CN111895836A - 一种热化学储能与显热储能联合储能系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热化学储能与显热储能联合储能系统及方法，该系统包括吸热器、工业透平、压缩机和放热器，吸热器的气体出口与工业透平的入口相连通，工业透平的出口与放热器的气体入口相连通，放热器的气体出口与压缩机的入口相连通，压缩机的出口与吸热器的入口相连通。吸热器的固体出口与放热器的固体入口相连通，放热器的固体出口与吸热气的固体入口相连通，在吸热气气体出口与工业透平入口之间设置有高温气体储罐，吸热气固体出口与放热器固体入口之间设置有高温料仓，放热器的固体出口与吸热器的入口之间设置有低温料仓，放热器气体出口与压缩机入口之间设置有冷却器。本发明将热化学储能与显热储能相结合，实现对热能的高效存储和利用。

Description

一种热化学储能与显热储能联合储能系统及方法
技术领域
本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种热化学储能与显热储能联合储能系统及方法。
背景技术
显热储能是通过储能介质温度的变化实现能量的存储，加热储能介质提高其温度，从而将热能储存其中，主要的储能介质有高温混凝土、高温熔盐等，显热储能是目前太阳能热发电领域技术成熟度最高、应用最广泛的储能形式，是主流的太阳能热发电储能技术。
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。
显热储能技术简单，储能密度低，热化学储能储能密度高，但是技术复杂，因此，如果能够开发出一种新的系统，将显热储能和热化学储能进行结合，会大大提高储能密度，降低技术复杂度。
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热化学储能与显热储能联合储能系统及方法，将热化学储能与显热储能相结合，能够实现对热能的高效存储和利用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种热化学储能与显热储能联合储能系统，包括吸热器1，吸热器1的气体出口与工业透平4入口相连通，工业透平4的出口与放热器6的气体入口相连通，放热器6的固体出口与吸热器1的固体入口相连通；所述的吸热器1的固体出口与放热器6的固体入口相连通；所述的放热器6的气体出口与压缩机5的入口相连通，压缩机5的出口与吸热器1的入口相连通；所述的工业透平4拖动压缩机5。
所述的吸热器1气体出口与工业透平4入口之间设置有高压气体储罐3。
所述的吸热器1固体出口与放热器6固体入口之间设置有高温料仓2。
所述的放热器6的固体出口与吸热器1的固体入口之间设置有低温料仓9。
所述的放热器6气体出口与压缩机5入口之间设置有冷却器7。
所述的压缩机5出口与吸热器1入口之间设置有高压气体储罐8。
所述的一种热化学储能与显热联合储能系统的储能方法，
氮气夹带着氢氧化钙和储热颗粒进入吸热器1中，在吸热器1中吸热，其中氢氧化钙受热分解生成水蒸气和氧化钙，储热颗粒受热升温，氧化钙和储热颗粒进入高温料仓2，氮气和水蒸气进入高温气体储罐3，高温气体储罐3中的高温氮气和水蒸气在工业透平4中做功，工业透平4拖动压缩机5运行，做功后的氮气和水蒸气进入放热器6，高温料仓2中的氧化钙和储热颗粒进入放热器6，水蒸气和氧化钙发生反应生成氢氧化钙，释放出热量，高温的储热颗粒释放出潜热，释放热量后，氢氧化钙和储热颗粒进入低温料仓9；氮气不参与反应，从放热器6上部经过冷却器7冷却后，进入压缩机5进行压缩，压缩后进入高压气体储罐8进行存储，高压气体储罐8中的高压氮气夹带低温料仓9中的氢氧化钙和储热颗粒进入吸热器1，氢氧化钙吸热分解，储热颗粒吸热升温，完成循环。
当热量输入较大时，吸热器1中氢氧化钙受热分解的吸热速率以及储热颗粒受热升温的吸热速率之和，大于放热器6中氧化钙与水蒸气反应的放热速率以及储热颗粒释放潜热的放热速率之和，过量的氧化钙和储热颗粒存储在高温料仓2中，过量的水蒸气和氮气存储在高温气体储罐3中；
