流态化钙基热化学高温储能/释能系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种流态化钙基热化学高温储能/释能系统，该系统利用钙基热化学高温可逆的反应，通过太阳能、热能、化学能之间的相互转化进行能量的存储与释放。该系统主要包括能量输入单元、能量存储单元和能量输出单元。储能时，氢氧化钙在流态化条件下发生吸热分解反应，将吸收的热量以化学能的形式存储在反应产物氧化钙中；释能时，氧化钙和水蒸气在流态化条件下发生放热反应，放出的热量加热水产生高温高压的蒸汽，从而推动蒸汽轮机发电。本实用新型专利技术具有单位质量储能密度高、能量品质高、储能损失低、无污染等特点，且可根据储能容量进行模块化组合，可应用于大规模的太阳能热力发电以及电站调峰等领域。

【技术实现步骤摘要】
流态化钙基热化学高温储能/释能系统
本技术涉及能量存储
，具体涉及流态化钙基热化学高温储能/释能系统。
技术介绍
随着经济的快速发展，能源的供给越来越难以满足需求。在当今世界范围内，传统的化石能源(煤、石油、天然气等)依然占据主导地位。而且，化石能源的燃烧会产生大量温室气体和其它有毒有害气体及粉尘，带来了一系列的环境污染问题。因此，可再生清洁能源的开发与利用受到了人们的广泛关注。太阳能是一种分布广泛、清洁环保的能源，高效利用太阳能可以缓解当今能源问题和环境污染问题，优化能源结构。电能作为一种高品位能量，广泛应用于各种用能领域，已成为国民经济飞跃的主要动力。并且电能本身具有无污染、零排放的特点。然而，太阳能具有间歇性、难以持续供应等特点，电力系统中也会有供需不平衡的峰谷现象。若要大规模地发展太阳能热力发电，改善电力系统的经济性和稳定性，提高对太阳能等热的存储技术是关键。目前，热储能方式主要包括有：显热储能、潜热储能和热化学储能三种方式。显热储能利用储能介质的温度差进行热能的存储，储能密度由储能介质的温差和比热容决定；潜热储热是利用储能介质发生相变时吸收热量来进行储热的，储能密度由储能介质相变焓决定。显热储热和相变储热需要采用绝热保温设备，另外显热储热的储存时间比较有限，相变储热也存在着相分离和过冷等问题。热化学储热通过可逆化学反应，利用反应过程中的反应焓变进行储热，是一种高效储能手段。理论上说，任意存在吸热/放热的可逆化学反应都可用于热能的存储。但是，选择适用于热化学储能的反应体系需要考虑到反应的可逆性、反应温度和反应速率、经济性等条件。目前较为合适的热化学储能反应体系主要有：金属氢化物的热分解、氧化物和过氧化物的分解、氢氧化钙/氧化钙的转换等反应体系。目前，热化学储能还处于研究阶段，技术的应用还需要进一步的探索研究。经过对已有技术的文献检索，申请号为201010500486.7的“一种中低温太阳能热化学蓄能系统”中国技术专利，得出了利用金属氧化镍还原来实现太阳能蓄热，金属镍的氧化提供太阳能释放，达到储能并发电的目的，属于热化学储能的方式。但其储能温度只有150℃至300℃，而且其储能材料中金属镍的价格较为昂贵，这可能导致其储能系统成本较高；申请号为201510116256.3的“新型氨基热化学储能系统”中国技术专利，提出利用氨基的热化学可逆反应进行储能。氨气在催化剂的作用下发生吸热分解反应，达到储能的目的，也属于热化学储能的方式，但该反应体系需要催化剂才能发生反应，而且该反应所用介质中的氨气具有强烈的刺激性气味，能灼伤眼睛、皮肤、呼吸器官黏膜等等，具有一定的危险性。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术提供一种流态化的钙基热化学高温储能系统，该系统将太阳能或电网低谷电能转化为化学能，并在有需要时通过可逆转的化学反应将能量释放出来，具体方案如下。