CN217270366U - 发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种发电系统，包括通过管路依次连接形成介质循环回路的加热装置、做功装置、冷却装置及增压装置，介质循环回路是以超临界二氧化碳为循环介质的超临界二氧化碳布雷顿循环回路，发电系统还包括热化学储热单元，热化学储热单元与加热装置连接，热化学储热单元储存外部能源转化的热能，或通过释放储存的热能提供加热装置加热循环介质所需的热源。本实用新型热化学储热单元可以为超临界二氧化碳布雷顿循环提供合适的高温热源，将热化学储热单元和超临界二氧化碳布雷顿循环进行有机结合，可以实现高温储热换热，有效提高系统整体的热效率，解决现有的储热系统热效率低、储热放热温度范围受限等问题。

Description

发电系统

技术领域

本实用新型涉及发电技术领域，具体为一种基于热化学储能的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统。

背景技术

可再生能源高效利用与先进节能技术是推动“双碳目标”实现的重要力量。近年来风电、光伏等可再生能源发展迅速，可再生能源装机总量和发电量猛增。但受社会用电需求增长放缓等多方面原因，可再生能源消纳能力不足，仍存在大量弃风弃光；可再生能源消纳难题是能源系统长期发展不平衡、不协调产生的结果。在电力调峰方面，当前火电机组仍是主要调峰电源。为了降低碳排放量，早日实现碳达峰、碳中和，同时消纳可再生能源弃电、增加能源利用率，亟需规模化储能技术对电力系统中的谷电、弃电进行有效的消纳。

储热是储能的重要组成部分，其温度品位多样、规模大小灵活，安全且成本低，被广泛应用于太阳能光热发电与供暖、工业及建筑节能、设备热管理等领域，有助于解决由于时间、空间或强度不匹配带来的供给侧与需求侧难以高效衔接的问题，有效地提高热能的综合利用效率，可为电网提供规模巨大的可调负荷，提高电网调峰能力和可再生能源消纳水平，市场巨大。当前储热技术按照储热方式可以分为显热储热、潜热储热以及热化学储热。热化学储热通过可逆的化学反应来储存和释放能量。热化学反应储热的储能密度比显热储热和相变储热都高，适用的温度范围比较宽，理论储能周期较长，热损较小，可以长距离运输，理论上可以适用中高温储热领域，应用前景广阔。

当前水蒸气朗肯循环广泛应用于化石能源、核能和太阳能热发电等领域。然而水蒸气发电具有一定局限性，受金属材料耐温极限制约，当主蒸气温度达到近700℃时，材料腐蚀严重。另外，蒸发器和汽轮机入口压力为超临界压力，汽轮机末端和凝汽器在真空负压状态下运行，由于工质密度低，质量通流能力弱，设备庞大。而超临界二氧化碳无毒无害、腐蚀性小、价格便宜，由于其临界参数较低(临界压力7.38MPa，临界温度30.85℃)，容易达到超临界状态进行单相做功，能够耦合700℃以上的热端，循环热效率明显高于市场上商业化应用的氦气和水蒸气。

目前已经有较为成熟的谷电储热方案，但停留在以熔融盐为代表的第二代显热储热技术的研究层面，通过使用谷电、弃电加热流化储热罐中的熔融盐储存热量，待用电高峰期进行放热做功。由于受高温腐蚀、熔融盐分解的影响，熔融盐的平均运行温度在565℃，极大地限制了超临界二氧化碳布雷顿循环的整体效率。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提供了一种发电系统，能够实现高温高效储能及换热，提高超临界二氧化碳布雷顿循环系统发电效率，降低系统的运行成本。

本实用新型提供一种发电系统，包括通过管路依次连接形成介质循环回路的加热装置、做功装置、冷却装置及增压装置，介质循环回路是以超临界二氧化碳为循环介质的超临界二氧化碳布雷顿循环回路，发电系统还包括热化学储热单元，热化学储热单元与加热装置连接，热化学储热单元储存外部能源转化的热能，或通过释放储存的热能提供加热装置加热循环介质所需的热源。

