CN113701369B - 一种直接式氢氧化钙热化学储能系统及储能方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直接式氢氧化钙热化学储能系统及储能方法,包括太阳能集热装置、热化学储能装置、蒸汽朗肯发电装置和辅助装置,采用的热化学储能体系为Ca(OH)2/CaO,通过可逆反应CaO+H2O→Ca(OH)2实现高品位热能与化学能之间的相互转换进行储热;当太阳辐照充足时,吸收太阳能产生的高温水蒸气使Ca(OH)2达到反应温度,发生吸热分解反应,将接受的热量以化学能的形式储存于CaO和H2O中;当需要热量时,CaO和H2O发生逆向热化学反应,将CaO和H2O中的化学能逆转成热能并释放出来。本发明具有储能密度高、反应速度快、循环效率高、稳定、安全、环境友好、原材料价格低廉等特点,为保证太阳能高温热电站连续高效运行提供了一种可行方案。
Description
技术领域:
本发明属于储能技术领域,具体涉及一种直接式氢氧化钙热化学储能系统及储能方法。
背景技术:
热化学储能利用可逆的化学反应实现热量存储与利用,它的储能密度高(约为显热储能的10倍、潜热储能的5倍)、热损失小、储能温度范围广,可实现季节性储能而不需要特殊的绝热措施,为克服太阳能利用的间歇性和不稳定性,实现太阳热能的高温高效转换、储存及传输提供了一条极具发展前景的解决方案。
储能密度大、反应速度快、稳定、安全、原材料价格低廉的Ca(OH)2/CaO热化学储能体系是中高温热化学储能体系中最具应用前景的体系之一。研究表明,间接式换热的反应器由于固体颗粒导热系数低、颗粒间气体缝隙导致的较大热阻等,限制了热化学反应的进行,严重影响了反应器的吸/放热性能;较高的分解温度能使反应更快速高效的进行,但高温会加剧材料的团聚烧结,降低了反应器的循环性能。Ca(OH)2/CaO热化学储能体系的应用方法与系统尚处于初始研究阶段,为了使热化学储能系统更高效地运作,保证太阳能热电站的连续运行,设计一种合理的热化学储能方法及应用系统是亟待解决的重要问题。基于此,本发明提供一种直接式氢氧化钙热化学储能系统及储能方法以解决上述问题。
发明内容:
本发明的第一目的是针对现有技术的不足,提供一种直接式氢氧化钙热化学储能系统,有效地解决了太阳能热电站无法连续运行的问题;
本发明的第二目的是提供一种直接式氢氧化钙热化学储能方法。
本发明采用以下技术方案:
(一)本发明提供一种直接式氢氧化钙热化学储能系统,包括太阳能集热装置、热化学储能装置、蒸汽朗肯发电装置和辅助装置;所述太阳能集热装置包括太阳能吸收塔;所述热化学储能装置包括反应器和反应物存储装置,所述反应物存储装置包括Ca(OH)2储罐和CaO储罐;所述蒸汽朗肯发电装置为蒸汽朗肯透平;所述辅助装置包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第五换热器、水蒸气加热装置、水箱、第一水泵、第二水泵、第一冷凝器、第二冷凝器、水处理器;所述反应器设置有固体颗粒进料口、固体颗粒出料口、水蒸气输入口、水蒸气输出口;所述Ca(OH)2储罐和CaO储罐上分别设置有进料口和出料口,两个出料口分别与固体颗粒进料口连接,两个进料口分别与固体颗粒出料口连接;所述第一换热器与CaO储罐出料口、Ca(OH)2储罐进料口、固体颗粒进料口、固体颗粒出料口分别连接;所述第二换热器与Ca(OH)2储罐出料口、CaO储罐进料口、固体颗粒进料口、固体颗粒出料口分别连接;
一方面,所述水箱出口与第一水泵、第五换热器、太阳能吸收塔、水蒸气输入口、水蒸气输出口、第三换热器、第一冷凝器、水处理器、水箱进口采用循环管路顺次连接形成储能通路;所述蒸汽朗肯透平出口与第五换热器、第二冷凝器、第二水泵、第三换热器、太阳能吸收塔、蒸汽朗肯透平进口采用循环管路顺次连接形成发电通路;
另一方面,所述水箱出口与第一水泵、第五换热器、水蒸气加热装置、水蒸气输入口、水蒸气输出口、第四换热器、第一冷凝器、水处理器、水箱进口采用循环管路顺次连接形成释能通路;所述蒸汽朗肯透平出口与第五换热器、第二冷凝器、第二水泵、第四换热器、蒸汽朗肯透平进口采用循环管路顺次连接形成发电通路。
