本发明专利技术在槽式太阳能热发电系统循环中配置高温钠氯化物熔盐电池堆，既保证高温钠氯化物电池正常工作，同时充分利用蓄电池充放电产生的化学热与储热装置共同构成互补储热发电系统，在提高槽式太阳能生存和环境适应能力的基础上，力争成为电网可靠的基荷电源；其中钠氯化物单体电池采用全新的盆型或碗状结构，制造工艺简洁，成本低，适合规模化生产；既可以做聚光太阳能热发电站的标准配置，也可以配属风力或光伏发电站，或作为电网削峰填谷、调频调压的主要蓄电调节装置。该发明专利技术属太阳能热发电和高温化学蓄电池跨学科技术领域。
Trough Solar Sodium Chloride Battery Thermal Storage and Storage Power Generation Device
【技术实现步骤摘要】
槽式太阳能钠氯化物电池储热蓄电发电装置
本专利技术将高温钠氯化物单体电池组成的电池堆配置在槽式太阳能热发电循环系统中，既保证高温钠氯化物电池正常工作，同时充分利用蓄电池充放电产生的化学热与储热装置共同构成互补发电系统，在提高槽式太阳能生存和环境适应能力的基础上，力争成为可靠的电网基荷电源；其中钠氯化物单体电池采用全新的盆型或碗状结构，制造工艺简洁，成本低，适合规模化生产；既可以做聚光太阳能的标准配置，也可以配属风力或光伏发电站，或作为电网削峰填谷、调频调压的主要蓄电调节装置。该专利技术属太阳能热发电和高温化学蓄电池跨学科
技术介绍
大量可再生能源的使用和智能电网的建立，迫切需要大功率、规模化、低成本的储能蓄电设备为其配套，一般来说，电力电网对储能技术要求很高，首先是安全性，无易燃易爆隐患，其次在储能技术生命周期内性价比高即经济性好，再次对环境友好，另外在技术指标上要求循环寿命长、存储密度高、无自放电等，使用寿命应大于15年，而目前可选择的化学蓄电池主要有铅酸电池、锂电池、液流电池、镍氢电池、钠硫电池等，但是这些电池均不能满足上述所有要求，相比之下钠硫电池则成了佼佼者。钠硫电池有和钠氯化物电池近乎一样的技术性能，虽然优点突出，但其明显的缺点是结构复杂、工艺性差、零部件多、制造成本高，甚至存在安全和环境隐患，特别是该技术被日本NGK垄断，其应用受到很大限制。但是钠氯化物电池与其相反，除了要求同样的高温工况环境外，具备为电力电网配属的所有优势，当下唯一需要的是改进结构使之适合大批量生产，把生产成本降至最低。高温熔盐热电池的结构大致有两种，一是传统的圆柱形钠硫和钠镍电池，如最早的南非Zebra斑马钠氯化镍电池，以及瑞士SoNick、意大利FIAMM、美国GE、德国AEG和日本NGK的产品，结构完全相同，美国新近公开的专利文献US20160049658A1中的结构也未显示本质变化；另一种是最早见诸于美国太平洋西北国家实验室(PNNL)采用平面结构的单体电池，类似的如中国专利201210285477.X和201510746165描述的电池结构，以及美国MSRI公司的20150017490专利结构，这些电池结构改平面后直接缩小了固体电解质的比表面积，降低了电池性能，因此很不可取。其实钠氯化电池创新空间很大，具有大规模、低成本、长寿命、高安全、易回收、高可靠优势，而且钠氯化电池可实现储热蓄电双重目标，同时采用钠氯化物储热蓄电技术易建立独立的储热蓄电站，满足多功能蓄电和热利用需要。利用化学电池产生的化学热实现多种形式的热利用是一个全新的技术课题。众所周知，化学电池在充放电过程中必然产生化学热，如不进行有效的热管理，则会导致电池失效或缩短使用寿命，目前使用量最大的锂电池尤其如此。但是与其相反，很多科学家意识到蓄电池产生的化学热应该被充分利用，例如美国专利文献20150061570A1试图利用聚光太阳能为钠硫电池建立高温工作环境，该项目曾得到美国能源部的财政支持；专利文献WO2015169566A1阐述了德国西门子公司利用传热介质管理钠氯化物电池的技术路径，同时西门子公司进一步在专利文献US20160248132A1明确提出热化学电池的热利用方式，但未发现有关研发钠氯化物电池的技术信息。客观说，借助钠氯化物电池的高温特性实现热利用是能源存储技术的创新方向，特别是充分利用化学电池产生的热能十分必要。而专利技术人最先提出在槽式太阳能热发电装置中应用钠氯化物电池，先后在授权专利201410004050.7和201410123725.X中提出把聚光太阳能技术与钠氯化物电池结合以实现储热蓄电双功能，其后又在专利申请201610005196.2和201710990038.1中进一步公开了钠氯化物电池堆及单体电池结构，不断对钠氯化物电池结构进行改进，并和槽式太阳能热发电装置实现优势互补，但总的看，电池结构仍不尽如人意，不利于规模化生产，因此，根据电力规模化储能和大幅降低电池制造成本的经济性要求，创新电池结构和优化槽式太阳能储热蓄电发电系统势在必行。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对专利201610005196.2和201710990038.1公开的钠氯化物电池构造进行改进，提出一种全新的单体电池结构和制造方法，同时进一步对201410004050.7和201410123725.X专利所述的槽式太阳能储热蓄电互补热发电系统进行优化。