当没有热量输入时，储存在高温气体储罐3的氮气和水蒸气继续进入工业透平4中做功，工业透平4拖动压缩机5运行，做功后的氮气和水蒸气进入放热器6，高温料仓2中储存的氧化钙和储热颗粒进入放热器6，水蒸气和氧化钙发生反应生成氢氧化钙，释放出热量，高温的储热颗粒释放出潜热，释放热量后，氢氧化钙和储热颗粒进入低温料仓9。氮气不参与反应，从放热器6上部经过冷却器7冷却后，进入压缩机5进行压缩，压缩后进入高压气体储罐8进行存储，由于没有热量输入，吸热器1不能工作，氢氧化钙和储热颗粒在低温料仓9中存储，高压的氮气在高压气体储罐8中存储。
本发明的有益效果：
本发明所述的热化学储能与显热储能联合储能系统在具体工作时，通过吸热器对氢氧化钙和储热颗粒进行加热，并将分解生成的氧化钙和高温的储热颗粒储存起来。在太阳辐射不足时，将高温气体储罐中过剩的水蒸气和高温料仓中过剩的氧化钙和储热颗粒继续送入放热器中，水蒸气和氧化钙进行化合反应，高温储热颗粒释放出显热，从而实现热化学储能与显热储能的有机结合。
此外，储能颗粒掺杂在氧化钙和氢氧化钙中，可以有效的缓解氧化钙和氢氧化钙的结块，提高氧化钙和氢氧化钙的循环效率。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
其中，1为吸热器、2为高温料仓、3为高温气体储罐、4为工业透平、5为压缩机、6为放热器、7为冷却器、8为高压气体储罐、9为低温料仓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种热化学储能与显热储能联合储能系统，包括吸热器1、工业透平4、压缩机5和放热器6。吸热器1的气体出口与工业透平4的入口相连通，工业透平4的出口与放热器6的气体入口相连通，放热器6的气体出口与压缩机5的入口相连通，压缩机5的出口与吸热器1的入口相连通。
吸热器1的固体出口与放热器6的固体入口相连通。
放热器6的固体出口与吸热器1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吸热器1气体出口与工业透平4入口之间的高温气体储罐3，设置在吸热器1固体出口与放热器6固体入口之间的高温料仓2，设置在放热器6的固体出口与吸热器1的入口之间的低温料仓9，设置在放热器6气体出口与压缩机5入口之间的冷却器7，设置在压缩机5出口与吸热器1入口之间的高压气体储罐8。
优选的，吸热器1的形式为流化床，操作温度为600-700℃。
优选的，放热器6的形式为流化床或移动床反应器，操作温度为500-600℃。
优选的，氢氧化钙和储热颗粒的质量比为1:1。
优选的，储热颗粒为碳化硅颗粒。
如图1所示，本发明一种热化学储能与显热储能联合储能系统的储能方法，氮气夹带着氢氧化钙和储热颗粒进入吸热器1中，在吸热器1中吸热，其中氢氧化钙受热分解生成水蒸气和氧化钙，储热颗粒受热升温，氧化钙和储热颗粒进入高温料仓2，氮气和水蒸气进入高温气体储罐3，高温气体储罐3中的高温氮气和水蒸气在工业透平4中做功，工业透平4拖动压缩机5运行，做功后的氮气和水蒸气进入放热器6，高温料仓2中的氧化钙和储热颗粒进入放热器6，水蒸气和氧化钙发生反应生成氢氧化钙，释放出热量，高温的储热颗粒释放出潜热，释放热量后，氢氧化钙和储热颗粒进入低温料仓9。氮气不参与反应，从放热器6上部经过冷却器7冷却后，进入压缩机5进行压缩，压缩后进入高压气体储罐8进行存储，高压气体储罐8中的高压氮气夹带低温料仓9中的氢氧化钙和储热颗粒进入吸热器1，氢氧化钙吸热分解，储热颗粒吸热升温，完成循环。
当热量输入较大时，吸热器1中氢氧化钙受热分解的吸热速率以及储热颗粒受热升温的吸热速率之和，大于放热器6中氧化钙与水蒸气反应的放热速率以及储热颗粒释放潜热的放热速率之和，过量的氧化钙和储热颗粒存储在高温料仓2中，过量的水蒸气和氮气存储在高温气体储罐3中。
当没有热量输入时，储存在高温气体储罐3的氮气和水蒸气继续进入工业透平4中做功，工业透平4拖动压缩机5，做功后的氮气和水蒸气进入放热器6，高温料仓2中储存的氧化钙和储热颗粒进入放热器6，水蒸气和氧化钙发生反应生成氢氧化钙，释放出热量，高温的储热颗粒释放出潜热，释放热量后，氢氧化钙和储热颗粒进入低温料仓9。氮气不参与反应，从放热器6上部经过冷却器7冷却后，进入压缩机5进行压缩，压缩后进入高压气体储罐8进行存储，由于没有热量输入，吸热器1不能工作，氢氧化钙和储热颗粒在低温料仓9中存储，高压的氮气在高压气体储罐8中存储。
