CN110159499B - 一种基于钙基热化学储能体系的太阳能光热发电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于钙基热化学储能体系的太阳能光热发电系统及方法，该系统包括煅烧反应器、二氧化碳工业透平、二氧化碳压缩机、碳酸化反应器和二氧化碳发电透平。煅烧反应器的出口与二氧化碳工业透平的入口相连通，二氧化碳工业透平的出口与碳酸化反应器的气体入口相连通，碳酸化反应器的气体出口与二氧化碳发电透平的入口相连通，二氧化碳发电透平的出口与二氧化碳压缩机的入口相连通，二氧化碳压缩机的出口与碳酸化反应器的气体入口相连通。本发明将钙基热化学储能体系与太阳能光热发电相结合，能够实现对太阳能进行平稳持续的利用。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能利用技术领域，特别涉及一种基于钙基热化学储能体系的太阳能光热发电系统及方法。
背景技术
热化学储能主要是基于一种可逆的热化学反应，通过化学键的断裂重组实现能量的存储和释放，在储能反应中，储能材料吸收热量分解成两种物质单独储存，当需要供能时，两种物质充分接触发生反应，将储存的化学能转化为热能并释放出来。热化学储能密度和效率高，适用于太阳能热能的高温高密度储存。热化学储能的体积和重量储能密度远高于显热或者相变蓄热，储能载体可以在常温下长期储存，热化学储能通常可以得到高品位热能，大多数热化学储能载体安全、无毒、价格低廉，而且便于处理。其中，钙基热化学储能体系以其材料丰富便宜、能量密度大、易于工业应用等优点成为了热化学储能技术的首选。
太阳能具有清洁、取之不尽用之不竭等特点，但是存在时间分布不均问题，太阳能用于发电时一般都需要使用储能等技术。
在我国西北地区，太阳能资源丰富，因此，如果能够开发出一种新的系统，该系统可以将钙基热化学储能体系和太阳能光热发电进行有机的结合，会对太阳能光热发电带来巨大变化。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于钙基热化学储能体系的太阳能光热发电系统及方法，将钙基热化学储能体系与太阳能光热发电相结合，能够实现对太阳能进行平稳持续的利用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于钙基热化学储能体系的太阳能光热发电系统，包括煅烧反应器2，煅烧反应器2的气体出口与二氧化碳工业透平4入口相连通，二氧化碳工业透平4的出口与碳酸化反应器6的气体入口相连通，碳酸化反应器6的固体出口与煅烧反应器2入口相连通；
所述的煅烧反应器2的固体出口与碳酸化反应器6的固体入口相连通。
所述的碳酸化反应器6的气体出口与二氧化碳发电透平7的入口相连通，二氧化碳发电透平7的出口与二氧化碳压缩机5的入口相连通，二氧化碳压缩机5的出口与碳酸化反应器6的气体入口相连通。
所述的二氧化碳工业透平4拖动二氧化碳压缩机5。
所述的二氧化碳发电透平7拖动发电机8。
所述的煅烧反应器2对应位置设置有用于将太阳光聚焦于煅烧反应器2上的镜场1。
所述的煅烧反应器2气体出口与二氧化碳工业透平4入口之间设置有二氧化碳储罐3。
所述的煅烧反应器2固体出口与碳酸化反应器6固体入口之间设置有氧化钙料仓10。