根据该技术方案，热化学储热单元为超临界二氧化碳布雷顿循环提供合适的高温(600-850℃)热源，具备产品无腐蚀性、不需要气体存储、成本低、技术难度小等优点。采用超临界二氧化碳作为循环介质，具有循环效率高、压缩耗功小、做功装置结构紧凑，占地小、腐蚀性小等诸多优势，将热化学储热单元和超临界二氧化碳布雷顿循环进行有机结合，可以实现高温储热换热，有效提高系统整体的热效率，解决现有的储热系统热效率低、储热放热温度范围受限等问题。

本实用新型的可选技术方案中，热化学储热单元包括外部能源供给装置、储热罐及设于储热罐内的热化学储热模块，外部能源供给装置为热能供给装置，热能供给装置与储热罐通过第一管路连通，热能供给装置通过第一管路向储热罐内输送热空气提供热化学储热模块反应所需的热能和气体；热化学储热模块在规定温度条件下储存外部的能源转化的热能或释放储存的热能；

加热装置设于储热罐内并与热化学储热模块间壁式换热接触吸收热化学储热模块释放的热能，加热装置具有延伸至储热罐的外部的工质入口、工质出口，工质入口与增压装置的出口连接，工质出口与做功装置的入口连接；储热罐上开设有与工质入口位置对应的第一接口和与工质出口位置对应的第二接口。

根据该技术方案，可以直接利用热能进行发电，提高发电系统的能量来源的广泛性，以及废弃的热能的利用率；同时降低了系统的结构复杂性。热化学储热模块在一定温度条件下，与空气发生化学反应进行储热或放热。在储/放热过程中，整个过程只需要与空气进行反应，具有操作温度范围大，产品无腐蚀性，不需要气体存储等优点，热化学反应条件易满足，热化学储热模块的循环性能良好，可大幅降低制造成本。

本实用新型的可选技术方案中，热化学储热单元包括外部能源供给装置、储热罐、热化学储热模块及反应物供给装置，其中，外部能源供给装置为电网谷电/弃电输送装置，谷电/弃电输送装置与热化学储热模块连接，并提供热化学储热模块反应所需的电能；热化学储热模块在规定温度条件下储存电能转化的热能或释放储存的热能；

加热装置设于储热罐内并与热化学储热模块间壁式换热接触吸收热化学储热模块释放的热量，加热装置具有工质入口和工质出口，工质入口与增压装置的出口连接，工质出口与做功装置的入口连接；储热罐上开设有与工质入口位置对应的第一接口和与工质出口位置对应的第二接口；

反应物供给装置提供热化学储热模块反应所需的气体，储热罐上开设有空气进口、空气出口，空气进口与反应物供给装置的出口连接，空气出口与反应物供给装置的入口连接，空气出口设有开关阀。

根据该技术方案，可以通过外部的谷电/弃电转化为热能提供热化学储热模块发生化学反应所需的热能，提高谷电/弃电的利用率，实现资源的再利用。热化学储热模块在一定温度条件下，与空气发生化学反应进行储热或放热。在储/放热过程中，整个过程只需要与空气进行反应，具有操作温度范围大，产品无腐蚀性，不需要气体存储等优点，热化学反应条件易满足，热化学储热模块的循环性能良好，可大幅降低制造成本。

本实用新型的可选技术方案中，反应物供给装置为风机，热化学储热单元还包括空气预热器，空气预热器的冷端入口与风机的出口连接，空气预热器的冷端出口与空气进口连接，空气预热器的热端入口与空气出口连接。

根据该技术方案，风机结构简单，且能够提高空气进入空气预热器及储热罐的效率，有利于提高化学反应的效率，进而提高储/放热效率。热化学储热模块在进行放热时会通过空气出口排出一定温度的空气，空气出口与空气加热装置的热端入口连接，能够加热即将鼓入储热罐内的空气，降低热损失，提高系统效率。

本实用新型的可选技术方案中，热化学储热模块为非导电金属氧化物储热材料，谷电/弃电输送装置的电能输出端电连接有第一电热元件，热化学储热模块的表面设有第二电热元件，第一电热元件与第二电热元件之间电连接。

