[發明專利]耦合鋁儲能和超臨界CO2循環發電的多聯產系統及方法

在審

• 申請號: 202010882816.7
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111963269A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（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: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K7/32;F01K27/00;F01D15/10;C25C3/06;C01B3/08;C01D7/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種耦合鋁儲能和超臨界CO2循環發電的多聯產系統及方法，該系統包括金屬燃料鋁儲能子系統和超臨界CO2循環發電子系統；本發明通過將基于金屬燃料鋁儲能、超臨界CO2循環發電、制氫、制碳酸鈉和碳酸氫鈉進行有效地耦合，具有儲能密度高、儲能周期長可實現永久儲存、燃料循環再生無消耗、可實現電力、氫氣、碳酸鈉和碳酸氫鈉多聯產和便于開展全球能源貿易等優點。

技術領域

本發明屬于高效發電和先進儲能技術領域，具體涉及一種耦合鋁儲能和超臨界CO2循環發電的多聯產系統及方法。

背景技術

隨著全球大氣污染和氣候變暖形勢的日趨嚴峻，傳統的以化石能源為主的發電系統將面臨前所未有的壓力和挑戰。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電的比例。未來，世界能源領域的發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、不穩定性和不確定性等特點，嚴重阻礙了可再生能源發電的發展。未來要實現可再生能源替代化石能源，必須依賴大規模和長周期儲能技術的發展和支撐。

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，需要開發一種新的儲能技術，從而使可再生能源發電在全世界范圍內向更深、更廣方向發展。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種耦合鋁儲能和超臨界CO2循環發電的多聯產系統及方法，該系統將基于金屬燃料鋁儲能、超臨界CO2循環發電、制氫、制碳酸鈉和碳酸氫鈉進行有效地耦合，具有儲能密度高、儲能周期長可實現永久儲存、燃料循環再生無消耗、可實現電力、氫氣、碳酸鈉和碳酸氫鈉多聯產和便于開展全球能源貿易等優點。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種耦合鋁儲能和超臨界CO2循環發電的多聯產系統，包括金屬燃料鋁儲能子系統和超臨界CO2循環發電子系統；

所述金屬燃料鋁儲能子系統包括氧化鋁電解裝置1、堿液反應器2、NaAlO2反應器3、Al(OH)3反應器4和儲氫罐5；氧化鋁電解裝置1的電源由可再生能源提供，氧化鋁電解裝置1的陰極連通堿液反應器2的燃料進口，將電化學反應產生的金屬燃料鋁送入堿液反應器2，金屬燃料鋁在堿液反應器2中與水發生放熱反應并產生氫氣；堿液反應器2的氫氣出口與儲氫罐5的進口相連通，堿液反應器2的溶液出口與NaAlO2反應器3的溶液進口相連通；NaAlO2反應器3的溶液出口與Al(OH)3反應器4的溶液進口相連通，Al(OH)3反應器4反應所需的熱源來自于可再生能源；Al(OH)3反應器4的出口通過循環管路與氧化鋁電解裝置1的熔融電解液進口相連通；在Al(OH)3反應器4中發生熱分解反應2Al(OH)3＝Al2O3+3H2O；NaAlO2反應器3的氣體進口與來自燃煤電站煙氣CO2捕集裝置的CO2出口相連通，在NaAlO2反應器3中，NaAlO2溶液與CO2發生反應生成Al(OH)3，同時可生成重要的化工原料Na2CO3和NaHCO3；

所述的超臨界CO2循環發電子系統包括堿液反應器2、透平6、高溫回熱器7、低溫回熱器8、再壓縮機9、預冷器10和主壓縮機11；低溫回熱器8的熱側出口分為兩路，其中一路經預冷器10與主壓縮機11的入口相連通，主壓縮機11的出口與低溫回熱器8的冷側入口相連通，另一路與再壓縮機9的入口相連通，再壓縮機9的出口與低溫回熱器8的冷側出口通過管道并管后與高溫回熱器7的冷側入口相連通，高溫回熱器7的冷側出口與堿液反應器2的工質入口相連通，堿液反應器2的工質出口與透平6的進口相連通，透平6的工質出口與高溫回熱器7的熱側入口相連通，高溫回熱器7的熱側出口與低溫回熱器8的熱側入口相連通；