进一步的,所述反应器7为回转球磨反应器,内部设置有反应腔,所述反应腔内设置有一定数量的钢球。
进一步的,所述反应腔内设置有若干个分隔板,所述分隔板等距设置,将反应腔分隔形成若干个空间,所述钢球均匀分布在各个空间内。
进一步的,所述分隔板边界设置有若干个槽口,所述槽口的高度小于钢球直径。
进一步的,所述第一换热器、第二换热器均为粉体换热器。
进一步的,所述反应器倾斜设置,所述固体颗粒进料口设置在反应器的高端,固体颗粒出料口设置在反应器的低端;所述水蒸气输入口设置在反应器的低端;水蒸气输出口设置在反应器的高端。
进一步的,所述太阳能吸收塔设置两部分集热屏,一部分连通热化学储能装置,另一部分连通蒸汽朗肯发电装置。
进一步的,所述反应器制备材料为314不锈钢材料。
进一步的,所述太阳能集热装置还包括日光反射装置,所述日光反射装置环绕设置在太阳能吸收塔周围。
(二)本发明还提供一种直接式氢氧化钙热化学储能方法,包括储能阶段和释能阶段,具体为:
S1、储能阶段:日照充足时,通过太阳光辐射将热能汇聚在太阳能吸收塔;
一方面,蒸汽朗肯发电装置中的水,经第二水泵泵入第三换热器预热,随后进入太阳能吸收塔连通蒸汽朗肯发电装置的集热屏部分,得到高温过热水蒸气,高温过热水蒸气进入蒸汽朗肯透平中用以发电;
另一方面,水箱的水通过第一水泵泵入第五换热器进行预热,随后进入太阳能吸收塔连通热化学储能装置的集热屏部分,得到高温过热水蒸气,高温过热水蒸气通过水蒸气输入口进入反应器,使反应器内达到反应温度;
Ca(OH)2固体颗粒自Ca(OH)2储罐流出,通过固体颗粒进料口流入反应器,发生分解反应产生CaO和水;产物CaO在重力作用和钢球下落产生的振动作用下向下流动,自固体颗粒出料口流出;水蒸气自反应器水蒸气输出口流出,进入第三换热器换热,最后通过第一冷凝器和水处理器进行冷凝和净化,净化后的水存入水箱;
随着储能反应进程深入,分解产物CaO的反应余热在第二换热器中预热后来参与释能反应的Ca(OH)2固体颗粒,最终流入CaO储罐进行储存;
S2、释能阶段:日照不足时,太阳能吸收塔无法汇聚足够的热能;
一方面,水箱中的水通过水泵泵入第五换热器进行预热,随后进入水蒸气加热装置加热至反应温度,达到反应温度的水蒸气通入反应器,使反应器内达到反应温度;
CaO固体颗粒CaO储罐流出,通过固体颗粒进料口流入反应器,与水反应生成Ca(OH)2固体颗粒,同时释放大量高品位热量;产物Ca(OH)2固体颗粒在重力作用和钢球下落产生的振动作用下向下流动,自固体颗粒出料口流出;反应器内剩余水被加热形成高温过热水蒸气,高温过热水蒸气自反应器水蒸气输出口流出,进入第四换热器进行大量放热,最后通过第一冷凝器和水处理器进行冷凝和净化,净化后的水再次存入水箱;
随着释能反应进程深入,合成产物Ca(OH)2的反应余热在第一换热器预热后来参与储能反应的CaO固体颗粒,最终流入Ca(OH)2储罐进行储存;
另一方面,蒸汽朗肯发电装置中的水,经第二水泵泵入第四换热器,经过换热得到高温过热水蒸气,高温过热水蒸气进入蒸汽朗肯透平中用以发电,以维持夜间发电;
进一步的,所述Ca(OH)2固体颗粒、CaO固体颗粒均采用螺旋输送的方法进行送料。
本发明的有益效果:
1、本发明利用Ca(OH)2/CaO体系实现高温热能的存储与再生,H2O在流程中作为换热介质和反应介质。Ca(OH)2/CaO热化学储能体系结合蒸汽朗肯发电装置可实现夜间的持续电力供应,保证太阳能热电站的持续、稳定运行,平滑功率曲线。同时有效利用Ca(OH)2分解反应产物CaO、H2O所携带的反应余热,并利用换热器对系统中的热能进行回收利用,实现能量的综合梯级利用,显著提高储能系统的效率;
2、本发明提供的直接式氢氧化钙热化学储能系统,以太阳热驱动可逆反应CaO+H2O→Ca(OH)2,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、反应速度快、环境友好、稳定、安全原材料价格低廉的特点,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高温光热发电领域,也适用于其它类型电站的高温热能储存与再生;