所述的碳酸化反应器6的固体出口与煅烧反应器2的入口之间设置有碳酸钙料仓11。
所述的二氧化碳发电透平7出口与二氧化碳压缩机5入口之间设置有冷却器9。
一种基于钙基热化学储能体系的太阳能光热发电方法，包括以下步骤；
镜场1将太阳光聚集到煅烧反应器2上，碳酸钙在煅烧反应器2中受热分解，生成二氧化碳和氧化钙，二氧化碳进入二氧化碳储罐3，二氧化碳储罐3中的二氧化碳进入二氧化碳工业透平4中做功，二氧化碳工业透平4拖动二氧化碳压缩机5，做功后的二氧化碳进入碳酸化反应器6，煅烧反应器2中生成的氧化钙经过氧化钙料仓10后进入碳酸化反应器6，氧化钙和二氧化碳在碳酸化反应器6中发生反应，释放大量的热，加热未反应的二氧化碳，高温的未反应的二氧化碳进入二氧化碳发电透平7，二氧化碳发电透平7拖动发电机8发电，做功后的二氧化碳经过冷却器9冷却后进入二氧化碳压缩机5进行压缩，压缩后的二氧化碳与二氧化碳工业透平4出口的二氧化碳混合后进入碳酸化反应器6。在太阳辐照充足时，煅烧反应器2中煅烧碳酸钙的速度要快于碳酸化反应器6中生成碳酸钙的速度，所以，煅烧反应器2中煅烧碳酸钙生成的过量的氧化钙和二氧化碳会分别储存在氧化钙料仓10和二氧化碳储罐3中；
当没有太阳辐射时，储存在二氧化碳储罐3的二氧化碳继续进入二氧化碳工业透平4中做功，二氧化碳工业透平4拖动二氧化碳压缩机5，做功后的二氧化碳进入碳酸化反应器6。氧化钙料仓10中的氧化钙进入碳酸化反应器6与二氧化碳反应，释放大量的热，加热未反应的二氧化碳，高温的未反应的二氧化碳进入二氧化碳发电透平7，二氧化碳发电透平7拖动发电机8发电，做功后的二氧化碳经过冷却器9冷却后进入二氧化碳压缩机5进行压缩，压缩后的二氧化碳与二氧化碳工业透平4出口的二氧化碳混合后进入碳酸化反应器6，由于没有太阳辐射，煅烧反应器2不能工作，碳酸化反应器6中生成的碳酸钙储存在碳酸钙料仓11中。
本发明的有益效果：
本发明所述的基于钙基热化学储能体系的太阳能光热发电系统在具体工作时，通过煅烧反应器利用太阳能对碳酸钙进行加热，并将分解生成的二氧化碳和氧化钙储存起来。在太阳辐射不足时，将二氧化碳储罐中过剩的二氧化碳和氧化钙料仓中过剩的氧化钙继续送入碳酸化反应器中，连续稳定进行碳酸化反应，放出热量，加热未反应的二氧化碳，高温的未反应的二氧化碳进入二氧化碳发电透平做功，拖动发电机发电，从而实现钙基热化学储能体系和太阳能光热发电的有机结合。
另外，需要说明的是，本发明将二氧化碳作为储能反应工质和发电工质，减少了发电系统中介质和工质的种类，便于统筹管理。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
其中，1为镜场、2为煅烧反应器、3为二氧化碳储罐、4为二氧化碳工业透平、5为二氧化碳压缩机、6为碳酸化反应器、7为二氧化碳发电透平、8为发电机、9为冷却器、10为氧化钙料仓、11为碳酸钙料仓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参考图1，本发明所述的基于钙基热化学储能体系的太阳能光热发电系统，包括煅烧反应器2、二氧化碳工业透平4、二氧化碳压缩机5、碳酸化反应器6和二氧化碳发电透平7。煅烧反应器2的出口与二氧化碳工业透平4的入口相连通，二氧化碳工业透平4的出口与碳酸化反应器6的气体入口相连通，碳酸化反应器6的气体出口与二氧化碳发电透平7的入口相连通，二氧化碳发电透平7的出口与二氧化碳压缩机5的入口相连通，二氧化碳压缩机5的出口与碳酸化反应器6的气体入口相连通。