本专利技术是通过以下技术方案实现的：所述槽式太阳能钠氯化物电池储热蓄电发电装置包括槽式聚光阵列、传热介质、电力补热器、电力加热器、安放固体储热介质的储热罐、三通阀、换热器、钠氯化物电池堆，以及传热管道和传热介质压力泵，用于多能互补的风力发电机组；换热蒸发器、动力发电系统，其特征在于：槽式太阳能聚光阵列传热介质出口连接电力补热器进口，电力补热器出口连接安放固体储热介质的储热罐进口，其中储热罐的热出口连接压力泵进口，压力泵出口连接换热蒸发器进口，其出口连接钠氯化物电池堆传热介质进口；钠氯化物电池堆出口连接三通阀进口端，三通阀出口端连接压力泵进口，压力泵出口连接槽式太阳能传热介质进口端，储热罐的冷出口连接三通阀一端，或同时联通钠氯化物电池堆，由此构成槽式太阳能热循环和互补储热系统热循环；换热蒸发器另一端配置朗肯蒸汽循环发电系统或超临界二氧化碳布雷顿动力发电系统；用于多能互补的风力发电机组为电力补热器和电力加热器提供电力，多余电力存储钠氯化物电池堆，或直接上网；1)所述传热介质为三元或四元低结晶点熔盐、或高温硅油，气化点不低于450度，结晶点在80度以下；2)所述固体储热介质选择废弃陶瓷、废弃玻璃、花岗岩、玄武岩、火成岩其中一种或混合物，经粉碎成颗粒块状；或金属冶炼产生的废渣如铝废渣、铜废渣、铁矿渣、钢渣、硅渣、金属切削渣，选择其中一种经加工制作成颗粒块料；或回收的具有较高导热系数的金属粉尘，经与高温水泥充分混合凝固后成为兼具比热容和导热系数良好的固体储热介质；固体储热介质放置在圆柱形金属网笼内，金属网笼根据使用数量有序安放在储热罐中，并采用金属框架加以固定；电力加热器设置在储热罐内；3)所述钠氯化物电池堆包括由集装箱体制作的带保温层的电池堆保温室，数量不等的钠氯化物电池组，设置在电池堆保温室内的传热管道和传热介质进出口以及电力引出线；钠氯化物电池组顺序排列并由固定装置固定在电池堆保温室内，电力引出线根据串并联要求依次连接各个电池组，通过电力绝缘出口引出室外；室内部署氮气通风进出管道，进出口分别连接每个电池组。上述钠氯化物电池组包括钠氯化物电池组外壳、数量不等的钠氯化物单体电池、U型阴极固定支架、中空的金属圆形固定端盖，阴极和阳极电极端子、绝缘套管，其特征在于：所述U型阴极固定支架顶部设紧固螺纹，支架底部安装散花弹簧，同时兼具电池组阴极引出线；为保证单体电池之间的安装距离和单体电池热膨胀安全，绝缘套管安装在相邻的单体电池之间的阴极U型支架之间，阴极U型支架同时穿过单电池托盘预留的固定穿孔，在位于最上层的钠氯化物单体电池阳极集流体之上覆盖中空的金属圆形固定端盖，将其用螺栓紧固，然后分别紧固阴极和阳极电极端子，最后装入钠氯化物电池组外壳内，构成完整的钠氯化物电池组；1)所述绝缘套管采用陶瓷或硼硅玻璃制作；2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.槽式太阳能钠氯化物电池储热蓄电发电装置包括槽式聚光阵列、传热介质、电力补热器、电力加热器、安放固体储热介质的储热罐、三通阀、换热器、钠氯化物电池堆，以及传热管道和传热介质压力泵，用于多能互补的风力发电机组；换热蒸发器、动力发电系统，其特征在于：槽式太阳能聚光阵列传热介质出口连接电力补热器进口，电力补热器出口连接安放固体储热介质的储热罐进口，其中储热罐的热出口连接压力泵进口，压力泵出口连接换热蒸发器进口，其出口连接钠氯化物电池堆传热介质进口；钠氯化物电池堆出口连接三通阀进口端，三通阀出口端连接压力泵进口，压力泵出口连接槽式太阳能传热介质进口端；储热罐的冷出口连接三通阀一端，或同时联通钠氯化物电池堆；由此构成槽式太阳能热循环和互补储热系统热循环；换热蒸发器另一端配置朗肯蒸汽循环发电系统或超临界二氧化碳布雷顿动力发电系统；用于多能互补的风力发电机组为电力补热器和电力加热器提供电力，多余电力存储钠氯化物电池堆，或直接上网；1)所述传热介质为三元或四元低结晶点熔盐、或高温硅油，气化点不低于450度，结晶点在80度以下；2)所述固体储热介质选择废弃陶瓷、废弃玻璃、花岗岩、玄武岩、火成岩其中一种或混合物，经粉碎成颗粒块状；或金属冶炼产生的废渣如铝废渣、铜废渣、铁矿渣、钢渣、硅渣、金属切削渣，选择其中一种经加工制作成颗粒块料；或回收的具有较高导热系数的金属粉尘，经与高温水泥充分混合凝固后成为兼具比热容和导热系数良好的固体储热介质；固体储热介质放置在圆柱型金属网笼内，金属网笼根据使用数量有序安放在储热罐中，并采用金属框架加以固定；电力加热器设置在储热罐内；3)所述钠氯化物电池堆包括由集装箱体制作的带保温层的电池堆保温室，数量不等的钠氯化物电池组，设置在电池堆保温室内的传热管道和传热介质进出口以及电力引出线；钠氯化物电池组顺序排列并由固定装置固定在电池堆保温室内，电力引出线根据串并联要求依次连接各个电池组，通过电力绝缘出口引出室外；室内部署氮气通风进出管道，进出口分别连接每个电池组。...
