CN111173580A - 一种基于金属燃料锂储能、燃烧、电解再生的发电系统 - Google Patents

Abstract

一种基于金属燃料锂储能、燃烧、电解再生的发电系统，包括碳酸锂电解装置，碳酸锂电解装置的阴极与锂燃料旋风燃烧器的燃料进口相连通，锂燃料旋风燃烧器的高温烟气出口与锂燃料锅炉的烟气进口相连通；锂燃料锅炉的烟气出口与锅炉烟气CO/CO2分离装置的进口相连通，烟气流经锅炉烟气CO/CO2分离装置后分别得到CO气体和CO2气体，CO2经循环管路与送入锂燃料旋风燃烧器的助燃剂输送管路相连通；锂燃料旋风燃烧器的助燃剂喷口与来自燃煤电站烟气CO2捕集装置的CO2相连通，两路CO2气体混合后与锂燃料旋风燃烧器的助燃剂喷口相连通；锂燃料锅炉连接动力循环转换装置。本发明具有能量密度高、绿色低碳无污染、储能周期长可实现永久储存、燃料循环再生无消耗的特点。

Description

一种基于金属燃料锂储能、燃烧、电解再生的发电系统

技术领域

本发明涉及先进储能技术领域，特别涉及一种基于金属燃料锂储能、燃烧、电解再生的发电系统。

背景技术

随着全球大气污染和气候变暖形势的日趋严峻，传统的以化石能源为主的发电系统将面临前所未有的压力和挑战。从世界范围来看，各国都在努力提高自身电力结构中可再生能源发电的比例。未来，世界能源领域的发展趋势必然是可再生能源逐步替代化石能源。然而，可再生能源由于自身的间歇性、不稳定性和不确定性等特点，严重阻碍了可再生能源发电的发展。未来要实现可再生能源替代化石能源，必须依赖大规模和长周期储能技术的发展和支撑。

目前，储能技术领域的研究十分活跃，各种储能技术迅猛发展，如抽水蓄能、压缩空气储能、锂电池储能、超级电容器储能、飞轮储能、储氢等。然而，现有的储能技术均不具备像传统化石能源能够进行全球贸易的属性。因此，需要开发出一种能够进行全球能源贸易的储能技术，从而使可再生能源发电在全世界范围内向更深、更广方向发展。

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金属燃料锂储能、燃烧、电解再生的发电系统，该系统具有能量密度高、绿色低碳无污染、储能周期长可实现永久储存、燃料循环再生无消耗的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于金属燃料锂储能、燃烧、电解再生的发电系统，包括碳酸锂电解装置1，碳酸锂电解装置1的阴极连通锂燃料旋风燃烧器2的燃料进口，将电化学反应产生的金属燃料锂送入锂燃料旋风燃烧器2，锂燃料旋风燃烧器2的高温烟气出口与锂燃料锅炉3的烟气进口相连通；锂燃料锅炉3的烟气出口与锅炉烟气CO/CO2分离装置4的进口相连通，烟气流经锅炉烟气CO/CO2分离装置4后分别得到CO气体和CO2气体，CO2经循环管路与锂燃料旋风燃烧器2的助燃剂喷口相连通；

所述的锂燃料旋风燃烧器2的助燃剂喷口还与来自燃煤电站烟气CO2捕集装置的CO2相连通；

所述的锂燃料锅炉3连接动力循环转换装置。

所述锂燃料旋风燃烧器2中，锂燃料燃烧后的产物碳酸锂通过循环管路与碳酸锂电解装置1的熔融电解液进口相连通。

所述的动力循环转换装置包括锂燃料锅炉3的工质进口与给水泵8的出口相连通，锂燃料锅炉3的工质出口与汽轮机5的进口相连通，汽轮机5与发电机6通过同轴连接，汽轮机5的工质出口与冷凝器7的工质进口相连通，冷凝器7的工质出口与给水泵8的工质进口相连通。

本发明的有益效果：

本发明所述的一种基于金属燃料锂储能、燃烧、电解再生的发电系统，具有如下优点：(1)锂燃料的能量密度高；(2)锂燃料中不含碳，且助燃剂为CO2，因此，该系统整个工作过程不产生污染物，并能够降低温室气体CO2的排放，是一种绿色低碳的发电技术；(3)通过电化学反应将可再生能源发电转化为金属燃料锂的化学能进行储存，具有储能周期长，可实现永久储存的优点；(4)锂燃料燃烧后，其燃烧产物通过电解再生可重新得到金属燃料锂，整个过程燃料循环再生、无消耗；(5)副产物CO是一种重要的化工和冶金原料，因此，该发电系统可同时实现热、电、CO多联产和CO2减排；(7)通过金属燃料锂进行储能，便于开展全球范围内的能源贸易。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为碳酸锂电解装置、2为锂燃料旋风燃烧器、3为锂燃料锅炉、4为锅炉烟气CO/CO2分离装置、5为汽轮机、6为发电机、7为冷凝器、8为给水泵。