根据该技术方案，通过电热元件间接对热化学储热模块进行加热，有利于节约金属氧化物储热材料的成本；通过电热元件与热化学储热模块的表面接触有利于提高热化学储热模块的受热面积，提高导热效率。

本实用新型的可选技术方案中，非导电金属氧化物包括锂、钠、钾、镧、铈、钛、钴、铜、锰、铁、铬、铝、钡、镁、锌、铅、钼、镍、锆、钒、钇、钕、锶或钙的氧化物中的一种或多种，不同晶型的尖晶石系复合金属氧化物或钙钛矿系复合金属氧化物。

根据该技术方案，储热材料中的非导电金属氧化物材料在储热过程中，高价态的金属氧化物在一定温度条件下发生还原反应并储存热能，释放氧气变成低价态的金属氧化物；在放热过程中，低价态的金属氧化物发生再氧化，吸收氧气变成高价态的金属氧化物，释放储存的热能，整个过程只需要与空气进行反应，具有操作温度范围大，产品无腐蚀性，不需要气体存储等优点，热化学反应条件易满足，热化学储热模块的循环性能良好，可大幅降低制造成本。在完成热化学储能系统的放热过程后，储热罐中的金属氧化物材料又会恢复高价金属氧化物的原始状态，等待下一轮的谷电加热。

本实用新型的可选技术方案中，热化学储热模块为具有导电性能的金属氧化物储热材料，谷电/弃电输送装置的输出端与热化学储热模块之间通过导线连接，导线上设有电能输送开关。

根据该技术方案，在进行储热时，利用电网谷电/弃电输送装置直接通电加热金属氧化物储热材料，节省了电热元件的成本，简化了超临界二氧化碳布雷顿循环系统的结构复杂程度，且通过将废弃电能转化为热能实现了废弃电能的再利用。本领域技术人员可以根据金属氧化物储热材料的不同，灵活选择热化学储热模块的加热方式，实现外部电能向热能的转化储存。

本实用新型的可选技术方案中，金属氧化物储热材料为具有导电性的钙钛矿热化学储热材料，其化学通式为ABO₃，其A位元素包括锂、钠、钾、镧、锶、钡、镁、钕、铷、铯、钫、铍中的一种或多种，B位元素包括铈、钛、钴、铜、锰、铁、铬、铝、铅、钼、镍、锆、钒、钇中的一种或多种，钙钛矿热化学储热材料能够以稳定的钙钛矿结构存在。

根据该技术方案，可以根据需要选择合适的金属氧化物储热材料，并利用替位式元素掺杂的手段调控其储放热温度至合适温区。储热材料的选择参考因素有：储热温度、结构稳定性、循环特性、储热密度、电子导电能力、制备成本等。

本实用新型的可选技术方案中，工质出口连接第一调节阀，工质入口连接第二调节阀，第一调节阀控制进入做功装置的循环介质的流量，第二调节阀控制进入加热装置内的循环介质的流量。

根据该技术方案，本领域技术人员可以根据需要选择启动超临界二氧化碳布雷顿循环或关闭超临界二氧化碳布雷顿循环，当关闭超临界二氧化碳布雷顿循环时，系统可作为热化学储热装置储存外部的能量转化的热能，实现能量的有效利用。

本实用新型的可选技术方案中，超临界二氧化碳布雷顿循环回路为简单布雷顿循环回路、再压缩布雷顿循环回路、再压缩部分冷却布雷顿循环回路或再压缩中间冷却布雷顿循环回路。

根据该技术方案，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的布雷顿循环回路，布雷顿循环回路选择的参考因素有：分布式储能所需规模、储能温度、系统构建成本、系统做功效率等。

附图说明

图1为本实用新型第一实施方式中基于热化学储热的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的结构示意图。

图2为本实用新型第一实施方式中储热罐的结构示意图。

图3为本实用新型第二实施方式中基于热化学储热的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的结构示意图。

图4为本实用新型第二实施方式中储热罐的结构示意图。

图5为本实用新型第三实施方式中基于热化学储热的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的结构示意图。