一种流态化钙基热化学高温储能/释能系统，包括能量输入单元、能量存储单元、能量输出单元，它与现有的热化学储能系统的显著区别在于：所述的能量输入单元包括太阳能吸热器、电加热器、重油储罐、给油泵、第一加热盘管；其中，重油储罐的出口通过管道与给油泵入口相连接，给油泵的出口通过管道与第二三通阀的入口相连接，第二三通阀的一个出口通过管道与电加热器的入口相连接，另一个出口通过管道与第一三通阀的入口相连接，第一三通阀的一个出口通过管道与太阳能吸热器的入口相连接，第一三通阀的另一个出口、太阳能吸热器的出口和电加热器的出口并入同一管道后与第一加热盘管的入口相连接，第一加热盘管的出口则通过第一阀门与重油储罐的入口相连接；所述的能量存储单元包括钙基反应装置、旋风分离器、卧式沸腾流化床、惯性分离器、第二氮气储罐、第一风机、氢氧化钙储罐、氧化钙储罐、第二风机、第三风机、气体分布器、第一氮气储罐、汽水分离器、第一冷凝器；其中，钙基反应装置的气体出口与旋风分离器的入口相连接，旋风分离器的固体出口与卧式沸腾流化床的固体入口相连接，卧式沸腾流化床的气体出口与惯性分离器的入口相连接，惯性分离器的气体出口与第二氮气储罐的入口相连接，第二氮气储罐的出口经第八阀门与第一风机的入口相连接，第一风机的出口与卧式沸腾流化床的气体入口相连接，惯性分离器的固体出口经第二阀门与卧式沸腾流化床的固体出口并入同一管道后与第四三通阀的入口相连接，第四三通阀的一个出口与氢氧化钙储罐的入口相连接，另一个出口与氧化钙储罐的入口相连接，氢氧化钙储罐的出口经第三阀门后、氧化钙储罐的出口经第四阀门后和第二风机的出口通过管道与钙基反应装置的固体入口相连接，旋风分离器的气体出口通过第一冷凝器与汽水分离器入口相连接，汽水分离器的液体出口经第七阀门后与下述能量输出单元的水储罐的一个液体入口相连接，汽水分离器的气体出口与第一氮气储罐的入口相连接，第一氮气储罐的一个出口经第五阀门与第二风机的入口相连接，第一氮气储罐的另一个出口经第6阀门与第三风机的入口相连接，第三风机的出口与气体分布器的一个入口相连接；所述的能量输出单元包括水储罐、给水泵、第二加热盘管、汽包、下降管、水冷壁、蒸气管道、过热器、蒸汽轮机、发电机、第二冷凝器；其中，水储罐的出口通过第九阀门与给水泵相连接，给水泵经第二加热盘管与汽包的液体入口相连接，汽包的液体端通过下降管与水冷壁相通，水冷壁又与汽包的气体端入口相接构成循环，汽包气体端的一个出口通过蒸气管道与第三三通阀的一个入口相连接，第三三通阀的另一个入口与外部蒸汽管网相连，第三三通阀的一个出口与气体分布器的另一个入口相连接，汽包气体端的另一个出口通过过热器后与蒸汽轮机的入口相连接，蒸汽轮机的出口通过第二冷凝器与水储罐的另一个液体入口相连接，蒸汽轮机与发电机相连接。进一步优化的，所述的流态化钙基热化学高温储能/释能系统，其特征在于，所述的钙基反应装置采用循环流化床反应器，所用的反应介质为固体氢氧化钙粉末或氧化钙粉末，固体氢氧化钙粉末或氧化钙粉末依靠第二风机经第三阀门或第四阀门进入钙基反应装置内。为提高钙基反应装置底部流态化气体的流速，钙基反应装置为倒锥形的圆筒型结构，锥角为10°～15°，圆筒尺寸由储能容量确定，装置的可承受压力位0.15MPa～0.3MPa。进一步优化的，所述的流态化钙基热化学高温储能/释能系统，其特征在于，在夜间电网供电处于低谷时，钙基反应装置由电加热器提供热源；太阳能吸热器和电加热器内的流体为重油。进一步优化的，所述的流态化钙基热化学高温储能/释能系统，其特征在于，所述的钙基反应装置的流态化气体为氮气或氮气与水蒸气的混合物；进一步优化的，所述的流态化钙基热化学高温储能/释能系统，其特征在于，所述的太阳能吸热器为碟式结构；电加热器所用的电源为电网夜间低谷电。太阳能条件较好时，用太阳能吸热器的热量加热反应器，夜间则使用电网低谷电能加热。进一步优化的，所述的流态化钙基热化学高温储能/释能系统，其特征在于，采用卧式沸腾流化床为液态水预热，同时把钙基反应装置的生成的固体冷却；卧式沸腾流化床的流态化气体为氮气。进一步优化的，所述的流态化钙基热化学高温储能/释能系统，其特征在于，所述的卧式沸腾流化床的气体分布板有5°～10°的倾角，以便氧化钙或氢氧化钙粉末往储罐方向转移。进一步优化的本文档来自技高网...

