CN106813402A - 中低温钙循环热化学储能装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中低温钙循环热化学储能装置及其方法，该装置包括太阳能集热装置、储能系统和发电系统，本发明Ca(OH)2/CaO热化学储能体系，通过热能与化学能之间的相互转换进行储能，当太阳辐照充足时，Ca(OH)2固体颗粒在太阳能产生的高温水蒸气进行吸热分解反应，将接受的热量以化学能的形式储存于分解产物CaO和H2O中；当释放热量时，在常压下CaO和H2O发生逆向热化学反应，将CaO和H2O中所储存的化学能逆转成热能并释放出来。本发明储能密度高、循环效率高、环境友好、结构简单、变工况灵活控制、应用。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，具体涉及一种中低温钙循环热化学储能装置及其方法。
背景技术
太阳能发电具有来源广、不污染环境等优点成为理想的替代能源。然而，由于太阳能具有间歇性、低密度、不稳定性、难以持续供应的特点，利用太阳能进行热发电仍有许多问题需要解决，其中如何实现太阳能高效、大规模的储存，保证太阳能发电持续供给是太阳能热发电的关键技术。在显热储能、潜热储能和热化学储能等主要的储热方式中，热化学储能具有储能密度高，反应温度高、长期储热损失小等显著优点，能有效地解决电能的转换、储存与再生。
目前，主要研究的几种化学反应储能体系包括：CaCO3/CaO体系、NH3合成分解体系、CH4/CO2和CH4/H2O重整体系、Ca(OH)2/CaO体系、Co3O4/CoO体系、MgH2/H2体系等。其中Ca(OH)2/CaO体系是较为理想的热化学储能体系，具有储能密度大（437kWh/m3）、无毒且安全性好、原料来源广泛且价廉、无副反应且常压反应温度高（450℃-510℃）的显著优点，因此Ca(OH)2/CaO体系用于太阳能高温热化学储能，能够很好的解决太阳能高温热电站发电连续高效运行的问题。国内目前对Ca(OH)2/CaO体系用于热化学储能的研究还处于起步阶段，尚没有相关的专利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种中低温钙循环热化学储能装置及其方法，有效地解决电能的转换、储存与再生问题。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：
一种中低温钙循环热化学储能装置，包括太阳能集热装置、储能系统和发电系统；
太阳能集热装置包括日光反射装置、太阳能吸收塔，日光反射装置设置在太阳能吸收塔的一侧，太阳能吸收塔用于吸收日光反射装置反射的日光；
储能系统包括顺次连接形成循环管路的水箱、给水泵、太阳能吸收塔、第一闸阀、反应器、第一换热器、水蒸气循环装置及压缩机，反应器的固体颗粒物料进口通过依次连接的磨机、第一换热器与Ca(OH)2储罐相连接，反应器的固体颗粒物料出口通过第二换热器与CaO储罐相连接；
发电系统包括顺次连接形成循环管路的给水泵、第二换热器、气化装置、第一闸阀、反应器、汽轮机、第一换热器，给水泵与水箱相连接，反应器的固体颗粒物料进口通过第一换热器与CaO储罐相连接，反应器的固体颗粒物料出口通过第二换热器与Ca(OH)2储罐相连接。
优选地，水蒸气循环装置包括第二换热器、第一闸阀、反应器及第一换热器。
优选地，气化装置包括加热器、第二闸阀、第三闸阀，加热器与第二闸阀顺次连接，第三闸阀与加热器及第二闸阀并联。
优选地，反应器采用双向中低温振动流化反应器，反应器内部设置有传送带，储能化学反应过程和释能化学反应过程在反应器中实现。
进一步优选地，反应器材质为314不锈钢材料。
优选地，第一换热器、第二换热器均为粉体换热器。
本发明采取的一种技术方案是：一种中低温钙循环热化学储能装置的储能方法，采用热化学储能体系为Ca(OH)2/CaO，通过热能与化学能之间的相互转换进行储能，分为储能阶段和释能阶段；