图6为本实用新型第三实施方式中储热罐的结构示意图。

图7为本实用新型第四实施方式中储热罐的结构示意图。

附图标记：

加热装置1；工质入口11；工质出口12；做功装置2；冷却装置3；增压装置4；热化学储热单元5；外部能源供给装置51；电能输送开关511；储热罐52；热化学储热模块521；空气进口522；空气出口523；开关阀524；保温层525；反应物供给装置53；空气预热器54；第一电热元件551；第二电热元件552；第一调节阀61；第二调节阀62；第三调节阀63；第四调节阀64；回热器7。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

【第一实施方式】

请参阅图1所示，本实用新型提供一种发电系统，包括通过管路依次连接形成介质循环回路的加热装置1、做功装置2、冷却装置3及增压装置4依次连接成环的介质循环回路，介质循环回路是以超临界二氧化碳为循环介质的超临界二氧化碳布雷顿循环回路，发电系统还包括热化学储热单元5，热化学储热单元5与加热装置1连接，热化学储热单元5储存外部能源转化的热能，或通过释放储存的热能提供加热装置1加热循环介质所需的热源。

具体来说，热化学储热单元在规定温度条件下可以将外部能源转化为热能储存，也可以根据需要与氧气反应进行放热，热化学储热单元放热时与加热装置进行热交换提供循环介质被加热所需的热源，维持超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的运行，实现了热能-机械能-电能的转化。相比较熔融盐的平均运行温度在565℃，热化学储热单元可以为超临界二氧化碳布雷顿循环提供600-850℃的高温热源，且同时具备产品无腐蚀性、不需要气体存储、成本低、技术难度小等优点，高温热源有利于提高超临界二氧化碳布雷顿循环的整体效率。与蒸汽朗肯循环相比，采用二氧化碳作为循环介质具有循环效率高、无毒无害、腐蚀性小、压缩耗功小、做功装置结构紧凑，占地小、价格便宜的优点，在高温条件下能够减少对设备的腐蚀，提高设备的使用寿命；一般认为，当主蒸气温度高于550℃时，超临界二氧化碳的循环效率高于水蒸气朗肯循环。二氧化碳的临界参数较低，容易达到超临界状态进行单相做功，超临界二氧化碳布雷顿循环系统的循环热效率明显高于氦气和水蒸气。且超临界二氧化碳布雷顿循环具有容器材料不受限、系统设计简单、设备紧凑、规模小和循环热效率高的优势。

本实用新型将热化学储热单元与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统耦合，可以实现高温储热换热，有效提高系统整体的热效率，实现外部能源中剩余能源的高效率储存和转化，解决现有的储热系统热效率低、储热放热温度范围受限等问题。

本实用新型的优选实施方式中，热化学储热单元5包括外部能源供给装置51、储热罐52及反应物供给装置53，储热罐52内设有热化学储热模块521，外部能源供给装置51为电网谷电/弃电输送装置，外部能源供给装置51与热化学储热模块521连接，并提供热化学储热模块521储热所需的电能；热化学储热模块521在规定温度条件下储存电能转化的热能或释放储存的热能；加热装置1设于储热罐52内并与热化学储热模块521间壁式换热接触吸收热化学储热模块521释放的热量，加热装置1具有工质入口11和工质出口12，工质入口11与增压装置4的出口连接，工质出口12与做功装置2的入口连接；储热罐52上开设有与工质入口11位置对应的第一接口和与工质出口12位置对应的第二接口；反应物供给装置53提供热化学储热模块521反应所需的气体，储热罐52上开设有空气进口522、空气出口523，空气进口522与反应物供给装置53的出口连接，空气出口523与反应物供给装置53的入口连接，空气出口523设有开关阀524。

根据该技术方案，可以通过外部的谷电/弃电转化为热能提供热化学储热模块521发生化学反应所需的热能，提高谷电/弃电的利用率，实现资源的再利用。热化学储热模块521在一定温度条件下，与空气发生化学反应进行储热或放热。在储/放热过程中，整个过程只需要与空气进行反应，具有操作温度范围大，产品无腐蚀性，不需要气体存储等优点，热化学反应条件易满足，热化学储热模块的循环性能良好，可大幅降低制造成本。

