CN114658536B - 一种碳化学储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳化学储能系统，属于储能领域，电能转换设备将电网的弃电转换为一氧化碳、氢气或甲烷等化学介质，并将化学介质输送至化学介质存储设备进行储存，可与电网完美匹配，也可与现有风电、核电、太阳能发电匹配，实现大规模储能。并且发电设备以化学介质存储设备储存的化学介质为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网，实现电网的“削峰填谷”。

Description

一种碳化学储能系统
技术领域
本发明涉及储能领域，特别是涉及一种碳化学储能系统。
背景技术
能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。随着全球能源使用量的持续增长，化石能源将日益枯竭，开发和利用新能源变得更为迫切。面对挑战，世界各国都在积极开发和发展新能源技术，特别是以太阳能、风能等为代表的可再生能源，以期通过使用清洁能源逐步取代化石能源，最终建立清洁、安全和经济的现代能源供应体系。然而，由于光伏、风电等新能源发电具有明显的波动性和不确定性，其大规模并网对电网的安全和稳定运行将带来诸多挑战，而储能技术为解决间歇性能源带来的系统安全问题提供了有效手段。同时，通过大规模储能技术可以实现电网的“削峰填谷”，可显著增强电网运行的经济性。
当前的储能技术主要包括：电池储能、抽水蓄能、飞轮储能、电容器储能、压缩空气储能、重力势能储能、热储能等多种形式。其中，抽水蓄能是目前部署最多的储能方式，也是当前唯一广泛采用的具有规模性和经济性的电能贮存形式。其它的储能方式或因技术难题较多、或因难以大规模化等，尚未能广泛地应用于大规模能量存储。然而，抽水蓄能的建设完全依赖于地理条件，即当地水资源的丰富程度，并且一般与电力负荷中心有一定的距离，面临长距离输电的问题。因此，为了适应全球CO2气体减排的需要，增加可再生能源发电的用电比例，亟需发展其它大规模的、具有更广泛适用性的储能技术路径。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳化学储能系统，以实现大规模储能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种碳化学储能系统，所述碳化学储能系统包括：电能转换设备和化学介质存储设备；
电能转换设备的电能输入端与电网连接，电能转换设备的化学介质输出端与化学介质存储设备连接；
所述电能转换设备用于将电网的弃电转换为化学介质，并将所述化学介质输送至化学介质存储设备进行储存。
本发明专利中所有提到的“弃电”包括电网中的弃电、谷电或过剩电等，也包括没有进入电网的风电、光伏发电、水电、核电、生物质发电或煤电等。
可选的，所述碳化学储能系统还包括：发电设备；
发电设备的发电燃料输入端与化学介质存储设备连接，发电设备的电能输出端与电网连接；
所述发电设备用于以化学介质存储设备储存的化学介质为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网。
可选的，所述电能转换设备包括第一气化设备，所述化学介质存储设备为一氧化碳储气设备；
所述第一气化设备开设有炭入口、二氧化碳入口和一氧化碳气体出口；所述第一气化设备的一氧化碳气体出口与一氧化碳储气设备连接；
所述第一气化设备的电能输入端与电网连接，所述第一气化设备用于从炭入口通入原料炭，从二氧化碳入口通入二氧化碳气体，并将电网的弃电转化为热能，同时利用所述热能进行原料炭和二氧化碳气体的吸热反应，生成一氧化碳，继而将生成的一氧化碳存储至一氧化碳储气设备。
可选的，所述发电设备包括：第一发电装置、空气分离设备、除湿设备和二氧化碳储气罐；