储能阶段，太阳辐射充足，水箱中的水通过给水泵流入太阳能吸收塔中，产生水蒸气，进入反应器使Ca(OH)2固体颗粒流态化并发生分解反应，随着分解反应深入，分解产物H2O在第一换热器预热后来的参与反应的Ca(OH)2固体颗粒，再通过压缩机压缩成液态水常温储存，分解产物CaO反应余热在第二换热器预热水蒸气；
释能阶段，太阳辐射不充足，H2O经过给水泵，加热器产生水蒸气，进入反应器使CaO流态化并与之发生合成反应，释放大量热量，结合水蒸气发电技术实现电力供应。
优选地，Ca(OH)2固体颗粒、CaO固体颗粒的输送均采用螺旋送料的方法。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明利用热化学可逆反应Ca(OH)2/CaO体系，实现热能再生，水蒸气在流程中作为换热介质、流化介质、反应介质，Ca(OH)2/CaO热化学储能体现结合现有水蒸气发电技术可实现在无阳光时的电能的持续电力供应，平滑太阳能热电站的功率曲线，同时有效利用Ca(OH)2/分解反应产物H2O反应余热，并利用蓄热器、换热器对系统中的热能回收利用，实现能量的综合梯级利用，储能系统效率得到显著提高；
2、本发明利用太阳能集热驱动可逆反应，接受的能量以化学能的形式储存在其分解产物CaO和H2O中，具有储能密度高、循环效率高、环境友好、结构简单、变工况灵活控制、应用可靠的特点，能够解决太阳能高温热电站发电连续高效运行的问题，可以广泛应用于太阳能中低温发电领域，也适用于其它类型电站的高温热能储存与再生；
3、本发明通过温度变化调控储/释能，即Ca(OH)2固体颗粒分解/合成反应；通过热能-化学能-热能这一能量转换利用概念，解决了时间或地点引起的用热不匹配和不均匀性导致低能源利用率。
附图说明
图1是本发明的总工作流程结构示意图；
图2是本发明的储能工作流程结构示意图；
图3是本发明的释能工作流程结构示意图；
其中：1、日光反射装置；2、太阳能吸收塔；3、第一换热器；4、反应器；5、第二换热器；6、CaO储罐；7、Ca(OH)2储罐；8、磨机；9、压缩机；10、水箱；11、给水泵；12、汽轮机；13、第一闸阀；14、加热器；15、第二闸阀；16、第三闸阀。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。图中黑色直线代表储能过程，短横虚线代表释能过程，圆点虚线代表气体，波浪线代表螺旋送料。
如附图1所示，本发明一种中低温钙循环热化学储能装置，包括太阳能集热装置、储能系统和发电系统；
太阳能集热装置包括日光反射装置1、太阳能吸收塔2，日光反射装置1设置在太阳能吸收塔2的一侧，太阳能吸收塔2用于吸收日光反射装置1反射的日光；
储能系统包括顺次连接形成循环管路的水箱10、给水泵11、太阳能吸收塔2、第一闸阀13、反应器4、第一换热器3、水蒸气循环装置及压缩机9，反应器4的固体颗粒物料进口通过依次连接的磨机8、第一换热器3与Ca(OH)2储罐7相连接，反应器4的固体颗粒物料出口通过第二换热器5与CaO储罐6相连接；
发电系统包括顺次连接形成循环管路的给水泵11、第二换热器5、气化装置、第一闸阀13、反应器4、汽轮机12、第一换热器3，11给水泵与水箱10相连接，反应器1的固体颗粒物料进口通过第一换热器3与CaO储罐6相连接，反应器4的固体颗粒物料出口通过第二换热器5与Ca(OH)2储罐7相连接。
在本实施例中，水蒸气循环装置包括第二换热器5、第一闸阀13、反应器4及第一换热器3。
在本实施例中，气化装置包括加热器14、第二闸阀15、第三闸阀16，加热器14与第二闸阀15顺次连接，第三闸阀16与加热器14及第二闸阀15并联。
在本实施例中，为了减少磨损与堵塞，反应器4采用双向中低温振动流化反应器，反应器4内部设置有传送带，其作用是促进固体颗粒充分流化，使固体颗粒与气体充分反应，储能化学反应过程和释能化学反应过程在反应器4中实现。
在本实施例中，考虑到中低温储能的特殊性对系统的安全性、可靠性、可维护型、工艺性等要求，反应器4材质为314不锈钢材料。
在本实施例中，第一换热器3、第二换热器5均为粉体换热器，其作用是反应余热的回收利用。
本发明中低温钙循环热化学储能装置的储能方法，采用热化学储能体系为Ca(OH)2/CaO，通过热能与化学能之间的相互转换进行储能，分为储能阶段和释能阶段；
