CN117780460A - 基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，包括泵热储能循环子系统和化学能存储循环子系统；泵热储能循环子系统包括：储能循环模块和释能循环模块；利用压缩空气产生的压缩热为甲醇分解反应提供热量并把甲醇加热到发生分解反应所需要的温度；以甲醇作为循环工质将压缩空气的压缩热能转化成合成气的化学能储存起来，在释能阶段利用合成气与空气燃烧的热能为透平做功供能。本发明提高了储能系统中多种能量之间的转化和利用效率，具有良好的环保效益和经济效益，同时减少了向大气环境中排放的二氧化碳。

Description

基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统

技术领域

本发明属于储能供能技术领域，具体涉及基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统。

背景技术

泵热储能技术是一种耦合热泵/热机循环与热能存储的新型电能转化技术。该技术在储能阶段，系统中热泵循环通过消耗电能并将其转化为冷能与热能分别进行存储，在释能阶段，系统通过热机循环将储存的冷能与热能转化为电能输出，进而实现了电能到热能的转化和存储，该技术因其相对较高的能量转化效率、储能密度以及地理环境依赖度低的特点得到了广泛的研究。

根据不同循环类型可分为，基于朗肯循环与基于布雷顿循环的泵热储能系统。储热设备内部的热损失及换热损失严重影响泵热储能系统的热力性能，因此，储热技术是泵热储能系统实现能量高效转化的关键。储热技术根据储热原理不同可分为潜热储存、显热储存及化学热储存技术。目前，基于朗肯循环与布雷顿循环的泵热储能系统的热储存形式主要为潜热或显热储存形式。

针对现有的储能及发电系统存在的发电效率低，能量浪费以及二氧化碳排放量过高的技术问题，急需开发一种在实现高效发电的同时又能减少能量浪费和二氧化碳排放量的储能及发电系统。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，以解决现有的传统压缩空气储能系统存在的发电效率低，能量浪费以及二氧化碳排放量高的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，包括：泵热储能循环子系统和化学能存储循环子系统；

泵热储能循环子系统包括：储能循环模块和释能循环模块；

储能循环模块包括：绝热空气压缩机，绝热空气压缩机出口端连接甲醇分解反应器，甲醇分解反应器空气出口端依次连接低压段透平和第一换热器，第一换热器出口端连接绝热空气压缩机入口端；

释能循环模块包括：近等温空气压缩机，近等温空气压缩机出口端连接第二换热器，第二换热器低温侧出口端依次连接高压段透平入口端和低压段透平入口端，低压段透平出口端通过第一换热器连接近等温空气压缩机入口端；

化学能存储循环子系统包括：甲醇储罐，甲醇储罐通过甲醇增压泵连接甲醇分解反应器甲醇入口端，甲醇分解反应器甲醇出口端连接液体甲醇储罐，甲醇分解反应器一氧化碳出口端连接合成气储罐。

优选地，绝热空气压缩机与低压段透平同轴连接。

优选地，高压段透平与低压段透平同轴连接。

优选地，合成气储罐出口端依次连接燃烧室和第二换热器的高温侧入口端，第二换热器的废气管道连接大气环境。进一步优选地，合成气储罐和燃烧室之间安装有节流阀。

优选地，甲醇分解反应器和低压段透平之间安装有第一阀门；第一换热器和绝热空气压缩机之间安装有第二阀门；第一换热器和近等温空气压缩机之间安装有第三阀门；第二换热器和低压段透平之间安装有第四阀门。

优选地，甲醇分解反应器为中心对称的多层套管式结构，由内至外依次包括空气流道、反应分离流道和燃料流道；燃料流道的出口端依次连接冷凝装置和气液分离器，气液分离器的气体出口端连接合成气储罐，气液分离器的液体出口端依次连接雾化装置及反应分离流道的入口端。