第一发电装置的一氧化碳进气口与一氧化碳储气设备连接，第一发电装置的氧气进气口与空气分离设备连接，第一发电装置的气体出气口经除湿设备与二氧化碳储气罐的进气口连接；所述二氧化碳储气罐的出气口与第一气化设备的二氧化碳入口连接；
第一发电装置的电能输出端与电网连接；所述第一发电装置用于以一氧化碳和氧气为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网，同时将以一氧化碳和氧气为发电燃料进行发电所产生的二氧化碳经除湿设备后储存至二氧化碳储气罐；
所述二氧化碳储气罐用于将存储的部分二氧化碳进行地质封存，另一部分二氧化碳传输至第一气化设备。
可选的，所述电能转换设备包括第二气化设备，所述化学介质存储设备为水煤气储气设备；
所述第二气化设备开设有炭入口、水蒸气入口和水煤气出口；所述水煤气出口与水煤气储气设备连接；
所述第二气化设备的电能输入端与电网连接，所述第二气化设备用于从炭入口通入原料炭，从水蒸气入口通入水蒸气，并将电网的弃电转化为热能，同时利用所述热能进行原料炭和水蒸气的吸热反应，生成水煤气，继而通过水煤气出口将生成的水煤气储存至水煤气储气设备。
可选的，所述发电设备包括：第二发电装置；
第二发电装置的水煤气进气口与水煤气储气设备连接；
第二发电装置的电能输出端与电网连接；所述第二发电装置用于以水煤气为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网，同时将以水煤气为发电燃料进行发电所产生的燃烧尾气排空。
可选的，所述电能转换设备包括第一电解水设备和第三气化设备，所述化学介质存储设备为甲烷储气设备；
第一电解水设备开设氢气出口和氧气出口；第三气化设备的氢气入口与第一电解水设备的氢气出口连接，第三气化设备的甲烷出口与甲烷储气设备连接；
第一电解水设备的电能输入端与电网连接；所述第一电解水设备用于利用电网的弃电电解水，生成氢气和氧气，并将氢气通过氢气出口传输至第三气化设备；
所述第三气化设备用于利用氢气生成甲烷气体，并将甲烷气体储存至甲烷储气设备。
可选的，所述发电设备包括：第三发电装置；
第三发电装置的甲烷入口与甲烷储气设备连接，第三发电装置的氧气入口与第一电解水设备的氧气出口连接，第三发电装置的二氧化碳出口与第三气化设备的二氧化碳入口连接；
第三发电装置的电能输出端与电网连接；所述第三发电装置用于以甲烷和氧气为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网，同时将以甲烷和氧气为发电燃料进行发电所产生的二氧化碳传输至第三气化设备，使得第三气化设备进行氢气和二氧化碳的化学反应，生成甲烷。
可选的，所述发电设备包括：第四发电装置；
第四发电装置的甲烷入口与甲烷储气设备连接；
第四发电装置的电能输出端与电网连接；所述第四发电装置用于以甲烷为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网；所述第三气化设备用于进行氢气和原料炭的化学反应，生成甲烷。
可选的，第一气化设备、第二气化设备或第三气化设备为电-气化反应器；
所述电-气化反应器的外壁由外向内依次设置保温层、电热元件和导热层；所述电-气化反应器的底部开设有炭入口、排渣口和多个气体入口；所述电-气化反应器的顶部开设有气体出口；
所述电热元件与电网连接，所述电热元件用于将电网的弃电转换为热能，为所述电-气化反应器中的化学反应提供热量。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种碳化学储能系统，电能转换设备将电网的弃电转换为一氧化碳、氢气或甲烷等化学介质，并将化学介质输送至化学介质存储设备进行储存，可与电网完美匹配，也可与现有风电、核电、太阳能发电匹配，实现大规模储能。