3、本发明所提供的直接式氢氧化钙热化学储能系统,分解合成反应均以水蒸气同时作为反应介质和换热介质,进行高温热能的储存以及再生。该方法可大大简化流程,分解与合成反应在同一个装置中稳定运行,节省设备的安装和维护成本,同时降低了设备运行的能耗,提高整套设备的稳定性;
4、本发明提出的直接式氢氧化钙热化学储能系统,可以通过调节反应温度和压力来调控储/释能过程,即Ca(OH)2固体颗粒分解/合成反应;匹配释放的热能等级,更加高效的利用反应释放的热能。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的低能源利用率的问题。
附图说明:
图1为本发明系统工作流程总示意图;
图2为本发明系统工作流程储能过程示意图;
图3为本发明系统工作流程释能过程示意图。
附图中的标记为:
1、日光反射装置;2、太阳能吸收塔;3、水箱;4、第一水泵;5、第五换热器;6、水蒸气加热装置;7、反应器;8、第三换热器;9、第四换热器;10、第一冷凝器;11、水处理器;12、Ca(OH)2储罐;13、CaO储罐;14、第一换热器;15、第二换热器;16、蒸汽朗肯透平;17、第二冷凝器;18、第二水泵。
具体实施方式:
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1~3,本发明实施例提供一种直接式氢氧化钙热化学储能系统,包括太阳能集热装置、热化学储能装置、蒸汽朗肯发电装置和辅助装置;所述太阳能集热装置包括太阳能吸收塔2和日光反射装置1,所述日光反射装置1环绕设置在太阳能吸收塔2周围,使日光反射装置1反射的日光能够被太阳能吸收塔2所吸收,太阳能吸收塔2设置两部分集热屏,一部分连通热化学储能装置,另一部分连通蒸汽朗肯发电装置;所述热化学储能装置包括反应器7和反应物存储装置,所述反应物存储装置包括Ca(OH)2储罐12和CaO储罐13;所述蒸汽朗肯发电装置为蒸汽朗肯透平16;所述辅助装置包括第一换热器14、第二换热器15、第三换热器8、第四换热器9、第五换热器5、水蒸气加热装置6、水箱3、第一水泵4、第二水泵18、第一冷凝器10、第二冷凝器17、水处理器11;所述第一换热器14、第二换热器15均为粉体换热器。
所述反应器7设置有固体颗粒进料口、固体颗粒出料口、水蒸气输入口、水蒸气输出口;所述Ca(OH)2储罐12和CaO储罐13上分别设置有进料口和出料口,两个出料口分别与固体颗粒进料口连接,两个进料口分别与固体颗粒出料口连接;所述第一换热器14与CaO储罐13出料口、Ca(OH)2储罐12进料口、固体颗粒进料口、固体颗粒出料口分别连接;所述第二换热器15与Ca(OH)2储罐12出料口、CaO储罐13进料口、固体颗粒进料口、固体颗粒出料口分别连接;
一方面,所述水箱3出口与第一水泵4、第五换热器5、太阳能吸收塔2、水蒸气输入口、水蒸气输出口、第三换热器8、第一冷凝器10、水处理器11、水箱3进口采用循环管路顺次连接形成储能通路;所述蒸汽朗肯透平16出口与第五换热器5、第二冷凝器17、第二水泵18、第三换热器8、太阳能吸收塔2、蒸汽朗肯透平16进口采用循环管路顺次连接形成发电通路;
另一方面,所述水箱3出口与第一水泵4、第五换热器5、水蒸气加热装置6、水蒸气输入口、水蒸气输出口、第四换热器9、第一冷凝器10、水处理器11、水箱3进口采用循环管路顺次连接形成释能通路;所述蒸汽朗肯透平16出口与第五换热器5、第二冷凝器17、第二水泵18、第四换热器9、蒸汽朗肯透平16进口采用循环管路顺次连接形成发电通路。
本发明实施例中,所述反应器7为回转球磨反应器,内部设置有反应腔,所述反应腔内设置有一定数量的钢球,其作用是促进固体颗粒充分破碎,使反应充分进行以提高循环效率;所述反应腔内设置有若干个分隔板,所述分隔板等距设置,将反应腔分隔形成若干个空间,所述钢球均匀分布在各个空间内;所述分隔板边界设置有若干个槽口,所述槽口的高度小于钢球直径。