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，本发明所述的一种基于金属燃料锂储能、燃烧、电解再生的发电系统包括碳酸锂电解装置1、锂燃料旋风燃烧器2、锂燃料锅炉3、锅炉烟气CO/CO2分离装置4、汽轮机5、发电机6、冷凝器7、给水泵8；

所述碳酸锂电解装置1所需要的电源由可再生能源发电提供，碳酸锂电解装置1的阴极通过电化学反应产生的金属燃料锂与锂燃料旋风燃烧器2的燃料进口相连通，锂燃料旋风燃烧器2的助燃剂喷口与来自燃煤电站烟气CO2捕集装置的CO2相连通；锂燃料旋风燃烧器2的高温烟气出口与锂燃料锅炉3的烟气进口相连通；锂燃料锅炉3的烟气出口与锅炉烟气CO/CO2分离装置4的进口相连通，烟气流经锅炉烟气CO/CO2分离装置4后分别得到CO气体和CO2气体，其中，CO作为一种重要的化工和冶金原料用作他用，而CO2经循环管路与送入锂燃料旋风燃烧器2的助燃剂输送管路相连通；

所述锂燃料锅炉3的工质进口与给水泵8的出口相连通，锂燃料锅炉3的工质出口与汽轮机5的进口相连通，汽轮机5与发电机6通过同轴连接，汽轮机5的工质出口与冷凝器7的工质进口相连通，冷凝器7的工质出口与给水泵8的工质进口相连通。

所述锂燃料旋风燃烧器2中，锂燃料燃烧后的产物碳酸锂通过循环管路与碳酸锂电解装置1的熔融电解液进口相连通。

该系统以碳酸锂为原料，当可再生能源发电过剩或富余时，通过电解装置对熔融的碳酸锂溶液进行电解，将可再生能源电力通过电化学反应转化成锂燃料的化学能进行储存。当电网中可再生能源发电不足时，通过锅炉燃烧装置和动力循环转换装置将锂燃料的化学能转化成电能，用以补充可再生能源发电的不足。

本发明的具体工作工程为：

当全球范围内某一地区某一时段电网系统中可再生能源发电富余时，利用电解装置将熔融的碳酸锂通过电化学反应转换为金属燃料锂，从而将可再生能源发电转换成金属燃料锂的化学能进行储存。金属燃料锂具有能量密度高，且易于储存和运输等优点，可以像传统化石能源那样进行全球范围内的能源贸易。当全球范围内某一区域某一时段电网系统中可再生能源发电不足时，可通过开展全球能源贸易获得金属燃料锂，然后利用锅炉燃烧装置和动力循环转换装置将金属燃料锂的化学能转换成电能，用以补充电网系统中可再生能源发电的不足。金属燃料锂燃烧后的燃烧产物碳酸锂通过捕集和回收，通过开展全球范围内的能源贸易输送到全球范围内可再生能源发电富余的地区，然后再利用电解装置将熔融的碳酸锂通过电化学反应转换为金属燃料锂，从而将可再生能源发电转换成金属燃料锂的化学能进行储存，从而实现循环利用。

在本发明中，动力循环转换装置是以简单的蒸汽朗肯循环为例进行说明的，主要是为了便于清楚地阐述本发明的主要思想。由于动力循环装置本身并不是本发明的核心和主要创新所在，其他复杂形式的蒸汽朗肯循环系统或者是其他工质的动力循环系统均可用于本发明中的动力循环转换装置。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于金属燃料锂储能、燃烧、电解再生的发电系统，其特征在于，包括碳酸锂电解装置(1)，碳酸锂电解装置(1)的阴极连通锂燃料旋风燃烧器(2)的燃料进口，将电化学反应产生的金属燃料锂送入锂燃料旋风燃烧器(2)，锂燃料旋风燃烧器(2)的高温烟气出口与锂燃料锅炉(3)的烟气进口相连通；锂燃料锅炉(3)的烟气出口与锅炉烟气CO/CO2分离装置(4)的进口相连通，烟气流经锅炉烟气CO/CO2分离装置(4)后分别得到CO气体和CO2气体，CO2经循环管路与锂燃料旋风燃烧器(2)的助燃剂喷口相连通；

所述的锂燃料旋风燃烧器(2)的助燃剂喷口还与来自燃煤电站烟气CO2捕集装置的CO2相连通；

所述的锂燃料锅炉(3)连接动力循环转换装置。

2.根据权利要求1所述的一种基于金属燃料锂储能、燃烧、电解再生的发电系统，其特征在于，所述锂燃料旋风燃烧器(2)中，锂燃料燃烧后的产物碳酸锂通过循环管路与碳酸锂电解装置(1)的熔融电解液进口相连通。

3.根据权利要求1所述的一种基于金属燃料锂储能、燃烧、电解再生的发电系统，其特征在于，所述的动力循环转换装置包括锂燃料锅炉(3)的工质进口与给水泵(8)的出口相连通，锂燃料锅炉(3)的工质出口与汽轮机(5)的进口相连通，汽轮机(5)与发电机(6)通过同轴连接，汽轮机(5)的工质出口与冷凝器(7)的工质进口相连通，冷凝器(7)的工质出口与给水泵(8)的工质进口相连通。

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