【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池系统，尤其涉及一种以空气或环境为热源以及利用水合盐的脱附/水合反应进行热能的储存与释放的新型卡诺电池系统及其使用方法。
技术介绍
1、能源的高效利用与储存是缓解环境日益恶化及能源危机等问题的有效途径。将可再生能源产生的电力进行转化和储存对“双碳”目标的推进具有重要意义。现有的电力储存技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能等。通过利用过余的电力进行蓄水和压缩空气并在需要用电时释放能量，可实现“移峰填谷”。然而，由于抽水蓄能和压缩空气储能对地理位置具有强依赖性，因此一定程度上限制了应用。当前可商用的电化学储能主要基于液流电池的充电过程，当需要用电时可以释放储存的电能。虽然液流电池使用灵活性较高，但高成本和短服役寿命是其致命缺陷。
2、卡诺电池是近年来提出的热泵储电技术，其原理是将电能先转化为热能并储存，再把热能转化为电力并网使用，且该技术在德国已经实现了小规模示范。卡诺电池系统主要包括三部分，用于接收电能并转化为热能的热泵循环，储热循环，和将热能转化为电力的热机循环。
3、现有卡诺电池系统的储能方式主要基于显热储热或潜热储热，即利用热能加热高压水、中低温相变材料或高温熔融盐。然而，显热储热和潜热储热的储能密度较小，当系统的储能容量需求达到兆瓦级别时，需要巨大的空间以布置热水罐或储热介质罐。不仅如此，显热储热和潜热储热方式高度依赖于环境，当外界温度较低时，尤其是冬季，储热系统的热损失将显著增加，导致系统实际效率和经济性大大降低。另外，当前的卡诺电池系统主要以低温热源，如地热能或工业余热
4、公开号为cn 115574309 a的专利技术专利，公开了一种卡诺电池的应用系统及应用方法，公开号为为cn 115095402 a的专利技术专利，公开了卡诺电池储能系统及使用方法以及公开号为cn 116608022 a的专利技术专利，公开了蒸汽循环型卡诺电池及其储能方法，该三种现有的专利为典型的基于显热储能的卡诺电池系统，其储热密度较小，且受环境温度影响大，存在热效率低的问题。公开号为cn 116247828 a的专利技术专利，公开了一种基于卡诺电池和地热能的储能系统，提出以地热能为低温热源驱动热泵循环，因此仅在特定的地理位置才能运行系统。公开号为cn 116526521 a的专利技术专利，公开了一种基于cao/caco3体系的热化学卡诺电池系统及方法，公开号为cn 116481365 a的专利技术专利，公开了一种基于热化学储能的卡诺电池系统及方法以及公开号为cn117293866a的专利技术专利，公开了一种绝热氢氧化钙/氧化钙卡诺电池及应用方法，虽然是利用热化学储能技术进行热能储存，但均以氢氧化钙或碳酸钙为热化学材料，由于钙基材料反应温度很高，且钙基材料转化率极低，难以直接作为储热介质，因此实际操作性较低；而高温热化学储能发电过程一般基于布雷顿循环，实际运行时难以维护。此外，以碳酸钙或氢氧化钙作为储热介质时，由于充热温度高(600～1000℃)，故需结合太阳能集热装置，如此，增加了储能系统的投资成本和复杂程度。文献“tafone a,pili r,pihl andersen m,romagnoli a.dynamic modelling of acompressed heat energy storage(chest)systemintegrated with a cascaded phasechange materials thermal energy storage.applied thermal engineering 2023；226:120256”中提出一种基于相变材料储热的卡诺电池系统，虽然相变材料储热密度相比水的显热较高，但储热密度仍有待提高，且热损失较大。
技术实现思路
1、有鉴于此，为解决现有技术中存在不足，一方面，本专利技术提供了一种卡诺电池系统，其基于水合盐吸附式热化学储热的、以空气或环境为热源的新型卡诺电池系统。其直接以外界空气为热源，既不需要增添集热装置，也无需考虑地缘因素，其利用水合盐的脱附/水合反应进行热能的储存与释放，因此该系统相比水或熔融盐的显热储热以及相变材料的潜热储热具有更高的储热密度。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案：
3、一种卡诺电池系统，包括依次相连通的热泵循环系统、热化学储热循环系统和有机朗肯发电循环系统；