【技术保护点】
流态化钙基热化学高温储能/释能系统，包括能量输入单元、能量存储单元、能量输出单元，其特征在于：——所述的能量输入单元包括太阳能吸热器(1)、电加热器(4)、重油储罐(5)、给油泵(6)、第一加热盘管(13)；其中，重油储罐(5)的出口通过管道与给油泵(6)入口相连接，给油泵(6)的出口与第二三通阀(3)的入口相连接，第二三通阀(3)的一个出口与电加热器(4)的入口相连接，另一个出口与第一三通阀(2)的入口相连接，第一三通阀(2)的一个出口与太阳能吸热器(1)的入口相连接，第一三通阀(2)的另一个出口、太阳能吸热器(1)的出口和电加热器(4)的出口并入同一管道后与第一加热盘管(13)的入口相连接，第一加热盘管(13)的出口则通过第一阀门（7）与重油储罐(5)的入口相连接；——所述的能量存储单元包括钙基反应装置(14)、旋风分离器(28)、卧式沸腾流化床(27)、惯性分离器(15)、第二氮气储罐(32)、第一风机(25)、氢氧化钙储罐(18)、氧化钙储罐(21)、第二风机(23)、第三风机(20)、气体分布器(11)、第一氮气储罐(26)、汽水分离器(31)、第一冷凝器(29)；其中，钙基反应装置(14)的气体出口与旋风分离器(28)的入口相连接，旋风分离器(28)的固体出口与卧式沸腾流化床(27)的固体入口相连接，卧式沸腾流化床(27)的气体出口与惯性分离器(15)的入口相连接，惯性分离器(15)的气体出口与第二氮气储罐(32)的入口相连接，第二氮气储罐(32)的出口经第八阀门（33）与第一风机（25）的入口相连接，第一风机（25）的出口与卧式沸腾流化床(27)的气体入口相连接，惯性分离器(15)的固体出口经第二阀门（43）与卧式沸腾流化床(27)的固体出口并入同一管道后与第四三通阀(16)的入口相连接，第四三通阀(16)的一个出口与氢氧化钙储罐(18)的入口相连接，另一个出口与氧化钙储罐(21)的入口相连接，氢氧化钙储罐(18)的出口经第三阀门（17）后、氧化钙储罐(21)的出口经第四阀门（19）后和第二风机(23)的出口通过管道与钙基反应装置(14)的固体入口相连接，旋风分离器(28)的气体出口通过第一冷凝器(29)与汽水分离器(31)入口相连接，汽水分离器(31)的液体出口经第七阀门（30）后与下述能量输出单元的水储罐（37）的一个液体入口相连接，汽水分离器(31)的气体出口与第一氮气储罐(26)的入口相连接，第一氮气储罐(26)的一个出口经第五阀门（24）与第二风机（23）的入口相连接，第一氮气储罐(26)的另一个出口经第6阀门（22）与第三风机（20）的入口相连接，第三风机（20）的出口与气体分布器(11)的一个入口相连接；——所述的能量输出单元包括水储罐(37)、给水泵(38)、第二加热盘管(40)、汽包(8)、下降管(9)、水冷壁(10)、蒸气管道(41)、过热器(12)、蒸汽轮机(34)、发电机(35)、第二冷凝器(36)；其中，水储罐(37)的出口通过第九阀门（39）与给水泵(38)相连接，给水泵(38)经第二加热盘管(40)与汽包(8)的液体入口相连接，汽包(8)的液体端通过下降管(9)与水冷壁(10)相通，水冷壁(10)又与汽包(8)的气体端入口相接构成循环，汽包(8)气体端的一个出口通过蒸气管道(41)与第三三通阀（42）的一个入口相连接，第三三通阀（42）的另一个入口与外部蒸汽管网相连，第三三通阀（42）的一个出口与气体分布器(11)的另一个入口相连接，汽包(8)气体端的另一个出口通过过热器(12)后与蒸汽轮机(34)的入口相连接，蒸汽轮机(34)的出口通过第二冷凝器(36)与水储罐(37)的另一个液体入口相连接，蒸汽轮机(34)与发电机(35)相连接。...

