CN113958933A - 一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统及方法，包括压缩空气热化学储能制氢系统和内燃机‑透平释能制氢系统；在储能阶段，通过压缩空气与吸热型化学反应相耦合，不仅实现物理/化学能的混合存储，还能提高了压缩热的能量品位；在释能阶段，气体燃料与空气在内燃机中燃烧发电，产生的余热被存储的高压空气回收后进入透平发电，实现能量的梯级利用；在储能和释能阶段均以氢气为载体实现低品位热能到燃料高品位化学能的转化，在实现储能和制氢一体化应用模式的同时，提高系统的能量利用效率。

Description

一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统及方法
技术领域
本发明属于储能与制备碳氢燃料技术领域，具体涉及一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统及方法。
背景技术
由于石油、煤炭等传统化石能源的枯竭，以及日益严峻的环境污染和生态破坏等问题，使得世界各国聚焦于传统化石能源的高效利用与清洁新能源的可持续开发。尽管高比例的新能源电力供应已成为世界各国的共识，但新能源发电固有的波动性和不确定性等特点必然引起电网较大的频率波动。电力系统在运行过程中电力负荷的随机波动特性，以及可再生能源并网时的不可预测性，给电网的平稳安全运行带来了一系列问题，储能技术作为电力系统的一种过渡技术，可以有效缓解我国电网中电力负荷的波动，同时有效解决可再生能源发电过程中因波动性和间歇性所带来的并网难题，提高清洁能源发电比例，优化我国能源结构。
压缩空气储能技术具有储能容量大、运行寿命长、环境污染小等特点，因此将压缩空气储能技术应用于可再生能源系统中，不仅可解决可再生能源的并网问题，提升电网运行安全性，而且能够提升可再生能源的能量利用率。压缩空气储能技术根据储能类型可分为传统补燃型压缩空气储能技术、先进绝热压缩空气储能技术和等温压缩空气储能技术。但现有压缩空气储能技术在存储和利用压缩热方面，均存在可用能损失大的技术瓶颈，降低了压缩空气储能技术的能量效率和储能密度：传统补燃型压缩空气储能技术直接将压缩热排放到大气环境中；先进绝热压缩空气储能系统虽利用蓄热器储存压缩热，但由于在换热过程中存在不可避免的换热温差，降低了压缩热的能量品位；等温压缩空气储能系统可将全部压缩热用于膨胀过程，但该技术复杂性高，高效存储难度大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统及方法，在储能阶段通过压缩空气与吸热型化学反应相耦合，不仅实现物理/化学能的混合存储，还能提高了压缩热的能量品位；在释能阶段，采用内燃机将燃料的化学能转化为电能，同时采用存储的高压空气回收内燃机的尾气余热进行发电，通过能量梯级利用实现了压力能和化学能到电能的高效转化；此外，在储能和释能阶段，均以氢气为能量载体实现低品位热能到高品位化学能的转化，在实现储能和制氢一体化应用模式的同时，提高系统的能量利用效率。
本发明采用以下技术方案：
一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，包括液态燃料储罐，液态燃料储罐的出口依次经燃料泵、燃料预热器冷侧、燃料蒸发器冷侧与蒸发反应器的燃料入口连接，蒸发反应器的燃料出口经燃料预热器热侧与气液分离器的入口连接，气液分离器的液体出口与液态燃料储罐的入口连接，气液分离器的气体出口依次经氢气分离器和第二三通阀与气态燃料储罐的入口连接；蒸发反应器的热源入口经第一三通阀与空气压缩机的出口连接，蒸发反应器的热源出口依次经燃料蒸发器热侧、第三三通阀和余热回收器热侧与空气储罐的入口连接；余热回收器的冷侧与蓄热器连接形成回路；