本发明实施例中,所述反应器7倾斜设置,所述固体颗粒进料口设置在反应器7的高端,固体颗粒出料口设置在反应器7的低端;所述水蒸气输入口设置在反应器7的低端;水蒸气输出口设置在反应器7的高端;所述反应器7制备材料为314不锈钢材料,满足了高温储能的特殊性对系统安全性、可靠性、可维护型、工艺性的要求;所述Ca(OH)2固体颗粒、CaO固体颗粒均采用螺旋输送的方法进行送料。
本发明的原理与应用方法:
本发明工作过程包括储能阶段和释能阶段,具体为:
(一)储能阶段:
参照图2,日照充足时,太阳光通过日光反射装置1,将太阳光辐射热能汇聚在太阳能吸收塔2中通过H2O集热,可为热化学储能装置和蒸汽朗肯发电装置提供足够的能量,此时工作过程为:
一方面,蒸汽朗肯发电装置中的水,经第二水泵18泵入第三换热器8预热,随后进入太阳能吸收塔2连通蒸汽朗肯发电装置的集热屏部分,得到高温过热水蒸气,高温过热水蒸气进入蒸汽朗肯透平16中用以发电;
另一方面,水箱3的水通过第一水泵4泵入第五换热器5进行预热,随后进入太阳能吸收塔2连通热化学储能装置的集热屏部分,得到高温过热水蒸气,高温过热水蒸气通过水蒸气输入口进入反应器7,使反应器7内达到反应温度(450℃-600℃);
Ca(OH)2固体颗粒自Ca(OH)2储罐12流出,通过固体颗粒进料口流入反应器7,发生分解反应产生CaO和水;产物CaO在重力作用和钢球下落产生的振动作用下向下流动,自固体颗粒出料口流出;水蒸气自反应器7水蒸气输出口流出,进入第三换热器8换热(预热进入太阳能吸收塔2的给水),最后通过第一冷凝器10和水处理器11进行冷凝和净化,净化后的水存入水箱3;
随着储能反应进程深入,分解产物CaO的反应余热在第二换热器15中预热后来参与释能反应的Ca(OH)2固体颗粒,最终流入CaO储罐13进行储存;
(二)释能阶段:
参照图3,日照不足时,太阳能吸收塔2无法汇聚足够的热能,不能为热化学储能装置和蒸汽朗肯发电装置提供足够的能量,此时工作过程为:
一方面,水箱3中的水通过水泵4泵入第五换热器5进行预热,随后进入水蒸气加热装置6加热至反应温度,达到反应温度的水蒸气通入反应器7,使反应器7内达到反应温度;
CaO固体颗粒CaO储罐13流出,通过固体颗粒进料口流入反应器7,与水反应生成Ca(OH)2固体颗粒,同时释放大量高品位热量;产物Ca(OH)2固体颗粒在重力作用和钢球下落产生的振动作用下向下流动,自固体颗粒出料口流出;反应器7内剩余水被加热形成高温过热水蒸气,高温过热水蒸气自反应器7水蒸气输出口流出,进入第四换热器9进行大量放热(加热生产出用于蒸汽朗肯发电的高温过热水蒸气),最后通过第一冷凝器10和水处理器11进行冷凝和净化,净化后的水再次存入水箱3;
随着释能反应进程深入,合成产物Ca(OH)2的反应余热在第一换热器14预热后来参与储能反应的CaO固体颗粒,以充分利用热量,最终流入Ca(OH)2储罐12进行储存;
另一方面,蒸汽朗肯发电装置中的水,经第二水泵18泵入第四换热器9,经过换热(吸收热量)得到高温过热水蒸气,高温过热水蒸气进入蒸汽朗肯透平16中用以发电,以维持夜间发电;
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种直接式氢氧化钙热化学储能系统,其特征在于,
包括太阳能集热装置、热化学储能装置、蒸汽朗肯发电装置和辅助装置;
所述太阳能集热装置包括太阳能吸收塔(2);
所述热化学储能装置包括反应器(7)和反应物存储装置,所述反应物存储装置包括Ca(OH)2储罐(12)和CaO储罐(13);
所述蒸汽朗肯发电装置为蒸汽朗肯透平(16);
所述辅助装置包括第一换热器(14)、第二换热器(15)、第三换热器(8)、第四换热器(9)、第五换热器(5)、水蒸气加热装置(6)、水箱(3)、第一水泵(4)、第二水泵(18)、第一冷凝器(10)、第二冷凝器(17)、水处理器(11);
所述反应器(7)设置有固体颗粒进料口、固体颗粒出料口、水蒸气输入口、水蒸气输出口;所述Ca(OH)2储罐(12)和CaO储罐(13)上分别设置有进料口和出料口,两个出料口分别与固体颗粒进料口连接,两个进料口分别与固体颗粒出料口连接;
