CN106595082A

CN106595082A - 一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置

Info

Publication number: CN106595082A
Application number: CN201611071450.5A
Authority: CN
Inventors: 李志念; 叶建华; 蒋利军; 王树茂; 刘晓鹏; 袁宝龙; 郭秀梅; 卢淼
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2017-04-26

Abstract

本发明公开了一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置，属于储热技术领域。该装置由储热罐、配对用储氢罐、换热介质管路、流体截止阀、循环水管路、循环水截止阀、氢气管路、氢气截止阀和氢气流量控制仪组成，储热罐内装填金属氢化物储热材料。该储热装置利用金属氢化物储热材料在吸/放氢过程中巨大的热效应实现热量的循环释放/储存，具有储热密度高、储热成本低、使用寿命长、对管道无腐蚀性等显著特点。

Description

一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置

技术领域

本发明属于储热技术领域，涉及一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置。

背景技术

近年来，太阳能光热发电技术发展迅速，由于光热发电具有电力品质高、易于电网消纳和可控性好等优势，在国际国内都受到了广泛重视。储热系统是太阳能光热技术的重要组成部分，通过储热系统的集成，可以实现大容量的热量存储，在需要能量时再平稳地释放热量以供发电，从而有效地解决太阳能间歇性吸收带来的电力输出波动，使其提供的电力具有可调度、可调节、可持续平稳输出的优点。储热系统的性能直接决定了发电系统的效率，目前常用的熔融盐储热材料仍存在着储热密度相对较低、成本相对较高、使用寿命不理想及对管道的腐蚀性等技术问题。因此，开发新型高性能储热材料是实现高效、规模化、低成本太阳能光热发电技术的关键。

金属氢化物材料具有储氢和储热双重功能，在氢化反应的同时将释放大量的热，相比传统熔融盐储热材料200～400kJ/kg的储热量，其储热密度可达2MJ/kg以上，将其应用于太阳能光热发电储热系统，可大大提高储热系统的储热密度。白天储热材料吸收多余的热量而释放氢气，由配对用储氢罐吸收，夜晚储氢罐放氢，储热材料吸氢而释放大量的热量，补充太阳能光热发电的能量空缺，在太阳能热电站中形成可循环的热量储存-释放系统，从而实现热电站的连续发电。

发明内容

本发明针对现有太阳能光热发电储热系统的不足，提供了一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置，其特征在于，该储热装置由储热罐、换热介质管路、流体截止阀、配对用储氢罐、循环水管路、循环水截止阀、氢气管路、氢气流量控制仪、氢气截止阀组成，储热罐通过换热介质管路与太阳能光电发热系统相连，换热介质管路上设有流量截止阀；储热罐通过氢气管路与配对用储氢罐相连，其中氢气管路上设有氢气流量控制仪和氢气截止阀；配对用储氢罐通过循环水管路与循环水系统相连，循环水管路上设有循化水截止阀；所述储热罐由多只储热列管组成，储热列管内装填金属氢化物储热材料，列管间充入换热介质，换热介质为导热油或熔融盐；所述配对用储氢罐为气态储氢罐或装填储氢材料的固态储氢罐。

所述金属氢化物储热材料为镁基合金的氢化物，其中，镁基合金由金属镁、过渡金属和稀土金属组成，镁占金属总质量的60～90％；过渡金属为Ni、Co、Cu、Fe、Ti、V中的一种或一种以上，共占金属总质量的5～20％；稀土金属为La、Ce、Pr、Nd、Y中的一种或一种以上，共占金属总质量的5～20％。

所述配对用储氢罐为装填储氢材料的固态储氢罐时，由一只或多只储氢列管组成，储氢列管内装填储氢材料，列管间充入循环水，其中，储氢材料为稀土系AB₅型储氢合金、钛铁系AB型储氢合金、钛锰系AB₂型储氢合金中的一种。

当系统热量充裕时，储热罐内的储热材料在300～550℃条件下，在换热介质的加热作用下放氢吸收多余的热量，实现热量储存，释放的氢气由配对用储氢罐吸收；当系统热量不足时，储热罐内的储热材料在150～450℃条件下，从配对用储氢罐吸氢，释放出大量的热量，补充系统的能量空缺，形成可循环的热量储存-释放系统，实现光热电站的连续发电。