空气储罐的出口依次经空气节流阀、空气预热器冷侧、空气加热器冷侧与透平的入口连接，透平的出口连接大气连通；空气预热器的热侧与蓄热器连接形成回路；气态燃料储罐的出口经燃料节流阀与内燃机的燃料入口连接，内燃机的缸套水出口经缸套水换热器与内燃机的缸套水入口连接，内燃机的尾气出口经空气加热器热侧和第一三通阀与蒸发反应器的热源入口连接；蒸发反应器的液态水入口与水泵的出口连接。
具体的，蒸发反应器包括第四三通阀，燃料经第四三通阀分两路分别经第五三通阀与蒸发反应管的燃料入口连接，第四三通阀与第五三通阀的一路连接上设置有引射器，蒸发反应管的气态水出口与引射器连接。
进一步的，蒸发反应管由内至外依次包括燃料通道、热源通道和水通道，热源通道的外壁上设置有翅片。
更进一步的，水通道外部设有绝热层。
更进一步的，燃料通道为螺旋结构。
再进一步的，水通道、热源通道及燃料通道沿燃料通道的螺旋线同轴设置。
更进一步的，翅片包括多个，沿热源通道的外壁中心对称设置。
进一步的，蒸发反应管包括多个，多个蒸发反应管并联设置，第五三通阀的出口分多路，分别与每个蒸发反应管的燃料入口连接。
本发明的另一技术方案是，一种集多能存储与碳氢燃料制备方法，利用所述的集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，包括以下步骤：
在储能阶段，将空气压缩机压缩后的空气作为热化学反应的热源，蒸发反应器内发生燃料的反应过程；水泵停止工作，蒸发反应器的水通道内无水流过，燃料流入蒸发反应器的燃料通道，在没有水的参与下发生裂解反应，产生氢气和一氧化碳，空气流经蒸发反应器为裂解反应提供热量，压缩空气产生的压缩热用于驱动吸热型化学反应产生气体燃料实现物理/化学能的混合存储；
在释能阶段，气体燃料与空气在内燃机内燃烧发电，产生的余热被存储的高压空气回收后进入透平发电，实现能量的梯级利用；将气体燃料燃烧后的尾气作为热化学反应的热源，蒸发反应器内同时发生燃料的反应过程和水的蒸发过程；水泵根据设定的水碳比向蒸发反应器中供水，蒸发反应器的水通道内有水流过，液态水吸收热源热量后生成气态水，燃料流入引射器的第一入口，同时蒸发形成的气态水被引射器第二入口吸入，两股气体充分混合后流入燃料通道，燃料在水的参与下发生重整反应，产生氢气和二氧化碳，尾气流经蒸发反应器的同时为重整反应和液态水的蒸发提供热量；
在储能和释能阶段均以氢气为载体实现低品位热能到燃料高品位化学能的转化。
具体的，在储能阶段，氢气分离器输出的一氧化碳流入气态燃料储罐中存储；在释能阶段，氢气分离器输出的二氧化碳排入大气；在储能阶段，采用蓄热工质回收空气的余热并存储于蓄热器中；在释能阶段，采用蓄热工质吸收蓄热器中存储的热量，用于预热流经空气预热器的空气。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，在储能阶段，通过压缩空气阶段产生的压缩热驱动吸热型热化学反应产生合成气，将压缩热的低品位热能转化为合成气的高品位化学能，同实现物理/化学能的混合存储(即，压力能和化学能)；在释能阶段，采用内燃机将燃料的化学能转化为电能，同时采用存储的高压空气回收内燃机的尾气余热进行发电，通过能量梯级利用实现了压力能和化学能到电能的高效转化。
进一步的，蒸发反应器包括第四三通阀，燃料经第四三通阀分两路分别经第五三通阀与蒸发反应管的燃料入口连接，第四三通阀与第五三通阀的一路连接上设置有引射器，蒸发反应管的气态水出口与引射器连接。通过设置两路，使流入蒸发反应管内的反应物的组分不同，从而实现储能和释能阶段采用同一套设备发生不同的反应过程；在储能阶段，仅有燃料经第四三通阀和第五三通阀流入蒸发反应管发生裂解反应；在释能阶段，燃料流入引射器，同时蒸发后的气态水由引射器第二入口被吸入，燃料和气态水混合均匀后流入蒸发反应管发生重整反应。
进一步的，蒸发反应管由内至外依次包括燃料通道、热源通道和水通道，热源通道的外壁上设置有翅片。热源通道设置在中间，可为燃料的反应和水的蒸发同时提供热量，翅片可增大换热面积，强化传热。
进一步的，水通道外部设有绝热层以使蒸发反应器与外界绝热，减少热损失，提高能量利用率。