本发明中的发电设备以化学介质存储设备储存的化学介质为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网，实现电网的“削峰填谷”。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的碳化学储能系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的碳化学储能系统的结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的碳化学储能系统的结构示意图；
图4为本发明实施例三提供的碳化学储能系统的结构示意图；
图5为本发明实施例四提供的碳化学储能系统的结构示意图；
图6为本发明提供的电-气化反应器的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
本发明的目的是提供一种碳化学储能系统，以实现大规模储能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种碳化学储能系统，如图1所示，碳化学储能系统包括：电能转换设备和化学介质存储设备。电能转换设备的电能输入端与电网连接，电能转换设备的化学介质输出端与化学介质存储设备连接。电能转换设备用于将电网的弃电转换为化学介质，并将化学介质输送至化学介质存储设备进行储存。
示例性的，碳化学储能系统还包括：发电设备。发电设备的发电燃料输入端与化学介质存储设备连接，发电设备的电能输出端与电网连接。发电设备用于以化学介质存储设备储存的化学介质为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网。
本发明借助于某一种化学介质包括一氧化碳、氢气、甲烷或者这些气体的混合物，作为将弃电或电能存储为化学能的媒介。在电网存在大量弃电时，通过一种将电能转换为化学能的设备，将电能以化学物质的化学能储存起来；在电网需要电能时，再将化学能通过技术手段转换为电能返回到电网中。通过本发明的一种碳化学储能系统，在需要的时候，能够将电网弃电存储为化学介质的化学能；而当电网需要电能时，在通过一定的技术手段，将化学介质中的存储的化学能转换为电能，实现电网的“用电波谷充电”和“用电波峰放电”。
下面将以不同化学介质分别作为将弃电或电能存储为化学能的媒介，并结合附图具体介绍碳化学储能系统的结构组成。
实施例一
参照图2，电能转换设备包括第一气化设备，化学介质存储设备为一氧化碳储气设备。
第一气化设备开设有炭入口、二氧化碳入口和一氧化碳气体出口；第一气化设备的一氧化碳气体出口与一氧化碳储气设备连接。第一气化设备的电能输入端与电网连接，第一气化设备用于从炭入口通入原料炭，从二氧化碳入口通入二氧化碳气体，并将电网的弃电转化为热能，同时利用热能进行原料炭和二氧化碳气体的吸热反应，生成一氧化碳，继而将生成的一氧化碳存储至一氧化碳储气设备。
发电设备包括：第一发电装置、空气分离设备、除湿设备和二氧化碳储气罐。第一发电装置的一氧化碳进气口与一氧化碳储气设备连接，第一发电装置的氧气进气口与空气分离设备连接，第一发电装置的气体出气口经除湿设备与二氧化碳储气罐的进气口连接；二氧化碳储气罐的出气口与第一气化设备的二氧化碳入口连接。第一发电装置的电能输出端与电网连接；第一发电装置用于以一氧化碳和氧气为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网，同时将以一氧化碳和氧气为发电燃料进行发电所产生的二氧化碳经除湿设备后储存至二氧化碳储气罐。二氧化碳储气罐用于将存储的部分二氧化碳进行地质封存，另一部分二氧化碳传输至第一气化设备。