进一步优选地，空气流道与燃料流道中的流体流动方向相同，反应分离流道中的流体流动方向与空气流道和燃料流道中的流体流动方向相反。

进一步优选地，反应分离流道自入口端依次包括蒸发段、预热段、反应段及分离段。

进一步优选地，蒸发段内部设有中心对称的翅片装置，翅片装置固定在空气流道的外侧；反应段中装填催化剂；分离段内部设有扩压型气体分离膜装置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，包括：泵热储能循环子系统和化学能存储循环子系统；泵热储能循环子系统，用于为甲醇分解反应提供热量有利于使其向正反应方向进行，回收利用合成气的热量和部分压缩热，并在释能阶段利用合成气的化学能，通过与高压空气混合燃烧，驱动透平膨胀做功发电；化学能存储循环子系统，用于以甲醇作为循环工质将压缩空气的压缩热能转化成合成气的化学能储存起来，在释能阶段利用合成气与空气燃烧为透平做功供能。泵热储能循环子系统包括：储能循环模块和释能循环模块；储能循环模块的绝热空气压缩机及甲醇增压泵利用可再生能源电能或者电网波谷电能分别将空气与甲醇增压升温，高温高压的空气进入甲醇分解反应器，为甲醇分解提供热能，换热后的空气进入甲醇分解反应器将甲醇加热到甲醇分解反应器反应目标温度，随后进入低压段透平做功回收部分压缩热能，透平出口的低压低温空气在第一换热器处吸收环境中的低温热能，随后进入绝热空气压缩机完成泵热循环；在甲醇分解反应器中生成的一氧化碳和未发生反应的气态甲醇，经逆流换热对甲醇液体进行预热后，通过气液分离器将甲醇液体与一氧化碳分离成两股，甲醇液体进入甲醇储罐继续进行甲醇化学反应，一氧化碳则储存于合成气储罐中。

在储能阶段，伴随压缩空气过程产生的压缩热作为吸热型甲醇裂解反应的驱动热源，将低品位的压缩热能转换成高品位的合成气化学能，产生合成气中的氢气进一步通过设置于反应器中的膜分离装置分离后，向用户侧输出，而未被分离的合成气中的一氧化碳和未发生裂解反应的甲醇蒸汽，则通过反应产物通道流出，并在流动过程中为参与裂解反应的甲醇提供热量。释能循环模块中的合成气储罐中的合成气混合物通过降压，使燃烧室入口压力稳定，空气与合成气混合物在燃烧室内燃烧，燃烧室出口的高温烟气在第二换热器处与释能发电循环的高压空气充分换热后，常压低温的烟气排入大气环境。与此同时，低压空气经近等温压缩机压缩至高压，与第二换热器中的高温烟气进行换热，随后高温高压的空气经高压段透平、低压段透平膨胀做功发电，透平出口的低温低压空气向环境放热，完成释能发电循环。本发明基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，由压缩空气生成的压缩热供给甲醇分解反应，并将甲醇加热至进行分解反应所需的温度；以甲醇为循环工质，将压缩空气中的压缩热能转换为合成气的化学能并存储于发动机中，释放期则通过混合气和空气燃烧产生的热量为涡轮提供能量。该方法可以有效地提升储能系统内各种能源的转换与使用效率，在降低二氧化碳排放量的同时，将产生较好的环境效益与经济效益。

进一步地，空气流道与燃料流道中的流体流动方向相同，反应分离流道中的流体流动方向与空气流道、燃料流道中的流体流动方向相反，从而使冷热流体之间流动方式为逆流，实现流体之间的充分换热。

进一步地，空气在流经空气流道的过程中，将热量传递至反应分离流道侧，依次为甲醇的裂解反应、预热及蒸发供热；液态甲醇经雾化装置雾化后，形成微米级的甲醇液滴，然后进入反应分离流道的蒸发段，甲醇液滴在接触翅片装置表面后，瞬间蒸发变为气态甲醇，之后气态甲醇依次流经蒸发段和预热段，然后进入反应段中，在催化剂的作用下发生裂解反应生成合成气，合成气流经分离段，在扩压型气体分离膜装置的作用下，合成气中的氢气渗透至另一侧，然后流出反应分离流道，合成气中的一氧化碳和未反应的气体甲醇则被截留，然后流入燃料流道；在燃料流道中，一氧化碳和未反应的气体甲醇在流动过程中将热量传递至反应分离流道侧，为甲醇的裂解反应和预热供热；一氧化碳和未反应的气体甲醇由燃料流道流出后，依次流经冷凝装置和气液分离器，分离出的一氧化碳气体流入储罐进行存储，液体甲醇则与新鲜甲醇进行混合，经雾化后进入反应分离流道中。