进一步的，燃料通道为螺旋结构，可增大燃料与热源之间的传热面积进行强化传热，促进燃料的反应向正方向进行，提高燃料的反应效率；同时可以减小蒸发反应管的轴向长度，进而减少设备占地面积。
进一步的，蒸发反应管的水通道、热源通道及燃料通道沿燃料通道的螺旋线同轴设置，可使热源沿径向方向均匀地将热量传递给水或燃料。
进一步的，翅片包括多个，沿热源通道的外壁中心对称设置，可保证热源沿径向方向均匀地将热量传递给水。
进一步的，多个蒸发反应管并联设置，使流体分多路进入蒸发反应管，降低蒸发反应管内流体的流速，从而减少流动阻力损失。
一种集多能存储与碳氢燃料制备的方法，采用同一套蒸发反应器，分别采用空气和尾气作为热源驱动燃料热化学反应的发生，使储能和释能阶段均可制氢，实现低品位热能转到燃料高品位化学能的转化，同时可减少整体系统的投资成本和占地面积。
进一步的，在储能阶段对流出蒸发反应器的空气进行余热回收，并在释能阶段将回收的热量用于预热空气，可提高进入蒸发反应器的尾气的能量品位，使其温度与燃料热化学反应的温度进行良好的匹配，解决了释能阶段尾气温度范围与热量无法满足燃料热化学反应的问题，实现储能和释能阶段均能发生燃料的热化学反应。
综上所述，本发明在储能阶段可实现物理/化学能的混合储能，在释能阶段可将存储的能量高效转化为电能，同时在储能和释能阶段均以氢气为载体，将低品位的热能转化为燃料高品位的化学能，在实现储能和制氢一体化应用模式的同时，提高系统的能量利用效率。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统的工艺流程示意图；
图2为本发明蒸发反应器示意图；
图3为本发明蒸发反应管示意图。
其中：1.液态燃料储罐；2.燃料泵；3.燃料预热器；4.燃料蒸发器；5.蒸发反应器；6.空气压缩机；7.第一三通阀；8.气液分离器；9.氢气分离器；10.第二三通阀；11.气态燃料储罐；12.第三三通阀；13.余热回收器；14.空气储罐；15.蓄热器；16.燃料节流阀；17.内燃机；18.缸套水换热器；19.空气加热器；20.空气节流阀；21.空气预热器；22.透平；23.水泵；24.第四三通阀；25.第五三通阀；26.引射器；27.蒸发反应管；271.水通道；272.燃料通道，273.热源通道；274.翅片。
具体实施方式
本发明提供了一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，在储能阶段通过压缩空气与吸热型化学反应相耦合，不仅实现物理/化学能的混合存储，还能提高了压缩热的能量品位；在释能阶段，气体燃料与空气在内燃机内燃烧发电，产生的余热被存储的高压空气回收后进入透平发电，实现能量的梯级利用；在储能和释能阶段均以氢气为载体实现低品位热能到燃料高品位化学能的转化，在实现储能和制氢一体化应用模式的同时，提高系统的能量利用效率。
请参阅图1，本发明一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，包括液态燃料储罐1、燃料泵2、燃料预热器3、燃料蒸发器4、蒸发反应器5、空气压缩机6、第一三通阀7、气液分离器8、氢气分离器9、第二三通阀10、气态燃料储罐11、第三三通阀12、余热回收器13、空气储罐14、蓄热器15、燃料节流阀16、内燃机17、缸套水换热器18、空气加热器19、空气节流阀20、空气预热器21、透平22。
液态燃料储罐1的出口依次经燃料泵2、燃料预热器3冷侧、燃料蒸发器4冷侧与蒸发反应器5的燃料入口连接，蒸发反应器5的燃料出口经燃料预热器3热侧与气液分离器8的入口连接，气液分离器8的液体出口与液态燃料储罐1的入口连接，气液分离器8的气体出口与氢气分离器9的入口连接，氢气分离器9的第一出口向外输出氢气，氢气分离器9的第二出口与第二三通阀10的入口连接，第二三通阀10的第一出口与气态燃料储罐11的入口连接，第二三通阀10的第二出口与大气连通；空气压缩机6的入口与大气连通，空气压缩机6的出口连接第一三通阀7的第一入口，第一三通阀7的出口与蒸发反应器5的热源入口连接，蒸发反应器5的热源出口经燃料蒸发器4热侧与第三三通阀12的入口连接，第三三通阀12的第一出口经余热回收器13热侧与空气储罐14的入口连接，第三三通阀12的第二出口与大气环境连通；蒸发反应器5的液态水入口与水泵23的出口连接。