如图2所示，将外部碳源与二氧化碳气体在以弃电为热源的条件下，通过化学反应生成可燃性气体一氧化碳。在将一氧化碳气体储存在储气罐中。这一过程中使用的二氧化碳气体由一氧化碳气体燃烧或反应时生成的二氧化碳气体作为气源。这里的外部碳源可以是煤炭、焦炭、生物质炭等。当电网在电力波峰需要电能时，通过内燃机、燃气轮机、燃气轮机-蒸汽轮机联合循环、燃料电池等转换设备，将储存起来的一氧化碳气体中的化学能释放出来，转换为电能返回到电网中。
具体的各子部件连接及功能介绍如下：
a.气化设备，CO2与生物炭生成CO发生的强吸热化学反应所需要的热量，以及物料温升需要的物理焓，全部由电网弃电驱动。通过CO2气体还原为CO气体吸收了大量的过程热，将电网弃电封装到CO的化学能中。该气化设备的产CO气体规模可以根据具体需求从50m3/h至5000万m3/h之间。
b.CO储气设备，为CO储气罐，根据储能需求，可以在50m3至100万m3之间，储气压力可以在常压至50MPa之间。
c.内燃机或燃气轮机-蒸汽轮机联合循环发电设备，在电网需要电能时，可以将储气罐中的CO气体作为燃料在内燃机或燃气轮机-蒸汽轮机联合循环发电设备中燃烧发电，也可作为燃料电池的原料提供电能。这里对应的发电规模为100KW至100GW。
d.空气分离设备为常规的空分设备，根据实际需要选型匹配，25m3/h至2500万m3/h。
e.CO2封存系统，在气化过程中，1mol的碳与1mol的CO2发生反应，生成2mol的CO气体；而在燃烧过程中，2mol的CO气体与1mol的O2气体生成了2mol的CO2气体，意味着在每次充电、放电过程中，引入到系统中的生物炭中的碳元素，将会富余出来，本发明将针对这些富余的CO2气体进行地质封存。通过选择合适的地质条件，将CO2通过车船运输到适当地点后，注入到特定地质条件及特定深度的底层中。所提出适合作CO2地质封存的地质条件，包含旧油气田、难开采煤层、深层地下水层等地质环境。
f.其它附属设备，系统的附属设备中除了必要的管道、阀门、仪控等外，最重要的附属设备为CO气体的精细纯化。在系统运行过程，因生物炭中不可避免的将夹带一些H元素，因此在充电过程中，H元素将会转换为H2、CH4或H2O形式，进入到CO储气罐中，这些含H元素的气体在放电过程中，在燃气轮机中发生充分燃烧，最终将以H2O的形态伴随着CO2气体离开燃气轮机-蒸汽轮机联合循环发电系统。因此，在CO2气体压缩进入高压气体存储罐之前，需要加设以活性炭为基础单元的除湿设备，除掉CO2气体中少量的水蒸气掺杂。此外，因空分机无法达到100％的分离效率，以及生物炭中含有一定量的N元素，系统中还将不可避免地也引入一定量的N元素或其它元素，这些杂质将会在不断的充、放电过程中富集，本项目将在以数年为周期的检修中，对含杂质气体进行集中分离。
具体连接方式为：气化设备中含有电热元件，该电热元件与电网相连；电-气化反应器有两个入口，一个是原料炭入口、另一个是CO2入口；电-气化反应器有一个出口为CO气体出口，经净化、冷却后，与下游的CO储气罐相连；CO储气罐与下游的内燃机或燃气轮机等发电设备相连；发电设备出口与CO2储气罐相连；CO2储气罐中的一半气体用来封存或其它利用；另外一半气体返回到电-气化反应器中。
实施例二
参照图3，电能转换设备包括第二气化设备，化学介质存储设备为水煤气储气设备。
第二气化设备开设有炭入口、水蒸气入口和水煤气出口；水煤气出口与水煤气储气设备连接。第二气化设备的电能输入端与电网连接，第二气化设备用于从炭入口通入原料炭，从水蒸气入口通入水蒸气，并将电网的弃电转化为热能，同时利用热能进行原料炭和水蒸气的吸热反应，生成水煤气，继而通过水煤气出口将生成的水煤气储存至水煤气储气设备。
发电设备包括：第二发电装置。第二发电装置的水煤气进气口与水煤气储气设备连接。第二发电装置的电能输出端与电网连接；第二发电装置用于以水煤气为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网，同时将以水煤气为发电燃料进行发电所产生的燃烧尾气排空。