进一步地，反应分离流道从右至左依次包括蒸发段、预热段、反应段及分离段，其中蒸发段内部设有中心对称的翅片装置，翅片装置固定在空气流道的外侧，反应段中装填催化剂，分离段内部设有扩压型气体分离膜装置，可实现甲醇蒸发、预热、反应及分离一体化流程，使设备结构紧凑，减少占地面积；翅片装置增大了换热装置的换热面积，从而实现甲醇液滴的瞬间气化；扩压型气体分离膜装置可增大膜两侧气体的压差，实使氢气从合成气中充分分离。

进一步地，燃料流道的出口端依次连接冷凝装置和气液分离装置，气液分离装置的气体出口端连接储罐，气液分离装置的液体出口端依次连接雾化装置及反应分离流道的入口端，实现未反应甲醇的循环利用。

进一步地，空气在流经空气流道的过程中，将热量传递至反应分离流道侧，依次为甲醇的裂解反应、预热及蒸发供热，实现压缩热的充分回收利用。

进一步地，液态甲醇经雾化装置雾化后，形成微米级的甲醇液滴，然后进入反应分离流道的蒸发段，甲醇液滴在接触翅片装置表面后，瞬间蒸发变为气态甲醇，之后气态甲醇依次流经蒸发段和预热段，然后进入反应段中，在催化剂的作用下发生裂解反应生成合成气，合成气流经分离段，在扩压型气体分离膜装置的作用下，合成气中的氢气渗透至另一侧，然后流出反应分离流道，合成气中的一氧化碳和未反应的气体甲醇则被截留，然后流入燃料流道，甲醇蒸发、吸热及裂解过程可充分回收压缩热，实现低品位压缩热至高品位化学能的转化；合成气中的氢气被分离出来可实现氢电联产，满足多元化供能需求。

进一步地，在燃料流道中，一氧化碳和未反应的气体甲醇在流动过程中将热量传递至反应分离流道侧，为甲醇的裂解反应和预热供热，实现反应产物的余热回收。

进一步地，一氧化碳和未反应的气体甲醇由燃料流道流出后，依次流经冷凝装置和气液分离器，分离出的一氧化碳气体流入储罐进行存储，液体甲醇则与新鲜甲醇进行混合，经雾化后进入反应分离流道中，液体甲醇经雾化后形成微米级甲醇液滴，从而增大甲醇液体的比表面积，使甲醇在接触换热装置后能瞬间蒸发为气体甲醇。

进一步地，在释能过程中选用近等温压缩机，可以大幅降低由于为空气增压而产生的压缩功。

附图说明

图1为本发明公开的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统的工艺流程示意图；

图2为本发明公开的甲醇分解反应器的示意图。

其中：1.绝热空气压缩机；2.甲醇分解反应器；21.空气流道；22.反应分离流道；221.蒸发段；222.预热段；223.反应段；224.分离段；225.扩压型气体分离膜装置；226.翅片装置；23.燃料流道；3.第一阀门；4.低压段透平；5.第一换热器；6.第二阀门；7.第三阀门；8.甲醇储罐；9.甲醇增压泵；10.合成气储罐；11.节流阀门；12.燃烧室；13.第二换热器；14.近等温空气压缩机；15.高压段透平；16.第四阀门。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明公开了基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，包括：泵热储能循环子系统和化学能存储循环子系统；泵热储能循环子系统，用于为甲醇分解反应提供热量有利于使其向正反应方向进行，回收利用合成气的热量和部分压缩热，并在释能阶段利用合成气的化学能驱动透平膨胀做功发电；化学能存储循环子系统，用于以甲醇作为循环工质将压缩空气的压缩热能转化成合成气的化学能储存起来，在释能阶段利用合成气与空气燃烧为透平做功供能。利用泵热循环和化学能循环相互供给能量实现了能量的高效利用，具有良好的经济效益。