【技术特征摘要】
1.槽式太阳能钠氯化物电池储热蓄电发电装置包括槽式聚光阵列、传热介质、电力补热器、电力加热器、安放固体储热介质的储热罐、三通阀、换热器、钠氯化物电池堆，以及传热管道和传热介质压力泵，用于多能互补的风力发电机组；换热蒸发器、动力发电系统，其特征在于：槽式太阳能聚光阵列传热介质出口连接电力补热器进口，电力补热器出口连接安放固体储热介质的储热罐进口，其中储热罐的热出口连接压力泵进口，压力泵出口连接换热蒸发器进口，其出口连接钠氯化物电池堆传热介质进口；钠氯化物电池堆出口连接三通阀进口端，三通阀出口端连接压力泵进口，压力泵出口连接槽式太阳能传热介质进口端；储热罐的冷出口连接三通阀一端，或同时联通钠氯化物电池堆；由此构成槽式太阳能热循环和互补储热系统热循环；换热蒸发器另一端配置朗肯蒸汽循环发电系统或超临界二氧化碳布雷顿动力发电系统；用于多能互补的风力发电机组为电力补热器和电力加热器提供电力，多余电力存储钠氯化物电池堆，或直接上网；1)所述传热介质为三元或四元低结晶点熔盐、或高温硅油，气化点不低于450度，结晶点在80度以下；2)所述固体储热介质选择废弃陶瓷、废弃玻璃、花岗岩、玄武岩、火成岩其中一种或混合物，经粉碎成颗粒块状；或金属冶炼产生的废渣如铝废渣、铜废渣、铁矿渣、钢渣、硅渣、金属切削渣，选择其中一种经加工制作成颗粒块料；或回收的具有较高导热系数的金属粉尘，经与高温水泥充分混合凝固后成为兼具比热容和导热系数良好的固体储热介质；固体储热介质放置在圆柱型金属网笼内，金属网笼根据使用数量有序安放在储热罐中，并采用金属框架加以固定；电力加热器设置在储热罐内；3)所述钠氯化物电池堆包括由集装箱体制作的带保温层的电池堆保温室，数量不等的钠氯化物电池组，设置在电池堆保温室内的传热管道和传热介质进出口以及电力引出线；钠氯化物电池组顺序排列并由固定装置固定在电池堆保温室内，电力引出线根据串并联要求依次连接各个电池组，通过电力绝缘出口引出室外；室内部署氮气通风进出管道，进出口分别连接每个电池组。2.根据权利要求1槽式太阳能钠氯化物电池储热蓄电发电装置所述钠氯化物电池组包括钠氯化物电池组外壳、数量不等的钠氯化物单体电池、U型阴极固定支架、中空的金属圆形固定端盖，阴极和阳极电极端子、绝缘套管，其特征在于：所述U型阴极固定支架顶部设紧固螺纹，支架底部安装散花弹簧，同时兼具电池组阴极引出线；为保证单体电池之间的安装距离和单体电池热膨胀安全，绝缘套管安装在相邻的单体电池之间的阴极U型支架之间，阴极U型支架同时穿过单体电池托盘预留的固定穿孔，在位于最上层的钠氯化物单体电池阳极集流体之上覆盖中空的金属圆形固定端盖，将其用螺栓紧固，然后分别紧固阴极和阳极电极端子，最后装入钠氯化物电池组外壳内，构成完整的钠氯化物电池组；1)所述绝缘套管采用陶瓷或硼硅玻璃制作；2)所述钠氯化物电池组外壳选择金属材料、或陶瓷、或硼硅玻璃材料制作，成圆桶立柱形；钠氯化物电池组外壳桶壁两侧或设置氮气气体...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建城，
申请(专利权)人：张建城，
类型：发明
国别省市：河北,13
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