具体地，在储热时，热化学储热模块521在一定温度条件下发生还原反应并释放氧气，将外部能源供给装置51提供的能源中的部分热量以化学能或热能的形式存储起来，最终可以实现将外部的能源转化为热能、化学能储存。

在放热过程中，通过将加热装置1设于储热罐52内，受温差驱使，热化学储热模块52的逆化学反应开始进行，热化学储热模块52吸收储热罐52内的氧气发生氧化反应，将存储的热能及化学能以热能的形式释放，热化学储能模块52与低温的超临界二氧化碳在加热装置1中进行充足的热量交换，使加热装置1输出高温的超临界二氧化碳工质，随后进入做功装置2进行做功发电，实现热能-机械能-电能的转化，从而完成热化学储热单元5的放热供电过程。在储/放热过程中，热化学储热模块52只需要与空气进行反应，具有操作温度范围大，产品无腐蚀性，不需要气体存储等优点，热化学反应条件易满足的优点，且热化学储热模块的循环性能良好，可多次使用，大幅降低制造成本。

本实用新型的具体实施例中，反应物供给装置53为风机，热化学储热单元5还包括空气预热器54，空气预热器54的冷端入口与风机的出口连接，空气预热器54的冷端出口与空气进口522连通，空气预热器54的热端入口与空气出口523连接。

通过上述方式，风机提高了空气进入空气预热器54及储热罐52的效率，有利于提高化学反应的效率，进而提高储/放热效率。热化学储热模块52在进行放热时会通过空气出口523排出一定温度的空气，空气出口523与空气预热器54的热端入口连接，能够加热即将鼓入储热罐52内的空气，降低布雷顿循环系统的热损失，提高系统效率。

本实用新型的优选实施方式中，工质出口12连接第一调节阀61，工质入口11连接第二调节阀62，第一调节阀61控制进入做功装置2的循环介质的流量，第二调节阀62控制进入加热装置1内的循环介质的流量。

通过上述方式，可以根据需要选择启动超临界二氧化碳布雷顿循环或关闭超临界二氧化碳布雷顿循环，当关闭超临界二氧化碳布雷顿循环时，系统可作为热化学储热装置储存外部的能量转化的热能，实现能量的有效利用。

本实用新型的优选实施方式中，超临界二氧化碳布雷顿循环回路为简单布雷顿循环回路、再压缩布雷顿循环回路、再压缩部分冷却布雷顿循环回路或再压缩中间冷却布雷顿循环回路。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的布雷顿循环回路，布雷顿循环单元选择的参考因素有：分布式储能所需规模、储能温度、系统构建成本、系统做功效率等。

以简单布雷顿循环回路为例说明，简单布雷顿循环中，加热装置1为超临界二氧化碳换热器，做功装置2为透平，冷却装置3为冷凝器，增压装置4为压缩机，简单布雷顿循环中还包括回热器7，回热器7的热侧入口与做功装置2的介质出口连通，回热器7的热侧出口与冷却装置3的入口连通，回热器7的冷侧入口与增压装置4的介质出口连通，回热器7的冷侧出口与加热装置1的入口连通。该布雷顿循环系统结构简单、设备紧凑，可以有效消纳分布式可再生能源弃电；超临界二氧化碳布雷顿循环的流程为本领域常见形式，在此不再赘述。

本实用新型的优选实施方式中，热化学储热模块521为非导电性金属氧化物储热材料，谷电/弃电输送装置51的电能输出端电连接有第一电热元件551，热化学储热模块521的表面设有第二电热元件552，第一电热元件551与第二电热元件552之间电连接。通过第一电热元件551、第二电热元件552间接对热化学储热模块521进行加热，有利于节约金属氧化物储热材料的成本。通过电热元件与热化学储热模块521的表面接触有利于提高热化学储热模块的受热面积，提高导热效率。

优选地，非导电金属氧化物包括锂、钠、钾、镧、铈、钛、钴、铜、锰、铁、铬、铝、钡、镁、锌、铅、钼、镍、锆、钒、钇、钕、锶或钙的氧化物中的一种或多种，不同晶型的尖晶石系复合金属氧化物或钙钛矿系复合金属氧化物。