本发明利用压缩空气产生的压缩热为甲醇分解反应提供热量并把甲醇加热到发生分解反应所需要的温度；以甲醇作为循环工质将压缩空气的压缩热能转化成合成气的化学能储存起来，在释能阶段利用合成气与空气燃烧的热能为透平做功供能。本发明提高了储能系统中多种能量之间的转化和利用效率，具有良好的环保效益和经济效益，同时减少了向大气环境中排放的碳。

参见图1为本发明公开的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统的工艺流程示意图；从图中可以看出，本发明公开的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统包括：

泵热储能循环子系统，用于为甲醇分解反应提供热量有利于使其向正反应方向进行，回收利用合成气的热量和部分压缩热，并在释能阶段利用合成气的化学能驱动透平膨胀做功发电；

化学能存储循环子系统，用于以甲醇作为循环工质将压缩空气的压缩热能转化成合成气的化学能储存起来，在释能阶段利用合成气与空气燃烧为透平做功供能。储能环节，泵热储能循环子系统包括绝热空气压缩机1同轴连接低压段透平4，绝热空气压缩机1的出口端连接甲醇分解反应器2的空气入口端，甲醇分解反应器2的空气出口端通过第一阀门3依次连接低压段透平4，第一换热器5，绝热空气压缩机1入口端，工质空气重新流回绝热空气压缩机1构成循环系统。释能环节，泵热储能循环子系统包括近等温空气压缩机14的出口端连接第二换热器13的低温侧入口，第二换热器13低温侧出口端依次连接同轴连接的高压段透平15和低压段透平4，低压段透平4的出口端通过第一换热器5连接近等温空气压缩机14入口端，工质空气重新流回近等温空气压缩机14构成循环系统。化学能存储循环子系统包括甲醇储罐8，甲醇储罐8通过甲醇增压泵9连接甲醇分解反应器2的甲醇入口端，甲醇分解反应器2出口端分为两侧，一侧连接液体甲醇储罐8构成循环系统，另一侧连接合成气储罐10，合成气储罐10通过节流阀门11依次连接燃烧室12和第二换热器13的高温侧，第二换热器13的废气管道连接大气环境。

参见图2为本发明公开的甲醇分解反应器的示意图；从图中可以看出，甲醇分解反应器2为中心对称的多层套管式结构，由内至外依次包括空气流道21、反应分离流道22、燃料流道23，其中空气流道21与燃料流道23中的流体流动方向相同，反应分离流道22中的流体流动方向与空气流道21、燃料流道23中的流体流动方向相反；反应分离流道22从右至左依次包括蒸发段221、预热段222、反应段223及分离段224，其中蒸发段221内部设有中心对称的翅片装置226，翅片装置226固定在空气流道21的外侧，反应段223中装填催化剂，分离段224内部设有扩压型气体分离膜装置225；燃料流道23的出口端依次连接冷凝装置和气液分离器，气液分离器的气体出口端连接合成气储罐10，气液分离器的液体出口端依次连接雾化装置及反应分离流道22的入口端。空气在流经空气流道21的过程中，将热量传递至反应分离流道22侧，依次为甲醇的裂解反应、预热及蒸发供热；液态甲醇经雾化装置雾化后，形成微米级的甲醇液滴，然后进入反应分离流道22的蒸发段221，甲醇液滴在接触翅片装置226表面后，瞬间蒸发变为气态甲醇，之后气态甲醇依次流经蒸发段221和预热段222，然后进入反应段223中，在催化剂的作用下发生裂解反应生成合成气，合成气流经分离段224，在扩压型气体分离膜装置225的作用下，合成气中的氢气渗透至另一侧，然后流出反应分离流道22，合成气中的一氧化碳和未反应的气体甲醇则被截留，然后流入燃料流道23；在燃料流道23中，一氧化碳和未反应的气体甲醇在流动过程中将热量传递至反应分离流道22侧，为甲醇的裂解反应和预热供热；一氧化碳和未反应的气体甲醇由燃料流道23流出后，依次流经冷凝装置和气液分离器，分离出的一氧化碳气体流入储罐进13行存储，液体甲醇则与新鲜甲醇进行混合，经雾化后进入反应分离流道22中。

本发明公开了基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，包括：泵热储能循环子系统和化学能存储循环子系统；