所述第一换热器(14)与CaO储罐(13)出料口、Ca(OH)2储罐(12)进料口、固体颗粒进料口、固体颗粒出料口分别连接;所述第二换热器(15)与Ca(OH)2储罐(12)出料口、CaO储罐(13)进料口、固体颗粒进料口、固体颗粒出料口分别连接;
一方面,所述水箱(3)出口与第一水泵(4)、第五换热器(5)、太阳能吸收塔(2)、水蒸气输入口、水蒸气输出口、第三换热器(8)、第一冷凝器(10)、水处理器(11)、水箱(3)进口采用循环管路顺次连接形成储能通路;所述蒸汽朗肯透平(16)出口与第五换热器(5)、第二冷凝器(17)、第二水泵(18)、第三换热器(8)、太阳能吸收塔(2)、蒸汽朗肯透平(16)进口采用循环管路顺次连接形成发电通路;
另一方面,所述水箱(3)出口与第一水泵(4)、第五换热器(5)、水蒸气加热装置(6)、水蒸气输入口、水蒸气输出口、第四换热器(9)、第一冷凝器(10)、水处理器(11)、水箱(3)进口采用循环管路顺次连接形成释能通路;所述蒸汽朗肯透平(16)出口与第五换热器(5)、第二冷凝器(17)、第二水泵(18)、第四换热器(9)、蒸汽朗肯透平(16)进口采用循环管路顺次连接形成发电通路。
2.根据权利要求1所述的一种直接式氢氧化钙热化学储能系统,其特征在于,
所述反应器(7)为回转球磨反应器,内部设置有反应腔,所述反应腔内设置有一定数量的钢球。
3.根据权利要求2所述的一种直接式氢氧化钙热化学储能系统,其特征在于,
所述反应腔内设置有若干个分隔板,所述分隔板等距设置,将反应腔分隔形成若干个空间,所述钢球均匀分布在各个空间内。
4.根据权利要求3所述的一种直接式氢氧化钙热化学储能系统,其特征在于,
所述分隔板边界设置有若干个槽口,所述槽口的高度小于钢球直径。
5.根据权利要求1所述的一种直接式氢氧化钙热化学储能系统,其特征在于,
所述第一换热器(14)、第二换热器(15)均为粉体换热器。
6.根据权利要求1所述的一种直接式氢氧化钙热化学储能系统,其特征在于,
所述反应器(7)倾斜设置,
所述固体颗粒进料口设置在反应器(7)的高端,固体颗粒出料口设置在反应器(7)的低端;所述水蒸气输入口设置在反应器(7)的低端;水蒸气输出口设置在反应器(7)的高端。
7.根据权利要求1所述的一种直接式氢氧化钙热化学储能系统,其特征在于,
所述太阳能吸收塔(2)设置两部分集热屏,一部分连通热化学储能装置,另一部分连通蒸汽朗肯发电装置。
8.根据权利要求1所述的一种直接式氢氧化钙热化学储能系统,其特征在于,
所述太阳能集热装置还包括日光反射装置(1),所述日光反射装置(1)环绕设置在太阳能吸收塔(2)周围。
9.一种直接式氢氧化钙热化学储能方法,其特征在于,包括储能阶段和释能阶段,具体为:
S1、储能阶段:
日照充足时,通过太阳光辐射将热能汇聚在太阳能吸收塔(2);
一方面,蒸汽朗肯发电装置中的水,经第二水泵(18)泵入第三换热器(8)预热,随后进入太阳能吸收塔(2)连通蒸汽朗肯发电装置的集热屏部分,得到高温过热水蒸气,高温过热水蒸气进入蒸汽朗肯透平(16)中用以发电;
另一方面,水箱(3)的水通过第一水泵(4)泵入第五换热器(5)进行预热,随后进入太阳能吸收塔(2)连通热化学储能装置的集热屏部分,得到高温过热水蒸气,高温过热水蒸气通过水蒸气输入口进入反应器(7),使反应器(7)内达到反应温度;
Ca(OH)2固体颗粒自Ca(OH)2储罐(12)流出,通过固体颗粒进料口流入反应器(7),发生分解反应产生CaO和水;产物CaO在重力作用和钢球下落产生的振动作用下向下流动,自固体颗粒出料口流出;水蒸气自反应器(7)水蒸气输出口流出,进入第三换热器(8)换热,最后通过第一冷凝器(10)和水处理器(11)进行冷凝和净化,净化后的水存入水箱(3);
随着储能反应进程深入,分解产物CaO的反应余热在第二换热器(15)中预热后来参与释能反应的Ca(OH)2固体颗粒,最终流入CaO储罐(13)进行储存;
S2、释能阶段:
日照不足时,太阳能吸收塔(2)无法汇聚足够的热能;
一方面,水箱(3)中的水通过水泵(4)泵入第五换热器(5)进行预热,随后进入水蒸气加热装置(6)加热至反应温度,达到反应温度的水蒸气通入反应器(7),使反应器(7)内达到反应温度;