【技术特征摘要】
1.流态化钙基热化学高温储能/释能系统，包括能量输入单元、能量存储单元、能量输出单元，其特征在于：——所述的能量输入单元包括太阳能吸热器(1)、电加热器(4)、重油储罐(5)、给油泵(6)、第一加热盘管(13)；其中，重油储罐(5)的出口通过管道与给油泵(6)入口相连接，给油泵(6)的出口与第二三通阀(3)的入口相连接，第二三通阀(3)的一个出口与电加热器(4)的入口相连接，另一个出口与第一三通阀(2)的入口相连接，第一三通阀(2)的一个出口与太阳能吸热器(1)的入口相连接，第一三通阀(2)的另一个出口、太阳能吸热器(1)的出口和电加热器(4)的出口并入同一管道后与第一加热盘管(13)的入口相连接，第一加热盘管(13)的出口则通过第一阀门（7）与重油储罐(5)的入口相连接；——所述的能量存储单元包括钙基反应装置(14)、旋风分离器(28)、卧式沸腾流化床(27)、惯性分离器(15)、第二氮气储罐(32)、第一风机(25)、氢氧化钙储罐(18)、氧化钙储罐(21)、第二风机(23)、第三风机(20)、气体分布器(11)、第一氮气储罐(26)、汽水分离器(31)、第一冷凝器(29)；其中，钙基反应装置(14)的气体出口与旋风分离器(28)的入口相连接，旋风分离器(28)的固体出口与卧式沸腾流化床(27)的固体入口相连接，卧式沸腾流化床(27)的气体出口与惯性分离器(15)的入口相连接，惯性分离器(15)的气体出口与第二氮气储罐(32)的入口相连接，第二氮气储罐(32)的出口经第八阀门（33）与第一风机（25）的入口相连接，第一风机（25）的出口与卧式沸腾流化床(27)的气体入口相连接，惯性分离器(15)的固体出口经第二阀门（43）与卧式沸腾流化床(27)的固体出口并入同一管道后与第四三通阀(16)的入口相连接，第四三通阀(16)的一个出口与氢氧化钙储罐(18)的入口相连接，另一个出口与氧化钙储罐(21)的入口相连接，氢氧化钙储罐(18)的出口经第三阀门（17）后、氧化钙储罐(21)的出口经第四阀门（19）后和第二风机(23)的出口通过管道与钙基反应装置(14)的固体入口相连接，旋风分离器(28)的气体出口通过第一冷凝器(29)与汽水分离器(31)入口相连接，汽水分离器(31)的液体出口经第七阀门（30）后与下述能量输出单元的水储罐（37）的一个液体入口相连接，汽水分离器(31)的气体出口与第一氮气储罐(26)的入口相连接，第一氮气储罐(26)的一个出口经第五阀门（24）与第二风机（23）的入口相连接，第一氮气储罐(26)的另一个出口经第6阀门（22）与第三风机（20）的入口相连接，第三风机（20）的出口与气体分布器(11)的一个入口相连接；——所述的能量输出单元包括水储罐(37)、给水泵(38)、第二加热盘管(40)、汽包(8)、下降管(9)、水冷壁(10)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙新峰，赖永鑫，张丽桦，廖珊珊，唐永铨，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44