泵热储能循环子系统包括：储能循环模块和释能循环模块；

储能循环模块包括：绝热空气压缩机1，绝热空气压缩机1出口端连接甲醇分解反应器2，甲醇分解反应器2空气出口端依次连接低压段透平4和第一换热器5，第一换热器5出口端连接绝热空气压缩机1入口端；

释能循环模块包括：近等温空气压缩机14，近等温空气压缩机14出口端连接第二换热器13，第二换热器13低温侧出口端依次连接高压段透平15入口端和低压段透平4入口端，低压段透平4出口端通过第一换热器5连接近等温空气压缩机14入口端；

化学能存储循环子系统包括：甲醇储罐8，甲醇储罐8通过甲醇增压泵9连接甲醇分解反应器2甲醇入口端，甲醇分解反应器2甲醇出口端连接液体甲醇储罐8。

绝热空气压缩机1与低压段透平4同轴连接。高压段透平15与低压段透平4同轴连接。甲醇分解反应器2出口端分为两侧，一侧连接液体甲醇储罐8构成循环系统，另一侧连接合成气储罐10，合成气储罐10出口端依次连接燃烧室12和第二换热器13的高温侧入口端，第二换热器13的废气管道连接大气环境。合成气储罐10和燃烧室12之间安装有节流阀门11。甲醇分解反应器2和低压段透平4之间安装有第一阀门3；第一换热器5和绝热空气压缩机1之间安装有第二阀门6；第一换热器5和近等温空气压缩机14之间安装有第三阀门7；第二换热器13和低压段透平4之间安装有第四阀门16。

甲醇分解反应器2为中心对称的多层套管式结构，由内至外依次包括空气流道21、反应分离流道22和燃料流道23；燃料流道23的出口端依次连接冷凝装置和气液分离器，气液分离器的气体出口端连接合成气储罐10，气液分离器的液体出口端依次连接雾化装置及反应分离流道22的入口端。空气流道21与燃料流道23中的流体流动方向相同，反应分离流道22中的流体流动方向与空气流道21和燃料流道23中的流体流动方向相反。反应分离流道22自入口端依次包括蒸发段221、预热段222、反应段223及分离段224。蒸发段221内部设有中心对称的翅片装置226，翅片装置226固定在空气流道21的外侧；反应段223中装填催化剂；分离段224内部设有扩压型气体分离膜装置225。

甲醇分解反应器2包括空气流道21、反应分离流道22和燃料流道23，氢气储存腔，反应室，催化底板，扩压型膜分离器。空气流道21、反应分离流道22和燃料流道23，沿甲醇分解反应器2中心对称设置。空气流道21包括多个翅片装置226和肋片，沿空气流道21的外壁中心对称设置。反应分离流道22设置于燃料流道23内侧，且反应产物流动方向与燃料甲醇流动方向互为逆向流动。扩压型气体分离膜装置225为喷嘴型，合成气在流动过程中，实现增压和分离双重作用。

本发明公开的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统的工作流程具体为：

储能时：第一阀门3、第二阀门6开启，第三阀门7、第四阀门16关闭。绝热空气压缩机1及甲醇增压泵9利用可再生能源电能或者电网波谷电能分别将空气与甲醇增压升温，高温高压的空气进入甲醇分解反应器2，为甲醇分解提供热能，换热后的空气随后进入低压段透平4做功回收部分压缩热能，透平出口的低压低温空气在第一换热器5处吸收环境中的低温热能，随后进入绝热空气压缩机1完成泵热循环；在甲醇分解反应器2中生成的高温一氧化碳及未反应的气态甲醇，经逆流换热对甲醇液体进行预热后，将甲醇液体与合成气体分离成两股，甲醇液体进入甲醇储罐8继续进行甲醇化学反应，一氧化碳则储存于合成气储罐10中。

释能时：第一阀门3、第二阀门6关闭，第三阀门7、第四阀门16开启。合成气储罐10中的合成气混合物通过节流阀门11降压，使燃烧室12入口压力稳定，空气与合成气混合物在燃烧室12内燃烧，燃烧室12出口的高温烟气在第二换热器13处与释能发电循环的高压空气充分换热后，常压低温的烟气排入大气环境。与此同时，低压空气经近等温空气压缩机14压缩至高压，与第二换热器13中的高温烟气进行换热，随后高温高压的空气经高压段透平15、低压段透平4膨胀做功发电，透平出口的低温低压空气向环境放热，完成释能发电循环。