如图3所示，将外部碳源与水蒸气在以弃电为热源的条件下，通过化学反应生成可燃性气体氢气和一氧化碳。在将氢气和一氧化碳气体储存在储气罐中。这里的外部碳源可以是煤炭、焦炭、生物质炭等。当电网在电力波峰需要电能时，通过内燃机、燃气轮机、燃气轮机-蒸汽轮机联合循环、燃料电池等转换设备，将储存起来的氢气和一氧化碳气体中的化学能释放出来，转换为电能返回到电网中。具体连接方式为：气化设备中含有电热元件，该电热元件与电网相连；电-气化反应器有两个入口，一个是原料炭入口、另一个是水蒸气入口；气化炉有一个出口为CO和H2混合气体出口，经净化、冷却后，与下游的储气罐相连；CO和H2混合气体储气罐与下游的内燃机或燃气轮机等发电设备相连；燃烧尾气直接排空。
实施例三
电能转换设备包括第一电解水设备和第三气化设备，化学介质存储设备为甲烷储气设备。
第一电解水设备开设氢气出口和氧气出口；第三气化设备的氢气入口与第一电解水设备的氢气出口连接，第三气化设备的甲烷出口与甲烷储气设备连接。第一电解水设备的电能输入端与电网连接；第一电解水设备用于利用电网的弃电电解水，生成氢气和氧气，并将氢气通过氢气出口传输至第三气化设备。第三气化设备用于利用氢气生成甲烷气体，并将甲烷气体储存至甲烷储气设备。
发电设备包括：第三发电装置，第三发电装置的甲烷入口与甲烷储气设备连接，第三发电装置的氧气入口与第一电解水设备的氧气出口连接，第三发电装置的二氧化碳出口与第三气化设备的二氧化碳入口连接，第三发电装置的电能输出端与电网连接；第三发电装置用于以甲烷和氧气为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网，同时将以甲烷和氧气为发电燃料进行发电所产生的二氧化碳传输至第三气化设备，使得第三气化设备进行氢气和二氧化碳的化学反应，生成甲烷。
如图4所示，通过以弃电为能源的条件下，将水分解为氢气和氧气，利用氢气与二氧化碳气体通过化学反应生成甲烷。在将甲烷气体储存在储气罐中。这一过程中使用的二氧化碳气体由甲烷气体燃烧或反应时生成的二氧化碳气体作为气源。当电网在电力波峰需要电能时，通过内燃机、燃气轮机、燃气轮机-蒸汽轮机联合循环、燃料电池等转换设备，将储存起来的甲烷气体中的化学能释放出来，转换为电能返回到电网中。具体连接方式为：电解水系统利用电网弃电，将水转换为H2和O2。气化设备中含有电热元件，该电热元件与电网相连；电-气化反应器有一个H2入口和一个CO2气体入口，H2与CO2气体在其中发生吸热反应生成CH4，在电-气化反应器的下游，经过净化、冷却后，与下游的CH4储气罐相连；CH4储气罐与下游的内燃机或燃气轮机等发电设备相连；发电设备出口与CO2储气罐相连。
实施例四
实施例四与实施例三所使用的装置相同，不同之处在于气化设备中发生的化学反应不同以及装置之间连接关系的不同，不同之处如下：
发电设备包括：第四发电装置。第四发电装置的甲烷入口与甲烷储气设备连接。第四发电装置的电能输出端与电网连接；第四发电装置用于以甲烷为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网；第三气化设备用于进行氢气和原料炭的化学反应，生成甲烷。
如图5所示，通过以弃电为能源的条件下，将水分解为氢气和氧气，利用氢气与外部碳源通过化学反应生成甲烷。在将甲烷气体储存在储气罐中。这里的外部碳源可以是煤炭、焦炭、生物质炭等。当电网在电力波峰需要电能时，通过内燃机、燃气轮机、燃气轮机-蒸汽轮机联合循环、燃料电池等转换设备，将储存起来的甲烷气体中的化学能释放出来，转换为电能返回到电网中。具体连接方式为：电解水系统利用电网弃电，将水转换为H2和O2。气化设备中含有电热元件，该电热元件与电网相连；电-气化反应器有一个H2入口和一个炭入口，H2与炭在电-气化反应器中发生吸热反应生成CH4，在电-气化反应器的下游，经过净化、冷却后，与下游的CH4储气罐相连；CH4储气罐与下游的内燃机或燃气轮机等发电设备相连；燃烧尾气直接排空。