在储能阶段压缩空气产生的压缩热用于驱动吸热型化学反应产生气体燃料实现物理/化学能的混合存储。
蓄热器15的第一出口与余热回收器13的冷侧入口连接，余热回收器13的冷侧出口连接蓄热器15的第一入口，蓄热器15的第二出口与空气预热器21的热侧入口连接，空气预热器21的热侧出口与蓄热器15的第二入口连接；气态燃料储罐11的出口经燃料节流阀16与内燃机17的燃料入口连接，内燃机17的空气入口与大气连通，内燃机17的缸套水出口与缸套水换热器18的热侧入口连接，缸套水换热器18的热侧出口与内燃机17的缸套水入口连接，内燃机17的尾气出口经空气加热器19热侧与第一三通阀7的第二入口连接，空气储罐14的出口依次经空气节流阀20、空气预热器21冷侧、空气加热器19冷侧与透平22的入口连接，透平22的出口连接大气连通。
在释能阶段气体燃料与空气在内燃机内燃烧发电，产生的余热被存储的高压空气回收后进入透平发电，实现能量的梯级利用。
在储能和释能阶段均以氢气为载体实现低品位热能到燃料高品位化学能的转化。
请参阅图2，蒸发反应器5为结构紧凑型，集液体蒸发功能与燃料反应功能于一体，既可同时实现液体的蒸发和燃料的反应，又可仅实现燃料的反应；包括第四三通阀24、第五三通阀25、引射器26及多个并联的蒸发反应管27。
燃料由第四三通阀24的入口流入，分两路，一路经第四三通阀24的第一出口与第五三通阀25的第一入口连接，另一路经第四三通阀24的第二出口与引射器26的第一入口连接，引射器26的出口与第五三通阀25的第二入口连接，第五三通阀25的出口分多路分别与蒸发反应管27的燃料入口连接，蒸发反应管27的气态水出口与引射器26的第二入口连接。
请参阅图3，蒸发反应管27包括水通道271、燃料通道272，热源通道273和翅片274。
燃料通道272为螺旋结构，能够增大热源与燃料之间的传热面积，燃料通道272的外部为热源通道273，热源通道273的外壁设有多个中心对称的翅片274，翅片274用于增大热源与水之间的传热面积，热源通道273的外部为水通道271，水通道271外部设有绝热层，水通道271、热源通道273及燃料通道272沿螺旋线同轴，燃料和水与热源的流动方式为逆流。
在储能阶段，采用空气压缩机6压缩后的空气作为热化学反应的热源，蒸发反应器5内仅发生燃料的反应过程，无水的蒸发过程；此时水泵23停止工作，水通道271内无水流过，燃料经第四三通阀24的第一出口和第五三通阀25的第一入口流入燃料通道272，在没有水的参与下发生裂解反应，产生合成气(氢气和一氧化碳)，空气流经热源通道273为裂解反应提供热量。
在释能阶段，采用气体燃料燃烧后的尾气作为热化学反应的热源，蒸发反应器5内同时发生燃料的反应过程和水的蒸发过程；水泵23根据设计的水碳比1:1向蒸发反应器5中供水，水通道271内有水流过，液态水吸收热源热量后生成气态水，燃料经第四三通阀24第二出口流入引射器26第一入口，同时蒸发形成的气态水被引射器26第二入口吸入，两股气体充分混合后流入燃料通道272，燃料在水的参与下发生重整反应，产生氢气和二氧化碳，尾气流经热源通道273同时为重整反应和液态水的蒸发提供热量。
储能阶段和释能阶段采用同一套蒸发反应器5，分别采用空气和尾气作为热源驱动燃料热化学反应的发生，均可实现低品位热能转到燃料高品位化学能的转化，同时可减少整体系统的投资成本和占地面积。
在储能阶段和释能阶段，制氢系统均能通过氢气分离器9的第一出口向外输出氢气，具体如下：
