帶動發(fā)電機8旋轉發(fā)電，發(fā)電機8與蒸汽輪機7同軸連接，蒸汽輪機7的工質出口與冷凝器9的工質進口相連接；

所述燃燒室4的燃燒產(chǎn)物出口與高溫換熱器5的熱側進口相連接，燃燒產(chǎn)物在高溫換熱器5放熱后經(jīng)高溫換熱器5的熱側出口與氣固分離裝置6的進口相連接，燃燒產(chǎn)物在氣固分離裝置6實現(xiàn)氣固分離，氣固分離裝置6的固體出口產(chǎn)物為氧化鋁；