CaO固体颗粒CaO储罐(13)流出,通过固体颗粒进料口流入反应器(7),与水反应生成Ca(OH)2固体颗粒,同时释放大量高品位热量;产物Ca(OH)2固体颗粒在重力作用和钢球下落产生的振动作用下向下流动,自固体颗粒出料口流出;反应器(7)内剩余水被加热形成高温过热水蒸气,高温过热水蒸气自反应器(7)水蒸气输出口流出,进入第四换热器(9)进行大量放热,最后通过第一冷凝器(10)和水处理器(11)进行冷凝和净化,净化后的水再次存入水箱(3);
随着释能反应进程深入,合成产物Ca(OH)2的反应余热在第一换热器(14)预热后来参与储能反应的CaO固体颗粒,最终流入Ca(OH)2储罐(12)进行储存;
另一方面,蒸汽朗肯发电装置中的水,经第二水泵(18)泵入第四换热器(9),经过换热得到高温过热水蒸气,高温过热水蒸气进入蒸汽朗肯透平(16)中用以发电,以维持夜间发电。
10.根据权利要求9所述的直接式氢氧化钙热化学储能方法,其特征在于,
所述Ca(OH)2固体颗粒、CaO固体颗粒均采用螺旋输送的方法进行送料。
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Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103352814A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-10-16 | 中国科学院工程热物理研究所 | 抛物槽式太阳能集热与化学热泵结合的复合发电系统 |
CN103923612A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-07-16 | 深圳市爱能森科技有限公司 | 石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法 |
CN104006540A (zh) * | 2014-05-07 | 2014-08-27 | 华南理工大学 | 热化学储能测试装置及测试方法 |
CN104456512A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-03-25 | 东南大学 | 利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统 |
FR3017694A1 (fr) * | 2014-02-17 | 2015-08-21 | Bernard Amrhein | Dispositif de stockage et de restitution d'energie thermique |
CN105737658A (zh) * | 2016-04-30 | 2016-07-06 | 华南理工大学 | 流态化钙基热化学高温储能/释能系统及其工作方法 |
CN106813402A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-06-09 | 南京工业大学 | 中低温钙循环热化学储能装置及其方法 |
CN106931657A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-07-07 | 华南理工大学 | 一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统 |
CN109269129A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-25 | 南京工业大学 | 钙循环梯级热化学储能方法及系统 |
CN208578678U (zh) * | 2017-06-29 | 2019-03-05 | 深圳市爱能森科技有限公司 | 一种基于线性涅菲尔式定日镜的改良布雷顿光热发电系统 |
Family Cites Families (2)
