[發明專利]一種氫氧化鈣熱化學儲能系統及其應用方法

有效

• 申請號: 202111012859.0
• 申請日: 2021-08-31
• 公開（公告）號: CN113701368B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 凌祥;宋丹陽;靳曉剛;張志浩;王燕
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: F24S60/20
• 分類號: F24S60/20;F24S50/00;F22B1/02;F22D1/00;B01J19/28;F01D15/10;F03G6/06
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 劉佳慧

本發明公開了一種氫氧化鈣熱化學儲能系統及其應用方法，氫氧化鈣熱化學儲能系統包括塔式太陽能集熱裝置、回轉球磨儲能裝置和蒸汽朗肯發電裝置；塔式太陽能集熱裝置包括工質流體泵和塔式太陽能集熱器；回轉球磨儲能裝置包括CaO儲罐、Ca(OH)₂儲罐和回轉球磨反應器；蒸汽朗肯發電裝置包括通過循環管路順次連接的蒸汽朗肯透平、蒸汽發電冷凝器、蒸汽發電水泵、蒸汽發電閘閥、第一蒸汽發電換熱器和第二蒸汽發電換熱器；蒸汽朗肯發電裝置還包括水處理器；系統還包括備用熱源裝置。本系統采用的熱化學儲能體系為Ca(OH)₂/CaO，通過熱能與化學能之間的相互轉換進行儲能，三種熱源靈活分配調節，能夠使太陽能熱電站連續高效地運行。

技術領域

本發明屬于太陽能發電領域，涉及一種熱化學儲能系統，尤其涉及一種氫氧化鈣熱化學儲能系統及其應用方法。

背景技術

太陽能發電具有來源廣、不污染環境等優點，是一種理想的可替代化石燃料的清潔能源。然而，太陽能存在間歇性和不穩定性的特點，使能量難以持續穩定供應。因此亟需加快儲能科學領域的研究，其中高溫儲能是解決可再生能源間歇性和不穩定性難題的一種高效潛在技術。顯熱儲能、潛熱儲能和熱化學儲能三種主要的儲熱方式中，熱化學儲能利用可逆的吸放熱反應儲存熱能，具有儲能密度高，反應溫度高、長期儲熱損失小等顯著優點，彌補了其他儲能方式的缺點，能有效地解決能量的轉換、儲存與再生。Ca(OH)₂/CaO體系是一種理想的熱化學儲能體系，具有儲能密度大（437kWh/m3）、無毒且安全性好、原料來源廣泛且價廉、無副反應且反應溫度高（450℃-600℃）的顯著優點，因此Ca(OH)₂/CaO體系用于太陽能中高溫熱化學儲能，能夠很好的解決太陽能中高溫熱電站發電不能連續高效運行的問題。目前對Ca(OH)₂/CaO體系用于熱化學儲能的研究處于起步階段。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明將太陽能發電與Ca(OH)₂/CaO熱化學儲能系統、蒸汽朗肯發電系統進行結合，提出一種可持續穩定運行的基于Ca(OH)₂/CaO熱化學儲能的太陽能光熱發電應用系統，有效地解決太陽能連續發電問題。

為實現上述目的，本發明提供一種氫氧化鈣熱化學儲能系統，具有這樣的特征：包括塔式太陽能集熱裝置、回轉球磨儲能裝置和蒸汽朗肯發電裝置；

所述塔式太陽能集熱裝置包括工質流體泵和塔式太陽能集熱器；所述回轉球磨儲能裝置包括CaO儲罐、Ca(OH)₂儲罐和回轉球磨反應器；所述回轉球磨反應器包括具有固體顆粒進料口、固體顆粒出料口、蒸汽進口和蒸汽出口的反應通道，以及具有下端下進口、下端上進口、上端下出口和上端上出口的換熱通道；

工質流體泵、塔式太陽能集熱器和回轉球磨反應器的下端下進口通過管路依次連接，構成太陽能供熱路徑；Ca(OH)₂儲罐通過管路與回轉球磨反應器的固體顆粒進料口連接，固體顆粒出料口通過管路與CaO儲罐連接，構成儲能路徑；

所述蒸汽朗肯發電裝置包括通過循環管路順次連接的蒸汽朗肯透平、蒸汽發電冷凝器、蒸汽發電水泵、蒸汽發電閘閥、第一蒸汽發電換熱器和第二蒸汽發電換熱器，構成發電循環路徑；回轉球磨反應器的上端上出口、第二蒸汽發電換熱器和第一蒸汽發電換熱器通過管路依次連接，構成第一儲能發電熱源路徑；塔式太陽能集熱器、第二蒸汽發電換熱器和第一蒸汽發電換熱器也通過管路依次連接，構成第二儲能發電熱源路徑；塔式太陽能集熱器與回轉球磨反應器的下端下進口之間設有儲能加熱閘閥，塔式太陽能集熱器與第二蒸汽發電換熱器之間設有儲能直接發電閘閥；第一發蒸汽電換熱器連接通過儲能管路與工質流體泵連接，構成儲能工質循環路徑；

蒸汽朗肯發電裝置還包括水處理器；回轉球磨反應器的蒸汽出口、第一蒸汽發電換熱器、水處理器、蒸汽發電冷凝器通過管路依次連接，構成第三儲能發電熱源路徑；回轉球磨反應器的蒸汽出口與第一蒸汽發電換熱器之間設有蒸汽余熱發電閘閥；