[發明專利]固態熱化學儲能及供熱、調峰、發電系統和方法

有效

• 申請號: 202210304625.1
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114738719B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 肖剛;張加權
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F22B1/22
• 分類號: F22B1/22;F22B1/02;F22B33/18;F22B35/00;F22D11/06;F28D20/00;F01D15/10
• 代理公司: 上海立群專利代理事務所(普通合伙) 31291
• 代理人: 楊楷;毛立群

本發明提供一種系統簡單，儲熱密度高且能大規模工業化儲能供熱的固態熱化學儲能及供熱、調峰、發電系統及方法。本發明提供的固態熱化學儲能及供熱系統，包括送風機、蒸汽發生器以及設置于所述送風機至所述蒸汽發生器之間連接管道上的固態儲能裝置，其中，所述固態儲能裝置包括殼體、設置在所述殼體內的固態儲能模塊、及加熱所述固態儲能模塊的電加熱器，構成所述固態儲能模塊的儲能材料包括錳鐵復合氧化物。

技術領域

本發明涉及儲能領域，具體涉及一種固態熱化學儲能及供熱系統、固態熱化學儲能調峰及發電系統和固態熱化學儲能調峰及供熱方法。

背景技術

近年來人類社會能源需求增加，同時相對環保永續的可再生能源快速發展，然而間歇性是風電、光伏等可再生能源的一大特點，無法像傳統化石能源發電隨時間穩定輸出，而是具有波動性與隨機性，這意味著需要儲能系統介入調節，以緩解電力需求供給不匹配所導致的種種問題。借由儲能技術可以漸緩可再生能源因間歇性而帶來的負面影響，增加電力調配的彈性、改善電力質量、提升電壓穩定性。

儲能系統種類繁多，例如儲熱技術、氫儲能技術、壓縮空氣儲能等，其中，儲熱是將能量轉化為在自然狀態下比較穩定的能量存在形態的過程，全球用戶終端需求中熱能和冷能約占總能耗的一半，全球能源預算中90％的能源也是圍繞熱能的轉化、傳輸和存儲進行的，受到熱力學定律的約束，熱能是重要的中間產物和副產物，存在大量的熱能可以被利用。

儲熱主要包括顯熱、相變潛熱和化學反應熱三種形式。顯熱儲熱(如熔鹽、導熱油、水/蒸汽等)主要是利用介質溫度的升降來實現熱量的儲存與釋放，過程較為簡單，應用最廣，但其儲熱溫度一般不超過570℃，儲熱密度較小，溫度波動范圍大，難以滿足下一代高溫應用技術的需求(700℃)；潛熱儲熱是利用介質相變過程的潛熱來實現熱量的儲存與釋放，但導熱系數較低，相變過程中換熱較難控制，并且相變材料通常需要封裝，工藝復雜，成本較高；化學儲熱是利用可逆化學反應的熱效應進行能量的存儲和釋放，根據應用場景及儲/放熱需求不同，可選的反應物質范圍較廣，此外，儲熱密度可比顯熱高一個數量級，便于長時間儲存或較長距離輸運。

現有的廣泛應用于工業上的儲熱方式還是以顯熱為主，所以本領域亟需一種能夠利用更優化的儲熱材料進行大規模工業化儲能供熱的系統。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種系統簡單，儲熱密度高且能大規模工業化儲能供熱的固態熱化學儲能及供熱系統、固態熱化學儲能調峰及發電系統和固態熱化學儲能調峰及供熱方法。

本發明第一方面提供了一種固態熱化學儲能及供熱系統，包括送風機、蒸汽發生器以及設置于送風機至蒸汽發生器之間連接管道上的固態儲能裝置，其中，固態儲能裝置包括殼體、設置在殼體內的固態儲能模塊、及加熱固態儲能模塊的電加熱器，構成固態儲能模塊的儲能材料包括錳鐵復合氧化物。

根據該技術方案，當電加熱器工作時，電加熱器將電能轉化為熱能，并加熱固態儲能裝置，固態儲能模塊中的錳鐵復合氧化物發生還原反應，將熱能轉化為化學能進行存儲，提高了儲熱密度，具體地，錳鐵復合氧化物的儲熱密度是顯熱儲能的8～10倍，是潛熱儲能的2倍以上，由于儲熱密度高，相同儲能量的情況下儲能材料的體積更小，節約了設備投資，適合大規模儲能；

當送風機工作時，固態儲能裝置的空氣進口打開，送風機將冷空氣送入固態儲能裝置，固態儲能模塊中的錳鐵復合氧化物與空氣中的氧氣發生氧化反應，釋放大量熱量，反應后剩余的貧氧空氣吸收熱量并通入蒸汽發生器后產生大量高溫蒸汽，從而可以向外部設備實現大規模供熱。

需要注意的是，本發明中的固態儲能模塊的儲熱材料包括錳鐵復合氧化物，并非限定固態儲能模塊僅由錳鐵復合氧化物組成，固態儲能模塊的儲熱材料也可以為錳鐵復合氧化物和其他物質混合的儲熱材料，例如可以與一些能夠防止金屬氧化物燒結的表面材料混合作為儲熱材料等。

作為優選的技術方案，蒸汽發生器的二次側進口與外部供水管連接，二次側出口與外部供汽母管連接。