在储能阶段，氢气分离器9的第二出口输出一氧化碳，经第二三通阀10的第一出口流入气态燃料储罐11中存储；在释能阶段，氢气分离器9的第二出口输出二氧化碳，经第二三通阀10的第二出口排入大气。
在储能阶段，采用蓄热工质(如导热油等)回收空气的余热并存储于蓄热器15中；在释能阶段，采用蓄热工质(如导热油等)吸收蓄热器15中存储的热量，用于预热流经空气预热器21的空气。
采用储能阶段的空气余热预热释能阶段的空气，可提高空气加热器19热侧出口尾气的能量品位，使其温度与燃料热化学反应的温度进行良好的匹配，解决了释能阶段尾气温度范围与热量无法满足燃料热化学反应的问题，实现储能和释能阶段均能发生燃料热化学过程。
发生热化学反应的液态燃料为甲醇、乙醇或二甲醚。
在释能阶段，根据预置空燃比确定进入内燃机17的空气流量。
本发明一种集多能存储与碳氢燃料制备的方法，包括以下步骤：
在储能阶段，第一三通阀7的第一入口打开、第二入口关闭，第二三通阀10的第一出口打开、第二出口关闭，第三三通阀12的第一出口打开、第二出口关闭；
水泵26处于非工作状态，液态燃料储罐1中的液态燃料经燃料泵2加压后，依次经过燃料预热器3冷侧和燃料蒸发器4冷侧吸热变为气体，之后进入蒸发反应器5燃料入口，同时空气经空气压缩机6压缩升温后，经第一三通阀7第一入口进入蒸发反应器5的热源入口；
在蒸发反应器5中，仅发生燃料的反应过程，无水的蒸发过程，燃料经第四三通阀24的第一出口和第五三通阀25的第一入口流入燃料通道272，在没有水的参与下发生裂解反应，产生合成气(氢气和一氧化碳)，将空气的低品位热能转化为合成气的高品位化学能，空气流经热源通道273为裂解反应提供热量；
反应产生的合成气流经燃料预热器3热侧，在预热冷侧液态燃料的同时冷却降温，之后合成气进入气液分离器8中进行气液分离，分离出的液态燃料循环至液态燃料储罐1中循环利用，除去液态燃料的合成气则进入氢气分离器9中；
氢气分离器9将合成气中的氢气分离出后输送至外界存储或利用，余下的一氧化碳则经第二三通阀10第一出口进入气态燃料储罐11中存储；
由蒸发反应器5流出的空气首先流经燃料蒸发器4热侧为液态燃料的蒸发供热，然后经第三三通阀12第一出口流入余热回收器13热侧，此时蓄热工质流经余热回收器13冷侧，以回收空气中的余热并存储于蓄热器15中，降温后的空气流入空气储罐14中存储。
在释能阶段，第一三通阀7的第一入口关闭、第二入口打开，第二三通阀10的第一出口关闭、第二出口打开，第三三通阀12的第一出口关闭、第二出口打开；
由气态燃料储罐11中流出的高压气态燃料首先经燃料节流阀16降至恒定压力，与来自环境中的空气在内燃机17中燃烧，驱动内燃机发电，内燃机17的缸套水流经缸套水换热器18被冷却后进入内燃机17中循环使用；同时由空气储罐14中流出的高压空气首先经空气节流阀20降至恒定压力，然后进入空气预热器21冷侧，此时蓄热工质流经蓄热器15吸收其中存储的热量，然后流经空气预热器21热侧预热空气，被预热后的空气流经空气加热器19冷侧，被来自内燃机17的高温尾气加热，之后进入透平22中膨胀对外输出电能；
内燃机17燃烧产生的高温尾气流经空气加热器19热侧加热冷侧的空气后，经第一三通阀7第二入口进入蒸发反应器5热源入口，液态燃料经燃料泵2加压，在燃料预热器3与燃料蒸发器4热侧吸热变为气体后进入蒸发反应器5燃料入口，水经水泵23加压后进入蒸发反应器5液态水入口；
在蒸发反应器5中，同时发生燃料的反应过程和水的蒸发过程，液态水流经水通道271吸热蒸发为气态水，燃料经第四三通阀24第二出口流入引射器26第一入口，同时蒸发形成的气态水被引射器26第二入口吸入，两股气体充分混合后流入燃料通道272，燃料在水的参与下发生重整反应，产生氢气和二氧化碳，尾气流经热源通道273同时为重整反应和液态水的蒸发提供热量；反应生成的氢气和二氧化碳流经燃料预热器3热侧，在预热冷侧液态燃料的同时冷却降温，之后氢气和二氧化碳进入气液分离器8中进行气液分离，分离出的液态燃料循环至液态燃料储罐1中循环利用，除去液态燃料的氢气和二氧化碳则进入氢气分离器9中；