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，如吸热器1、工业透平4、放热器6的类型，以及吸热器1和放热器6的操作温度和氢氧化钙与储热颗粒的质量比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 (8)

1.一种热化学储能与显热储能联合储能系统，其特征在于，包括吸热器(1)，吸热器(1)的气体出口与工业透平(4)入口相连通，工业透平(4)的出口与放热器(6)的气体入口相连通，放热器(6)的固体出口与吸热器(1)的固体入口相连通，吸热器(1)的固体出口与放热器(6)的固体入口相连通，放热器(6)的气体出口与压缩机(5)的入口相连通，压缩机(5)的出口与吸热器(1)的入口相连通，工业透平(4)拖动压缩机(5)。
2.根据权利要求1所述的一种热化学储能与显热储能联合储能系统，其特征在于，所述的吸热器(1)气体出口与工业透平(4)入口之间设置有高压气体储罐(3)。
3.根据权利要求1所述的一种热化学储能与显热储能联合储能系统，其特征在于，所述的吸热器(1)固体出口与放热器(6)固体入口之间设置有高温料仓(2)。
4.根据权利要求1所述的一种热化学储能与显热储能联合储能系统，其特征在于，所述的放热器(6)的固体出口与吸热器(1)的固体入口之间设置有低温料仓(9)。
5.根据权利要求1所述的一种热化学储能与显热储能联合储能系统，其特征在于，所述的放热器(6)气体出口与压缩机(5)入口之间设置有冷却器(7)。
6.根据权利要求1所述的一种热化学储能与显热储能联合储能系统，其特征在于，所述的压缩机(5)出口与吸热器(1)入口之间设置有高压气体储罐(8)。
7.采用权利要求1至6任一项所述的一种热化学储能与显热储能联合储能系统的储能方法，其特征在于，
氮气夹带着氢氧化钙和储热颗粒进入吸热器(1)中，在吸热器(1)中吸热，其中氢氧化钙受热分解生成水蒸气和氧化钙，储热颗粒受热升温，氧化钙和储热颗粒进入高温料仓(2)，氮气和水蒸气进入高温气体储罐(3)，高温气体储罐(3)中的高温氮气和水蒸气在工业透平(4)中做功，工业透平(4)拖动压缩机(5)运行，做功后的氮气和水蒸气进入放热器(6)，高温料仓(2)中的氧化钙和储热颗粒进入放热器(6)，水蒸气和氧化钙发生反应生成氢氧化钙，释放出热量，高温的储热颗粒释放出潜热，释放热量后，氢氧化钙和储热颗粒进入低温料仓(9)；氮气不参与反应，从放热器(6)上部经过冷却器(7)冷却后，进入压缩机(5)进行压缩，压缩后进入高压气体储罐(8)进行存储，高压气体储罐(8)中的高压氮气夹带低温料仓(9)中的氢氧化钙和储热颗粒进入吸热器(1)，氢氧化钙吸热分解，储热颗粒吸热升温，完成循环。
8.根据权利要求7所述的储能方法，其特征在于，
当热量输入较大时，吸热器(1)中氢氧化钙受热分解的吸热速率以及储热颗粒受热升温的吸热速率之和，大于放热器(6)中氧化钙与水蒸气反应的放热速率以及储热颗粒释放潜热的放热速率之和，过量的氧化钙和储热颗粒存储在高温料仓(2)中，过量的水蒸气和氮气存储在高温气体储罐(3)中；
当没有热量输入时，储存在高温气体储罐(3)的氮气和水蒸气继续进入工业透平(4)中做功，工业透平(4)拖动压缩机(5)运行，做功后的氮气和水蒸气进入放热器(6)，高温料仓(2)中储存的氧化钙和储热颗粒进入放热器(6)，水蒸气和氧化钙发生反应生成氢氧化钙，释放出热量，高温的储热颗粒释放出潜热，释放热量后，氢氧化钙和储热颗粒进入低温料仓(9)；氮气不参与反应，从放热器(6)上部经过冷却器(7)冷却后，进入压缩机(5)进行压缩，压缩后进入高压气体储罐(8)进行存储，由于没有热量输入，吸热器(1)不能工作，氢氧化钙和储热颗粒在低温料仓(9)中存储，高压的氮气在高压气体储罐(8)中存储。
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CN115451743A (zh) * 2022-09-09 2022-12-09 南京航空航天大学 一种热化学梯级储能系统及方法
CN116146960A (zh) * 2021-11-23 2023-05-23 洛阳瑞昌环境工程有限公司 一种热化学蓄热储能系统及储能方法

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