热化学储热材料中的非导电金属氧化物材料在储热过程中，高价态的金属氧化物在一定温度条件下发生还原反应并储存热能，释放氧气变成低价态的金属氧化物；在放热过程中，低价态的金属氧化物发生再氧化，吸收氧气变成高价态的金属氧化物，释放储存的热能，整个过程只需要与空气进行反应，具有操作温度范围大，产品无腐蚀性，不需要气体存储等优点，热化学反应条件易满足，热化学储热模块的循环性能良好，可大幅降低制造成本。在完成热化学储能系统的放热过程后，储热罐中的金属氧化物材料又会恢复高价金属氧化物的原始状态，等待下一轮的谷电、弃电加热。

本实用新型实施方式中，可以根据需要选择合适的金属氧化物储热材料，并利用替位式元素掺杂的手段调控其储放热温度至合适温区。通过控制和改变掺杂元素的种类与比例，将其氧化还原反应温区调整至合适储热换热温区，可以与超临界二氧化碳布雷顿循环系统进行更好地耦合，降低

损失，提高系统效率。

应用场景

如图1、图2所示，当电网处于用电峰谷、可再生能源出现弃风弃光时，可将谷电/弃电经由电网谷电/弃电输送装置通入第一电热元件551、第二电热元件552，加热储热罐52内的热化学储热模块521，热化学储热模块521储存显热的同时促使金属氧化物储热材料发生还原反应进行热化学储热，由此将电网中的谷电/弃电转化为热能和化学能存储于金属氧化物储热材料中。此时风机不运作，将开关阀524打开，金属氧化物还原反应产生的氧气可自然排出；第一调节阀61、第二调节阀62保持关闭，超临界二氧化碳布雷顿循环系统处于休眠状态。

储热过程完成后，关闭电网谷电/弃电输送装置及开关阀524，储热罐52为保温储罐，储热罐52的内壁具有保温层525，在储热罐52保温层525的加持下，储存下来的能量能够维持8小时以上，可待用电高峰期再进行放热供电。

上述储热过程发生的化学反应如下方所示，除显热储热外，热能以化学能的形式储存。(M代表金属元素的一种或多种)

当电网处于用电高峰期，可再生能源电力供应略显乏力时，热化学储热单元5需要进行放热供电。在热源端，打开风机及开关阀524，空气由风机鼓入空气预热器54的冷端，经过预热后进入储热罐53与储热罐53内高温的金属氧化物储热材料发生氧化反应，释放存储的化学能产生热量，加热超临界二氧化碳换热器中的高压超临界二氧化碳工质。储热罐52中排出的高温空气进入空气预热器54的热端，用于加热风机鼓入的空气，减少系统热损失。在做功端，打开第一调节阀61和第二调节阀62，超临界二氧化碳布雷顿循环系统启动，储热罐52内产生的高温高压超临界二氧化碳热流(如，温度为700℃，压力为30MPa)首先流入做功装置2进行做功，做功装置2后可接20MW功率发电机(图中未示出)进行发电；做功后641.11℃、7.6MPa的超临界二氧化碳进入回热器7作为热端，经过换热后133.04℃、7.5MPa的超临界二氧化碳进入冷却器3转变为32℃、7.4MPa的超临界二氧化碳冷流，经压缩机4压缩产生128.04℃、30.2MPa的高压超临界二氧化碳进入回热器7的冷端，与之前的高温中压超临界二氧化碳进行充足热交换，产生557.66℃、30.1MPa的高压超临界二氧化碳热流并回到储热罐52中的超临界二氧化碳换热器中，形成完整的放热供电系统循环，实现化学能-热能-机械能-电能的转化。

上述放热过程发生的化学反应如下方所示，其储存的化学能转化为热能释放。(M代表实用新型内容中所述金属元素的一种或多种)

【第二实施方式】

如图3、图4所示，本实用新型的第三实施方式提供一种发电系统，且与第一实施方式、第二实施方式的结构基本相同，不同之处在于，热化学储热模块521为具有导电性能的金属氧化物储热材料，谷电/弃电输送装置的输出端与热化学储热模块521之间通过导线连接，导线上设有电能输送开关511。