在以上实施例一至实施例四中的第一气化设备、第二气化设备和第三气化设备均为电-气化反应器。电-气化反应器的外壁由外向内依次设置保温层、电热元件和导热层；电-气化反应器的底部开设有炭入口、排渣口和多个气体入口；电-气化反应器的顶部开设有气体出口。电热元件与电网连接，电热元件用于将电网的弃电转换为热能，为电-气化反应器中的化学反应提供热量。
参照图6，该电-气化反应器包括炭入口、CO2或水蒸气入口、CO出口、排渣口组成、保温层、电热元件、导热层等组成。整个电-气化反应器，最外层为保温层，紧贴保温层为电热元件，电热元件内侧为导热层。电热元件与电网相连，当电网中存在弃电、过剩电时，电热元件能够将这些电能转换为热能，为电-气化反应器中的炭与CO2、炭与水蒸气或炭与H2发生的吸热反应提供热量。该电-气化反应器的炭可以是以粉末形式喷入其中，也可以是以颗粒、大块形式送入其中。CO2、水蒸气或H2通过喷嘴喷入到电-气化反应器中，反应器底部有排渣口，实时的排出炭反应完成后剩余的灰。反应器另有可燃气体出口，将反应器生成的CO(对应图2)、CO与H2混合气体(对应图3)、CH4(对应图4和5)实时地排出，经净化、冷却后，进入下游的储气罐中。
本发明将电网弃电或用电波谷时的过剩电，通过一定的技术手段，存储在一氧化碳、氢气或甲烷等化学介质中；当用电波峰时，将存储在这些化学介质中的化学能，通过一定的技术手段，转换为电能，满足电网需要，可与电网完美匹配，也可与现有风电、核电、太阳能发电匹配，实现电网的“削峰填谷”。
当前，随着风能、太阳能等可再生能源比例在用电比例中的提升，必须发展大规模的、高效率的储能技术与之匹配，才能够解决可再生能源发电不稳定、对电网冲击较大等问题。本发明提出了一种技术方案，在电网存在弃电、过剩电时，将其转换为化学介质；当电网在用电波峰时，将化学介质中存在的化学能通过一定的技术手段转化为电能返回到电网中。该技术方案中如图2所示，仅使用12～15t/h的炭耗量，就可以实现75MW的储电、100MW的放电，如果利用直燃发电，这些炭仅能够实现25～35MW的产电能力。而利用本发明技术，如此少量的炭即可“撬动”高达100MW的储电、放电，可实现超大规模储能、同步供能，储能效率超过100％。对于未来可再生能源的快速发展，提高可再生能源的发电比例具有重要意义。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种碳化学储能系统，其特征在于，所述碳化学储能系统包括：电能转换设备和化学介质存储设备；
电能转换设备的电能输入端与电网连接，电能转换设备的化学介质输出端与化学介质存储设备连接；
所述电能转换设备用于将电网的弃电转换为化学介质，并将所述化学介质输送至化学介质存储设备进行储存；
当所述电能转换设备包括第一气化设备时，所述化学介质存储设备为一氧化碳储气设备；所述第一气化设备开设有炭入口、二氧化碳入口和一氧化碳气体出口；所述第一气化设备的一氧化碳气体出口与一氧化碳储气设备连接；所述第一气化设备的电能输入端与电网连接，所述第一气化设备用于从炭入口通入原料炭，从二氧化碳入口通入二氧化碳气体，并将电网的弃电转化为热能，同时利用所述热能进行原料炭和二氧化碳气体的吸热反应，生成一氧化碳，继而将生成的一氧化碳存储至一氧化碳储气设备；
当所述电能转换设备包括第二气化设备时，所述化学介质存储设备为水煤气储气设备；所述第二气化设备开设有炭入口、水蒸气入口和水煤气出口；所述水煤气出口与水煤气储气设备连接；所述第二气化设备的电能输入端与电网连接，所述第二气化设备用于从炭入口通入原料炭，从水蒸气入口通入水蒸气，并将电网的弃电转化为热能，同时利用所述热能进行原料炭和水蒸气的吸热反应，生成水煤气，继而通过水煤气出口将生成的水煤气储存至水煤气储气设备。