氢气分离器9将氢气分离出后输送至外界存储或利用，余下的二氧化碳则经第二三通阀10第二出口排入大气；由蒸发反应器5流出的尾气首先流经燃料蒸发器4热侧为液态燃料的蒸发供热，然后经第三三通阀12第二出口排入大气。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
以甲醇作为液态燃料为例，集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统在设计工况下的输入参数与模拟结果分别如表1和表2所示。
表1设计工况下系统输入参数
Figure BDA0003280660440000131
表2设计工况下系统模拟结果
Figure BDA0003280660440000132
Figure BDA0003280660440000141
在设计条件下，储释能阶段的氢气产率分别为2.12mol/s和4.23mol/s，采用同一套蒸发反应器，通过吸热型热化学反应将低品位的热能转化为高品位的化学能；在高效制氢的同时，该系统可实现31.12％的电效率。
综上所述，本发明一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统及方法，具有以下特点：
(1)在储能阶段，该系统通过压缩空气阶段产生的压缩热驱动吸热型热化学反应产生合成气，将压缩热的低品位热能转化为合成气的高品位化学能，同实现物理/化学能的混合存储(即，压力能和化学能)。
(2)在释能阶段，采用内燃机将燃料的化学能转化为电能，同时采用存储的高压空气回收内燃机的尾气余热进行发电，通过能量梯级利用实现了压力能和化学能到电能的高效转化，此外，尾气的低品位热能可进一步转化为氢气的高品位化学能，提高系统的能量效率。
(3)采用结构紧凑的新型蒸发反应器，集成液体蒸发功能与燃料反应功能于一体，根据不同需求，既可同时实现液体的蒸发和燃料的反应，又可仅实现燃料的反应；蒸发反应器在储能阶段发生燃料的裂解反应生成合成气，实现储能和制氢的双重目的，在释能阶段发生燃料和水的重整反应，实现制氢和余热回收的双重目的；由于系统在储能与释能阶段采用同一套蒸发反应器，可大幅节约系统的投资成本和占地面积。
(4)在储能阶段对流出蒸发反应器的空气进行余热回收，并在释能阶段将回收的热量用于预热空气，可提高进入蒸发反应器的尾气的能量品位，使其温度与燃料热化学反应的温度进行良好的匹配，解决了释能阶段尾气温度范围与热量无法满足燃料热化学反应的问题，实现储能和释能阶段均能发生燃料的热化学反应。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，其特征在于，包括液态燃料储罐(1)，液态燃料储罐(1)的出口依次经燃料泵(2)、燃料预热器(3)冷侧、燃料蒸发器(4)冷侧与蒸发反应器(5)的燃料入口连接，蒸发反应器(5)的燃料出口经燃料预热器(3)热侧与气液分离器(8)的入口连接，气液分离器(8)的液体出口与液态燃料储罐(1)的入口连接，气液分离器(8)的气体出口依次经氢气分离器(9)和第二三通阀(10)与气态燃料储罐(11)的入口连接；蒸发反应器(5)的热源入口经第一三通阀(7)与空气压缩机(6)的出口连接，蒸发反应器(5)的热源出口依次经燃料蒸发器(4)热侧、第三三通阀(12)和余热回收器(13)热侧与空气储罐(14)的入口连接；余热回收器(13)的冷侧与蓄热器(15)连接形成回路；
空气储罐(14)的出口依次经空气节流阀(20)、空气预热器(21)冷侧、空气加热器(19)冷侧与透平(22)的入口连接，透平(22)的出口连接大气连通；空气预热器(21)的热侧与蓄热器(15)连接形成回路；气态燃料储罐(11)的出口经燃料节流阀(16)与内燃机(17)的燃料入口连接，内燃机(17)的缸套水出口经缸套水换热器(18)与内燃机(17)的缸套水入口连接，内燃机(17)的尾气出口经空气加热器(19)热侧和第一三通阀(7)与蒸发反应器(5)的热源入口连接；蒸发反应器(5)的液态水入口与水泵(23)的出口连接。