本发明基于空气泵热储能及化学能存储的泵热化学能量储存及发电系统，该装置由压缩空气生成的压缩热供给甲醇分解反应，并将甲醇加热至进行分解反应所需的温度；以甲醇为循环工质，将压缩空气中的压缩热能转换为合成气的化学能并存储于发动机中，释放期则通过混合气和空气燃烧产生的热量为涡轮提供能量。该方法可以有效地提升储能系统内各种能源的转换与使用效率，在降低二氧化碳排放量的同时，将产生较好的环境效益与经济效益。

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.基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，其特征在于，包括：泵热储能循环子系统和化学能存储循环子系统；

所述泵热储能循环子系统包括：储能循环模块和释能循环模块；

所述储能循环模块包括：绝热空气压缩机(1)，绝热空气压缩机(1)出口端连接甲醇分解反应器(2)，甲醇分解反应器(2)空气出口端依次连接低压段透平(4)和第一换热器(5)，第一换热器(5)出口端连接绝热空气压缩机(1)入口端；

所述释能循环模块包括：近等温空气压缩机(14)，近等温空气压缩机(14)出口端连接第二换热器(13)，第二换热器(13)低温侧出口端依次连接高压段透平(15)入口端和低压段透平(4)入口端，低压段透平(4)出口端通过第一换热器(5)连接近等温空气压缩机(14)入口端；

所述化学能存储循环子系统包括：甲醇储罐(8)，甲醇储罐(8)通过甲醇增压泵(9)连接甲醇分解反应器(2)甲醇入口端，甲醇分解反应器(2)甲醇出口端连接液体甲醇储罐(8)构成循环系统，甲醇分解反应器(2)一氧化碳出口端连接合成气储罐(10)。

2.根据权利要求1所述的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，其特征在于，所述绝热空气压缩机(1)与低压段透平(4)同轴连接。

3.根据权利要求1所述的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，其特征在于，所述高压段透平(15)与低压段透平(4)同轴连接。

4.根据权利要求1所述的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，其特征在于所述合成气储罐(10)出口端依次连接燃烧室(12)和第二换热器(13)的高温侧入口端，所述第二换热器(13)的废气管道连接大气环境。

5.根据权利要求4所述的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，其特征在于，所述合成气储罐(10)和燃烧室(12)之间安装有节流阀门(11)。

6.根据权利要求1所述的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，其特征在于，所述甲醇分解反应器(2)和低压段透平(4)之间安装有第一阀门(3)；所述第一换热器(5)和绝热空气压缩机(1)之间安装有第二阀门(6)；所述第一换热器(5)和近等温空气压缩机(14)之间安装有第三阀门(7)；所述第二换热器(13)和低压段透平(4)之间安装有第四阀门(16)。

7.根据权利要求1所述的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，其特征在于，所述甲醇分解反应器(2)为中心对称的多层套管式结构，由内至外依次包括空气流道(21)、反应分离流道(22)和燃料流道(23)；所述燃料流道(23)的出口端依次连接冷凝装置和气液分离器，气液分离器的气体出口端连接合成气储罐(10)，气液分离器的液体出口端依次连接雾化装置及反应分离流道(22)的入口端。

8.根据权利要求7所述的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，其特征在于，所述空气流道(21)与燃料流道(23)中的流体流动方向相同，反应分离流道(22)中的流体流动方向与空气流道(21)和燃料流道(23)中的流体流动方向相反。

9.根据权利要求7所述的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，其特征在于，所述反应分离流道(22)自入口端依次包括蒸发段(221)、预热段(222)、反应段(223)及分离段(224)。

10.根据权利要求9所述的基于空气泵热储能及化学能存储的能量储存及发电系统，其特征在于，所述蒸发段(221)内部设有中心对称的翅片装置(226)，翅片装置(226)固定在空气流道(21)的外侧；所述反应段(223)中装填催化剂；所述分离段(224)内部设有扩压型气体分离膜装置(225)。