煅烧反应器2的固体出口与碳酸化反应器6的固体入口相连通。
碳酸化反应器6的固体出口与煅烧反应器2的固体入口相连通。
作为本发明的优选实施方式，本发明还包括设置在煅烧反应器2气体出口与二氧化碳工业透平4入口之间的二氧化碳储罐3，设置在煅烧反应器2固体出口与碳酸化反应器6固体入口之间的氧化钙料仓10，设置在碳酸化反应器6的固体出口与煅烧反应器2的入口之间的碳酸钙料仓11，设置在二氧化碳发电透平7出口与二氧化碳压缩机5入口之间的冷却器9。
优选的，煅烧反应器2的形式为回转窑反应器。
优选的，碳酸化反应器6的形式为流化床或移动床反应器。
镜场1将太阳光聚集到煅烧反应器2上，碳酸钙在煅烧反应器2中受热分解生成氧化钙和二氧化碳，其中，二氧化碳进入二氧化碳储罐3，二氧化碳储罐3中的二氧化碳进入二氧化碳工业透平4中做功，二氧化碳工业透平4拖动二氧化碳压缩机5，做功后的二氧化碳进入碳酸化反应器6，氧化钙进入氧化钙料仓10，氧化钙料仓10中的氧化钙进入碳酸化反应器6。氧化钙和二氧化碳在碳酸化反应器6中发生反应，生成碳酸钙，释放大量的热，加热未反应的二氧化碳，高温的未反应的二氧化碳进入二氧化碳发电透平7，二氧化碳发电透平7拖动发电机8发电，做功后的二氧化碳经过冷却器9冷却后进入二氧化碳压缩机5进行压缩，压缩后的二氧化碳与二氧化碳工业透平4出口的二氧化碳混合后进入碳酸化反应器6。碳酸化反应器6生成的碳酸钙进入碳酸钙料仓11，碳酸钙料仓11中的碳酸钙进入煅烧反应器2。
当太阳能辐照充足时，煅烧反应器2中煅烧碳酸钙的速度要快于碳酸化反应器6中生成碳酸钙的速度，所以，煅烧反应器2中煅烧碳酸钙生成的过量的氧化钙和二氧化碳会分别储存在氧化钙料仓10和二氧化碳储罐3中，将热能以化学能形式储存在氧化钙和二氧化碳中。
当太阳能辐照不足时，储存在二氧化碳储罐3的二氧化碳继续进入二氧化碳工业透平4中做功，二氧化碳工业透平4拖动二氧化碳压缩机5，做功后的二氧化碳进入碳酸化反应器6。储存在氧化钙料仓10中的氧化钙进入碳酸化反应器6与二氧化碳反应，释放大量的热，加热未反应的二氧化碳，高温的未反应的二氧化碳进入二氧化碳发电透平7，二氧化碳发电透平7拖动发电机8发电，做功后的二氧化碳经过冷却器9冷却后进入二氧化碳压缩机5进行压缩，压缩后的二氧化碳与二氧化碳工业透平4出口的二氧化碳混合后进入碳酸化反应器6。由于太阳能辐照不足，煅烧反应器2不能工作或煅烧速度比碳酸化反应器中生成碳酸钙的速度慢，碳酸化反应器6中生成的碳酸钙储存在碳酸钙料仓11中。
需要指出的是，上述实施例只为说明本发明的技术构思和特点，具体的实施方法，如二氧化碳工业透平4、二氧化碳发电透平7和碳酸化反应器6的类型等等仍可进行修改和改进，但都不会由此而背离权利要求书中所规定的本发明的范围和基本精神。
Claims (3)
1.一种基于钙基热化学储能体系的太阳能光热发电系统，其特征在于，包括煅烧反应器(2)，煅烧反应器(2)的气体出口与二氧化碳工业透平(4)入口相连通，二氧化碳工业透平(4)的出口与碳酸化反应器(6)的气体入口相连通，碳酸化反应器(6)的固体出口与煅烧反应器(2)入口相连通；