根据该技术方案，在进行储热时，利用电网谷电/弃电输送装置直接通电加热金属氧化物储热材料，节省了电热元件的成本，简化了超临界二氧化碳布雷顿循环系统的结构复杂程度，且通过将废弃电能转化为热能实现了废弃电能的再利用。本领域技术人员可以根据金属氧化物储热材料的不同，灵活选择热化学储热模块的加热方式，实现外部电能向热能的转化储存。

本实施方式中的储热罐52内部结构如图4所示，储热罐52内的钙钛矿热化学储热模块呈蜂窝状，由钙钛矿复合金属氧化物粉末与粘结剂混合压制、烧结而成，其常温下电阻率可达3Ω·cm，随着温度的增加，该储热材料的电阻率将不断下降，在400-700℃温度下可达0.1Ω·cm甚至更低，具体导电能力取决于储热材料配方。

本实用新型实施方式依托于特定钙钛矿型金属氧化物的电子导电性能，在进行电加热的同时，其储/放热过程发生的化学反应如下方所示，除显热储热外，热能以化学能的形式储存。(A、B代表实用新型内容中所述金属元素的一种或多种)

本实用新型的优选实施方式中，金属氧化物储热材料为具有导电性的钙钛矿热化学储热材料，其化学通式为ABO₃，其A位元素包括锂、钠、钾、镧、锶、钡、镁、钕、铷、铯、钫、铍中的一种或多种，B位元素包括铈、钛、钴、铜、锰、铁、铬、铝、铅、钼、镍、锆、钒、钇中的一种或多种，钙钛矿热化学储热材料能够以稳定的钙钛矿结构存在。如BaCoO₃、La_xSr_1-xCo_yFe_1-yO₃、Ba_xSr_1-xCo_yFe_1-yO₃、La_xBa_ySr_1-x-yCo_zFe_1-zO₃等。

本实用新型实施方式中，可以根据需要选择合适的金属氧化物储热材料，并利用替位式元素掺杂的手段调控其储放热温度至合适温区。通过控制和改变掺杂元素的种类与比例，将其氧化还原反应温区调整至合适储热换热温区，可以与超临界二氧化碳布雷顿循环系统进行更好地耦合，降低

损失，提高系统效率。进一步地，储热材料的选择参考因素有：储热温度、结构稳定性、循环特性、储热密度、电子导电能力、制备成本等。较高的储热温度有利于保证超临界二氧化碳布雷顿循环的循环热效率，良好的结构稳定性和循环特性保证了热化学储热模块的耐久性，节约成本，较高的储热密度，保证了热化学储热模块的储热性能，优良的电子导电能力，提高了电能转化为热能的效率。

【第三实施方式】

请参阅图5、图6所示，本实用新型的优选实施方式中，外部能源供给装置51为热能供给装置，热能供给装置与储热罐52的空气入口522通过第一管路连接，热能供给装置通过第一管路向储热罐52内输送热空气提供热化学储热模块521反应所需的热能和气体。进一步地，储热罐52的空气出口523通过第二管路与热能供给装置的入口连接，储热罐52中产生的废气通过第二管路进入热能供给装置，减少热损失，实现热能的循环，且储热罐52中产生的废气中具有较高的含氧量。第一管路上设有第三调节阀63，能够方便控制进入储热罐52内的气体流量，第二管路上设有第四调节阀64，能够方便控制进入热能供给装置的气体流量。

本实用新型实施方式中，通过直接利用热能进行发电，提高发电系统的能量来源的广泛性，以及能量的利用率。具体地，热能供给装置为太阳能吸热器或其它工业热源等，聚光太阳能系统前端吸热器集热温度以及某些工业生产窑炉排气温度均可达750℃以上，可以为金属氧化物储热材料提供足够的还原反应条件，进行高效储热。

进行储热时，打开第三调节阀63和第四调节阀64，太阳能吸热器或其他工业热源产生的热空气通过第一管路进入储热罐52，加热其中的热化学储热模块521实现储热过程；本实施方式中的储热罐52的内部结构如图6所示，与第一实施方式基本相同，在此不再赘述。