4、所述热泵循环系统以空气或环境作为热源进行驱动，所述热化学储热循环系统基于水合盐的脱附/水合反应进行热能的储存与释放。
5、优选地，所述水合盐为cacl2·2h2o、k2co3·1.5h2o、srcl2·h2o、mgcl2·2h2o和mgso4·4h2o中的一种。
6、优选地，所述热泵循环系统使用的有机工质的沸点低于所述有机朗肯发电循环系统使用的有机工质的沸点。
7、优选地，所述热泵循环系统使用的有机工质为r134a。
8、优选地，所述有机朗肯发电循环系统使用的有机工质为r245fa。
9、优选地，所述卡诺电池系统在夏季工况下的往返效率ηrt为113.4％，效率ηex为78.3％，冬季工况下的往返效率ηrt为88.7％，效率ηex为83.4％。
10、另一方面，本专利技术还提供了上述卡诺电池系统的使用方法，包括储能阶段和释能阶段：
11、储能阶段，热泵循环系统中的有机工质在热泵循环系统的第一热交换器中吸收空气的热量后由空气输送系统送入的环境空气进行换热，有机工质经压缩机压缩后进一步升温升压，经热泵循环系统的第二热交换器换热后，经热泵循环系统的节流阀后发生等焓膨胀过程成为气液两相态；热化学储热循环系统中的传热流体在第二热交换器吸收有机工质的热量后升温，升温后的传热流体进入热化学储热循环系统中的吸附床反应器将热量传递给容置于吸附床反应器内的水合盐热化学材料进行脱附充热过程，而后在热化学储热循环系统中的循环泵的作用下再次进入第二热交换器中吸收有机工质的热量，解吸出的水蒸气直接进入热化学储热循环系统中的蒸发冷凝装置中冷凝并储存；
12、释能阶段，蒸发冷凝装置中产生的水蒸气经热化学储热循环系统中的压气机加压后送入吸附床反应器并与水合盐热化学材料发生水合反应释放热量，传热流体吸收反应热后升温，接着进入有机朗肯发电循环系统中的第三热交换器将热量传递给有机朗肯循环中的有机工质，随后，在循环泵作用下进入吸附床反应器继续吸收热量，有机朗肯发电循环系统中的有机工质在第三热交换器中吸收传热流体的热量后升温，然后进入有机朗肯发电循环系统中的透平机膨胀做功，输出功带动同轴相连的有机朗肯发电循环系统中的发电机，产生的电力经有机朗肯发电循环系统中的变压装置后并网使用；透平机出口产生的乏汽在有机朗肯发电循环系统中的冷凝器中冷凝成饱和液，最后在有机朗肯发电循环系统中的工质泵本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种卡诺电池系统，其特征在于，包括依次相连通的热泵循环系统、热化学储热循环系统和有机朗肯发电循环系统；
2.根据权利要求1所述的一种卡诺电池系统，其特征在于，所述水合盐为CaCl2·2H2O、K2CO3·1.5H2O、SrCl2·H2O、MgCl2·2H2O和MgSO4·4H2O中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种卡诺电池系统，其特征在于，所述热泵循环系统使用的有机工质的沸点低于所述有机朗肯发电循环系统使用的有机工质的沸点。
4.根据权利要求3所述的一种卡诺电池系统，其特征在于，所述热泵循环系统使用的有机工质为R134a。
5.根据权利要求3所述的一种卡诺电池系统，其特征在于，所述有机朗肯发电循环系统使用的有机工质为R245fa。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种卡诺电池系统，其特征在于，所述卡诺电池系统在夏季工况下的往返效率ηrt为113.4％，效率ηex为78.3％，冬季工况下的往返效率ηrt为88.7％，效率ηex为83.4％。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种卡诺电池系统的使用
...【技术特征摘要】
1.一种卡诺电池系统，其特征在于，包括依次相连通的热泵循环系统、热化学储热循环系统和有机朗肯发电循环系统；
2.根据权利要求1所述的一种卡诺电池系统，其特征在于，所述水合盐为cacl2·2h2o、k2co3·1.5h2o、srcl2·h2o、mgcl2·2h2o和mgso4·4h2o中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种卡诺电池系统，其特征在于，所述热泵循环系统使用的有机工质的沸点低于所述有机朗肯发电循环系统使用的有机工质的沸点。
4.根据权利要求3所述的一种卡诺电池系统，其...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。