本发明的有益效果为：

该储热装置利用金属氢化物储热材料在吸/放氢过程中巨大的热效应实现热量的循环释放/储存，具有储热密度高、储热成本低、使用寿命长、对管道无腐蚀性等显著特点。

附图说明

图1是实施例1提供的一种太阳能光热发电用储热装置的结构示意图；

图2是实施例1中金属氢化物储热装置的放热曲线；

图3是实施例2提供的一种太阳能光热发电用储热装置的结构示意图；

图4是实施例2中金属氢化物储热装置的放热曲线。

具体实施方式

本发明提供了一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明不局限于下面的实施例。

实施例1

一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置结构示意图如图1所示，该装置由储热罐1、换热介质管路2、流体截止阀3、配对用储氢罐4、循环水管路5、循环水截止阀6、氢气管路7、氢气流量控制仪8、氢气截止阀9组成。储热罐1 通过换热介质管路2与太阳能光电发热系统相连，换热介质管路2上设有流量截止阀3；储热罐1通过氢气管路7与配对用储氢罐4相连，其中氢气管路7上设有氢气流量控制仪8和氢气截止阀9；配对用储氢罐4通过循环水管路5与循环水系统相连，循环水管路5上设有循化水截止阀6。储热罐1的外径为1200mm，长度为4000mm，内部为列管结构，列管外径150mm，长3600mm，列管内共装填镁基储热材料660kg，其成分为Mg：70wt％，Ti：15wt％，La：15wt％。列管间充入导热油，导热油通过换热介质管路2与太阳能光热发电系统实现热量的交换。配对用储氢罐4外径为700mm，长度为4000mm，储氢罐4内装填稀土系AB₅型储氢合金，其化学式为LaNi_4.7Mn_0.3，储热罐4外带有换热水夹套，通过循环水管路5与光热发电系统的余热水连接，实现余热的利用。储热罐1放热时，开启与储热罐1连接的流体截止阀3和与配对用储氢罐连接的循环水截止阀6，打开氢气截止阀9，通过氢气流量控制仪8将氢气流量设定为2000L/min，此时，氢气通过氢气管路7由配对用储氢罐4流向储热罐1，储热罐1内的储热材料吸氢放热，其释放的热量将导热油加热，通过换热介质管路2输入光热发电系统，光热发电系统通过其换热塔进行热量的交换后，其余热水通过循环水管路5进入配对用储氢罐4，对配对用储氢罐加热，使配对用储氢罐4可以较高的速率对储热罐1供氢，从而使储热罐1对光热发电系统持续供热。图2所示为储热罐1的放热速度和储热容量曲线，储热罐1的放热速度为4.69～8.06MJ/min，放热190min的总储热容量达1080MJ，对应储热材料的储热密度达1.64MJ/kg。

实施例2

一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置结构示意图如图3所示，该金属氢化物储热装置由储热罐1、换热介质管路2、流体截止阀3、配对用储氢罐4、氢气管路5、氢气流量控制仪6、氢气截止阀7组成。储热罐1通过换热介质管2路与太阳能光电发热系统相连，换热介质管路2上设有流量截止阀3；储热罐1通过氢气管路5与配对用储氢罐4相连，其中氢气管路5上设有氢气流量控制仪6和氢气截止阀7。储热罐1的外径为200mm，长度为4000mm，内部为1根储热单管，储热单管外径150mm，长3600mm，装填镁基储热材料35kg，其成分为Mg：80wt％，Ni：15wt％，Y：5wt％。储热单管与储热罐间隙内充入导热油，导热油通过换热介质管路2与太阳能光热发电系统实现热量的交换。配对用储氢罐4为外径900mm，长度为4000mm气态储氢罐。储热罐1放热时，开启与储热罐1连接的流体截止阀3，打开氢气截止阀7，通过氢气流量控制仪6将氢气流量设定为200L/min，此时，氢气通过氢气管路5由配对用储氢罐4流向储热罐1，储热罐1内的储热材料吸氢放热，其释放的热量将导热油加热，通过换热介质管路2输入光热发电系统。图4所示为储热罐1的放热速度和储热容量曲线，可见，储热罐1的放热速度为580～690kJ/min，放热80min的储热容量达52MJ，对应储热材料的储热密度达1.5MJ/kg。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置，由储热罐、换热介质管路、流体截止阀、配对用储氢罐、循环水管路、循环水截止阀、氢气管路、氢气流量控制仪、氢气截止阀组成，其特征在于，储热罐通过换热介质管路与太阳能光电发热系统相连，换热介质管路上设有流量截止阀；储热罐通过氢气管路与配对用储氢罐相连，其中氢气管路上设有氢气流量控制仪和氢气截止阀；配对用储氢罐通过循环水管路与循环水系统相连，循环水管路上设有循化水截止阀；所述储热罐由多只储热列管组成，储热列管内装填金属氢化物储热材料，列管间充入换热介质，换热介质为导热油或熔融盐；所述配对用储氢罐为气态储氢罐或装填储氢材料的固态储氢罐。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置，其特征在于，所述金属氢化物储热材料为镁基合金的氢化物，其中，镁基合金由金属镁、过渡金属和稀土金属组成，镁占金属总质量的60～90％；过渡金属为Ni、Co、Cu、Fe、Ti、V中的一种或一种以上，共占金属总质量的5～20％；稀土金属为La、Ce、Pr、Nd、Y中的一种或一种以上，共占金属总质量的5～20％。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置，其特征在于，所述配对用储氢罐为装填储氢材料的固态储氢罐时，由一只或多只储氢列管组成，储氢列管内装填储氢材料，列管间充入循环水，其中，储氢材料为稀土系AB₅型储氢合金、钛铁系AB型储氢合金、钛锰系AB₂型储氢合金中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置，其特征在于，当系统热量充裕时，储热罐内的储热材料在300～550℃条件下，在换热介质的加热作用下放氢吸收多余的热量，实现热量储存，释放的氢气由配对用储氢罐吸收；当系统热量不足时，储热罐内的储热材料在150～450℃条件下，从配对用储氢罐吸氢，释放出大量的热量，补充系统的能量空缺，形成可循环的热量储存-释放系统，实现光热电站的连续发电。