2.根据权利要求1所述的集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，其特征在于，蒸发反应器(5)包括第四三通阀(24)，燃料经第四三通阀(24)分两路分别经第五三通阀(25)与蒸发反应管(27)的燃料入口连接，第四三通阀(24)与第五三通阀(25)的一路连接上设置有引射器(26)，蒸发反应管(27)的气态水出口与引射器(26)连接。
3.根据权利要求2所述的集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，其特征在于，蒸发反应管(27)由内至外依次包括燃料通道(272)、热源通道(273)和水通道(271)，热源通道(273)的外壁上设置有翅片(274)。
4.根据权利要求3所述的集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，其特征在于，水通道(271)外部设有绝热层。
5.根据权利要求3所述的集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，其特征在于，燃料通道(272)为螺旋结构。
6.根据权利要求5所述的集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，其特征在于，水通道(271)、热源通道(273)及燃料通道(272)沿燃料通道的螺旋线同轴设置。
7.根据权利要求3所述的集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，其特征在于，翅片(274)包括多个，沿热源通道(273)的外壁中心对称设置。
8.根据权利要求2或3所述的集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，其特征在于，蒸发反应管(27)包括多个，多个蒸发反应管(27)并联设置，第五三通阀(25)的出口分多路，分别与每个蒸发反应管(27)的燃料入口连接。
9.一种集多能存储与碳氢燃料制备方法，其特征在于，利用权利要求1所述的集多能存储与碳氢燃料制备的复合能量系统，包括以下步骤：
在储能阶段，将空气压缩机压缩后的空气作为热化学反应的热源，蒸发反应器内发生燃料的反应过程；水泵停止工作，蒸发反应器的水通道内无水流过，燃料流入蒸发反应器的燃料通道，在没有水的参与下发生裂解反应，产生氢气和一氧化碳，空气流经蒸发反应器为裂解反应提供热量，压缩空气产生的压缩热用于驱动吸热型化学反应产生气体燃料实现物理/化学能的混合存储；
在释能阶段，气体燃料与空气在内燃机内燃烧发电，产生的余热被存储的高压空气回收后进入透平发电，实现能量的梯级利用；将气体燃料燃烧后的尾气作为热化学反应的热源，蒸发反应器内同时发生燃料的反应过程和水的蒸发过程；水泵根据设定的水碳比向蒸发反应器中供水，蒸发反应器的水通道内有水流过，液态水吸收热源热量后生成气态水，燃料流入引射器的第一入口，同时蒸发形成的气态水被引射器第二入口吸入，两股气体充分混合后流入燃料通道，燃料在水的参与下发生重整反应，产生氢气和二氧化碳，尾气流经蒸发反应器的同时为重整反应和液态水的蒸发提供热量；
在储能和释能阶段均以氢气为载体实现低品位热能到燃料高品位化学能的转化。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
在储能阶段，氢气分离器输出的一氧化碳流入气态燃料储罐中存储；
在释能阶段，氢气分离器输出的二氧化碳排入大气；
在储能阶段，采用蓄热工质回收空气的余热并存储于蓄热器中；
在释能阶段，采用蓄热工质吸收蓄热器中存储的热量，用于预热流经空气预热器的空气。
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