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---|---|---|---|---|
US7987844B2 (en) * | 2009-01-13 | 2011-08-02 | Hamilton Sundstrand Corporation | Catalyzed hot gas heating system for concentrated solar power generation systems |
WO2011077248A2 (en) * | 2009-12-23 | 2011-06-30 | Goebel, Olaf | Combined cycle solar power generation |
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Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103352814A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-10-16 | 中国科学院工程热物理研究所 | 抛物槽式太阳能集热与化学热泵结合的复合发电系统 |
CN103923612A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-07-16 | 深圳市爱能森科技有限公司 | 石英砂复合二元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法 |
FR3017694A1 (fr) * | 2014-02-17 | 2015-08-21 | Bernard Amrhein | Dispositif de stockage et de restitution d'energie thermique |
CN104006540A (zh) * | 2014-05-07 | 2014-08-27 | 华南理工大学 | 热化学储能测试装置及测试方法 |
CN104456512A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-03-25 | 东南大学 | 利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统 |
CN105737658A (zh) * | 2016-04-30 | 2016-07-06 | 华南理工大学 | 流态化钙基热化学高温储能/释能系统及其工作方法 |
CN106813402A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-06-09 | 南京工业大学 | 中低温钙循环热化学储能装置及其方法 |
CN106931657A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-07-07 | 华南理工大学 | 一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统 |
CN208578678U (zh) * | 2017-06-29 | 2019-03-05 | 深圳市爱能森科技有限公司 | 一种基于线性涅菲尔式定日镜的改良布雷顿光热发电系统 |
CN109269129A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-25 | 南京工业大学 | 钙循环梯级热化学储能方法及系统 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
《槽式太阳能集热与化学热泵耦合的复合发电系统》;王艳娟 等;《工程热物理学报》;20141115;第35卷(第11期);第2109-2113页 * |
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