【第四实施方式】

本实用新型的第四实施方式提供了一种多孔碳化硅负载金属氧化物的热化学储热模块，与之对应的储热罐52的内部结构如图7所示。与本实用新型实施方式中热化学储热模块的材料与第一、第二实施方式中的储热材料不同，该储热材料是以多孔碳化硅材料为基底，通过浸渍法将金属氧化物负载于多孔结构的碳化硅基体表面制得，该热化学储热模块的导热性能优于纯金属氧化物储热模块的导热性能。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种发电系统，其特征在于，包括通过管路依次连接形成介质循环回路的加热装置、做功装置、冷却装置及增压装置，所述介质循环回路是以超临界二氧化碳为循环介质的超临界二氧化碳布雷顿循环回路，所述发电系统还包括热化学储热单元，所述热化学储热单元与所述加热装置连接，所述热化学储热单元储存外部能源转化的热能，或通过释放储存的热能提供所述加热装置加热所述循环介质所需的热源。

2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述热化学储热单元包括外部能源供给装置、储热罐及设于所述储热罐内的热化学储热模块，所述外部能源供给装置为热能供给装置，所述热能供给装置与所述储热罐通过第一管路连通，所述热能供给装置通过所述第一管路向所述储热罐内输送热空气提供所述热化学储热模块反应所需的热能和气体；所述热化学储热模块在规定温度条件下储存外部的能源转化的热能或释放储存的热能；

所述加热装置设于所述储热罐内并与所述热化学储热模块间壁式换热接触吸收所述热化学储热模块释放的热能，所述加热装置具有延伸至所述储热罐的外部的工质入口、工质出口，所述工质入口与所述增压装置的出口连接，所述工质出口与所述做功装置的入口连接；所述储热罐上开设有与所述工质入口位置对应的第一接口和与所述工质出口位置对应的第二接口。

3.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述热化学储热单元包括外部能源供给装置、储热罐、热化学储热模块及反应物供给装置，其中，所述外部能源供给装置为电网谷电/弃电输送装置，所述谷电/弃电输送装置与所述热化学储热模块连接，并提供所述热化学储热模块反应所需的电能；所述热化学储热模块在规定温度条件下储存电能转化的热能或释放储存的热能；

所述加热装置设于所述储热罐内并与所述热化学储热模块间壁式换热接触吸收所述热化学储热模块释放的热量，所述加热装置具有工质入口和工质出口，所述工质入口与所述增压装置的出口连接，所述工质出口与所述做功装置的入口连接；所述储热罐上开设有与所述工质入口位置对应的第一接口和与所述工质出口位置对应的第二接口；

所述反应物供给装置提供所述热化学储热模块反应所需的气体，所述储热罐上开设有空气进口、空气出口，所述空气进口与所述反应物供给装置的出口连接，所述空气出口与所述反应物供给装置的入口连接，所述空气出口设有开关阀。

4.根据权利要求3所述的发电系统，其特征在于，所述反应物供给装置为风机，所述热化学储热单元还包括空气预热器，所述空气预热器的冷端入口与所述风机的出口连接，所述空气预热器的冷端出口与所述空气进口连接，所述空气预热器的热端入口与所述空气出口连接。

5.根据权利要求3所述的发电系统，其特征在于，所述热化学储热模块为非导电金属氧化物储热材料，所述谷电/弃电输送装置的电能输出端电连接有第一电热元件，所述热化学储热模块的表面设有第二电热元件，所述第一电热元件与所述第二电热元件之间电连接。

6.根据权利要求3所述的发电系统，其特征在于，所述热化学储热模块为具有导电性能的金属氧化物储热材料，所述谷电/弃电输送装置的输出端与所述热化学储热模块之间通过导线连接，所述导线上设有电能输送开关。

7.根据权利要求2至6中任一权利要求所述的发电系统，其特征在于，所述工质出口连接第一调节阀，所述工质入口连接第二调节阀，所述第一调节阀控制进入所述做功装置的循环介质的流量，所述第二调节阀控制进入所述加热装置内的循环介质的流量。

8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的发电系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳布雷顿循环回路为简单布雷顿循环回路、再压缩布雷顿循环回路、再压缩部分冷却布雷顿循环回路或再压缩中间冷却布雷顿循环回路。

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