2.根据权利要求1所述的碳化学储能系统，其特征在于，所述碳化学储能系统还包括：发电设备；
发电设备的发电燃料输入端与化学介质存储设备连接，发电设备的电能输出端与电网连接；
所述发电设备用于以化学介质存储设备储存的化学介质为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网。
3.根据权利要求2所述的碳化学储能系统，其特征在于，所述发电设备包括：第一发电装置、空气分离设备、除湿设备和二氧化碳储气罐；
第一发电装置的一氧化碳进气口与一氧化碳储气设备连接，第一发电装置的氧气进气口与空气分离设备连接，第一发电装置的气体出气口经除湿设备与二氧化碳储气罐的进气口连接；所述二氧化碳储气罐的出气口与第一气化设备的二氧化碳入口连接；
第一发电装置的电能输出端与电网连接；所述第一发电装置用于以一氧化碳和氧气为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网，同时将以一氧化碳和氧气为发电燃料进行发电所产生的二氧化碳经除湿设备后储存至二氧化碳储气罐；
所述二氧化碳储气罐用于将存储的部分二氧化碳进行地质封存，另一部分二氧化碳传输至第一气化设备。
4.根据权利要求2所述的碳化学储能系统，其特征在于，所述发电设备包括：第二发电装置；
第二发电装置的水煤气进气口与水煤气储气设备连接；
第二发电装置的电能输出端与电网连接；所述第二发电装置用于以水煤气为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网，同时将以水煤气为发电燃料进行发电所产生的燃烧尾气排空。
5.根据权利要求2所述的碳化学储能系统，其特征在于，所述电能转换设备包括第一电解水设备和第三气化设备，所述化学介质存储设备为甲烷储气设备；
第一电解水设备开设氢气出口和氧气出口；第三气化设备的氢气入口与第一电解水设备的氢气出口连接，第三气化设备的甲烷出口与甲烷储气设备连接；
第一电解水设备的电能输入端与电网连接；所述第一电解水设备用于利用电网的弃电电解水，生成氢气和氧气，并将氢气通过氢气出口传输至第三气化设备；
所述第三气化设备用于利用氢气生成甲烷气体，并将甲烷气体储存至甲烷储气设备。
6.根据权利要求5所述的碳化学储能系统，其特征在于，所述发电设备包括：第三发电装置；
第三发电装置的甲烷入口与甲烷储气设备连接，第三发电装置的氧气入口与第一电解水设备的氧气出口连接，第三发电装置的二氧化碳出口与第三气化设备的二氧化碳入口连接；
第三发电装置的电能输出端与电网连接；所述第三发电装置用于以甲烷和氧气为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网，同时将以甲烷和氧气为发电燃料进行发电所产生的二氧化碳传输至第三气化设备，使得第三气化设备进行氢气和二氧化碳的化学反应，生成甲烷。
7.根据权利要求5所述的碳化学储能系统，其特征在于，所述发电设备包括：第四发电装置；
第四发电装置的甲烷入口与甲烷储气设备连接；
第四发电装置的电能输出端与电网连接；所述第四发电装置用于以甲烷为发电燃料进行发电，并将产生的电能返回至电网；所述第三气化设备用于进行氢气和原料炭的化学反应，生成甲烷。
8.根据权利要求5所述的碳化学储能系统，其特征在于，第一气化设备、第二气化设备或第三气化设备为电-气化反应器；
所述电-气化反应器的外壁由外向内依次设置保温层、电热元件和导热层；所述电-气化反应器的底部开设有炭入口、排渣口和多个气体入口；所述电-气化反应器的顶部开设有气体出口；
所述电热元件与电网连接，所述电热元件用于将电网的弃电转换为热能，为所述电-气化反应器中的化学反应提供热量。
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