煅烧反应器(2)的固体出口与碳酸化反应器(6)的固体入口相连通；
碳酸化反应器(6)的气体出口与二氧化碳发电透平(7)的入口相连通，二氧化碳发电透平(7)的出口与二氧化碳压缩机(5)的入口相连通，二氧化碳压缩机(5)的出口与碳酸化反应器(6)的气体入口相连通；
所述的煅烧反应器(2)气体出口与二氧化碳工业透平(4)入口之间设置有二氧化碳储罐(3)；
所述的煅烧反应器(2)固体出口与碳酸化反应器(6)固体入口之间设置有氧化钙料仓(10)；
所述的碳酸化反应器(6)的固体出口与煅烧反应器(2)的入口之间设置有碳酸钙料仓(11)；
所述的二氧化碳发电透平(7)出口与二氧化碳压缩机(5)入口之间设置有冷却器(9)；
所述的煅烧反应器(2)对应位置设置有用于将太阳光聚焦于煅烧反应器(2)上的镜场(1)。
2.根据权利要求1所述的一种基于钙基热化学储能体系的太阳能光热发电系统的发电方法，其特征在于，包括以下步骤；
镜场(1)将太阳光聚集到煅烧反应器(2)上，碳酸钙在煅烧反应器(2)中受热分解生成氧化钙和二氧化碳，其中，二氧化碳进入二氧化碳储罐(3)，二氧化碳储罐(3)中的二氧化碳进入二氧化碳工业透平(4)中做功，二氧化碳工业透平(4)拖动二氧化碳压缩机(5)，做功后的二氧化碳进入碳酸化反应器(6)，氧化钙进入氧化钙料仓(10)，氧化钙料仓(10)中的氧化钙进入碳酸化反应器(6)，氧化钙和二氧化碳在碳酸化反应器(6)中发生反应，生成碳酸钙，释放大量的热，加热未反应的二氧化碳，高温的未反应的二氧化碳进入二氧化碳发电透平(7)，二氧化碳发电透平(7)拖动发电机(8)发电，做功后的二氧化碳经过冷却器(9)冷却后进入二氧化碳压缩机(5)进行压缩，压缩后的二氧化碳与二氧化碳工业透平(4)出口的二氧化碳混合后进入碳酸化反应器(6)，碳酸化反应器(6)生成的碳酸钙进入碳酸钙料仓(11)，碳酸钙料仓(11)中的碳酸钙进入煅烧反应器(2)。
3.根据权利要求2所述的一种基于钙基热化学储能体系的太阳能光热发电系统的发电方法，其特征在于，包括以下步骤；
当太阳能辐照充足时，煅烧反应器(2)中煅烧碳酸钙的速度要快于碳酸化反应器(6)中生成碳酸钙的速度，所以，煅烧反应器(2)中煅烧碳酸钙生成的过量的氧化钙和二氧化碳会分别储存在氧化钙料仓(10)和二氧化碳储罐(3)中，将热能以化学能形式储存在氧化钙和二氧化碳中；
当太阳能辐照不足时，储存在二氧化碳储罐(3)的二氧化碳继续进入二氧化碳工业透平(4)中做功，二氧化碳工业透平(4)拖动二氧化碳压缩机(5)，做功后的二氧化碳进入碳酸化反应器(6)，储存在氧化钙料仓(10)中的氧化钙进入碳酸化反应器(6)与二氧化碳反应，释放大量的热，加热未反应的二氧化碳，高温的未反应的二氧化碳进入二氧化碳发电透平(7)，二氧化碳发电透平(7)拖动发电机(8)发电，做功后的二氧化碳经过冷却器(9)冷却后进入二氧化碳压缩机(5)进行压缩，压缩后的二氧化碳与二氧化碳工业透平(4)出口的二氧化碳混合后进入碳酸化反应器(6)，由于太阳能辐照不足，煅烧反应器(2)不能工作或煅烧速度比碳酸化反应器中生成碳酸钙的速度慢，碳酸化反应器(6)中生成的碳酸钙储存在碳酸钙料仓(11)中。
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