储能阶段，太阳辐射充足，太阳光通过日光反射装置1，将太阳辐射热能在太阳能吸收塔2中通过空气集热，水箱10中的水通过给水泵11流入太阳能吸收塔2中，产生水蒸气，进入反应器4使Ca(OH)2固体颗粒流态化并发生分解反应，反应温度在450-510℃，随着分解反应深入，分解产物H2O在第一换热器3预热后来的参与反应的Ca(OH)2固体颗粒，再通过压缩机9压缩成液态水常温储存，为了充分利用反应余热，分解产物CaO反应余热在第二换热器5预热水蒸气；
释能阶段，太阳辐射不充足，初次释能发电时，打开第二闸阀，关闭第三闸阀，H2O经过给水泵，加热器产生水蒸气，进入反应器使CaO流态化并与之发生合成反应，释放大量热量，结合水蒸气发电技术实现电力供应。初次释能发电后，关闭第二闸阀15，打开第三闸阀16，利用合成产物Ca(OH)2固体颗粒反应余热在第二换热器加热水蒸气，不浪费反应余热，重复先前水蒸气流程。
在本实施例中，Ca(OH)2固体颗粒、CaO固体颗粒的输送均采用螺旋送料的方法，防止气体泄漏。
以上对本发明做了详尽的描述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种中低温钙循环热化学储能装置，其特征在于：包括太阳能集热装置、储能系统和发电系统；
所述太阳能集热装置包括日光反射装置、太阳能吸收塔，所述日光反射装置设置在所述太阳能吸收塔的一侧，所述太阳能吸收塔用于吸收所述日光反射装置反射的日光；
所述储能系统包括顺次连接形成循环管路的水箱、给水泵、太阳能吸收塔、第一闸阀、反应器、第一换热器、水蒸气循环装置及压缩机，所述反应器的固体颗粒物料进口通过依次连接的磨机、第一换热器与Ca(OH)2储罐相连接，所述反应器的固体颗粒物料出口通过第二换热器与CaO储罐相连接；
所述发电系统包括顺次连接形成循环管路的给水泵、第二换热器、气化装置、第一闸阀、反应器、汽轮机、第一换热器，所述给水泵与水箱相连接，所述反应器的固体颗粒物料进口通过第一换热器与CaO储罐相连接，所述反应器的固体颗粒物料出口通过第二换热器与Ca(OH)2储罐相连接。
2.根据权利要求1所述的中低温钙循环热化学储能装置，其特征在于：所述水蒸气循环装置包括第二换热器、第一闸阀、反应器及第一换热器。
3.根据权利要求1所述的中低温钙循环热化学储能装置，其特征在于：所述气化装置包括加热器、第二闸阀、第三闸阀，所述加热器与第二闸阀顺次连接，所述第三闸阀与所述加热器及第二闸阀并联。
4.根据权利要求1所述的中低温钙循环热化学储能装置，其特征在于：所述反应器采用双向中低温振动流化反应器，所述反应器内部设置有传送带，储能化学反应过程和释能化学反应过程在所述反应器中实现。
5.根据权利要求4所述的中低温钙循环热化学储能装置，其特征在于：所述反应器材质为314不锈钢材料。
6.根据权利要求1所述的中低温钙循环热化学储能装置，其特征在于：所述第一换热器、第二换热器均为粉体换热器。
7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的中低温钙循环热化学储能装置的储能方法，其特征在于：采用热化学储能体系为Ca(OH)2/CaO，通过热能与化学能之间的相互转换进行储能，分为储能阶段和释能阶段；
储能阶段，太阳辐射充足，水箱中的水通过给水泵流入太阳能吸收塔中，产生水蒸气，进入反应器使Ca(OH)2固体颗粒流态化并发生分解反应，随着分解反应深入，分解产物H2O在第一换热器预热后来的参与反应的Ca(OH)2固体颗粒，再通过压缩机压缩成液态水常温储存，分解产物CaO反应余热在第二换热器预热水蒸气；
释能阶段，太阳辐射不充足，H2O经过给水泵，加热器产生水蒸气，进入反应器使CaO流态化并与之发生合成反应，释放大量热量，结合水蒸气发电技术实现电力供应。
8.根据权利要求7所述的中低温钙循环热化学储能装置的储能方法，其特征在于：Ca(OH)2固体颗粒、CaO固体颗粒的输送均采用螺旋送料的方法。
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