CN219798043U - 一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于火力发电技术领域，具体涉及一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统，包括火力发电子系统、换热子系统和热化学反应子系统；其中火力发电子系统包括按工至流向依次串联设置的锅炉、汽轮机组、回热系统；换热子系统包括空气电加热器和空气‑给水换热器；热化学反应子系统包括氧化还原反应釜、第一金属氧化物储罐和第二金属氧化物储罐。系统可利用火电机组多余电能提供金属氧化物发生还原反应所需能量，将电能转化为化学能存储；还可利用金属氧化物发生氧化反应，将化学能转化为热能返回火电机组。该热化学储热系统与现有火电机组结合可实现机组的机炉解耦，为机组出力和电网负荷需求间充当蓄水池功能，大幅增加火电机组调峰灵活性。
Description
技术领域
本实用新型属于火力发电技术领域，涉及一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统。
背景技术
热储能因其能量密度高、转换效率高和应用成本低的特点被认为电网平衡峰谷差的最佳解决方案。为我国火电机组配置热储能是一条提高机组灵活性的有效手段，这其中水储热、固体储热和熔盐储热是目前较为成熟的热储能方案。但水储热存在储能密度低、占地面积大的缺点；固体储热存在放热温度不稳定、投资成本高的缺点；熔盐储热存在介质凝固、技术复杂和温度上限受限的缺点。
热化学储热由于能量密度高和热损失小的特点被认为未来有潜力在高温储热领域大规模应用。利用金属氧化物的氧化还原反应是前景较好的一种热化学储热体系，氧化还原反应系统通过使用空气作为传热介质和反应物，与其他热化学体系相比，可以减少二氧化碳或水蒸汽的要求。其高温储热的特性与火电机组储热需求相适应，但如何将热化学储热系统与火电机组耦合配置，以实现机组灵活性的提升是亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统，包括火力发电子系统、换热子系统和热化学反应子系统；其中：
换热子系统包括空气电加热器和空气-给水换热器；
热化学反应子系统包括氧化还原反应釜、第一金属氧化物储罐和第二金属氧化物储罐；火力发电子系统电能输出端通过电缆与空气电加热器的电能输入端连接，空气电加热器热空气出口与氧化还原反应釜连接；氧化还原反应釜的进出口分别与第一金属氧化物储罐和第二金属氧化物储罐连接；空气-给水换热器的热侧分别与氧化还原反应釜的进出口连接；空气-给水换热器的冷测分别与汽轮机组出口和回热系统出口连接。
火力发电子系统包括按工至流向依次串联设置的锅炉、汽轮机组、回热系统，汽轮机组驱动发电机发电，送至电网。
金属氧化物储罐采用钢筋混凝土制成或合金钢制成。
所述回热系统包括串联设置的多级低压加热器、除氧器和多级高压加热器。
所述第一金属氧化物和第二金属氧化物为同一金属元素的不同氧化物形式；所述第一金属氧化物中金属元素的价态高于第二金属氧化物中金属元素的价态。
所述第一金属氧化物为四氧化三钴、三氧化二锰、三氧化二铁、氧化铜、二氧化钡中的一种；第二金属氧化物为对应的氧化钴、四氧化三锰、四氧化三铁、氧化亚铜、氧化钡中的一种。
所述第一金属氧化物储罐和第二金属氧化物储罐为单罐或多罐并联设置。
所述第一金属氧化物储罐和第二金属氧化物储罐出口均设有介质驱动装置，为介质流动提供动力。
所述汽轮机组出口至空气-给水换热器入口管道上设有调节型阀门，通过调整阀门开度控制进入换热器的介质流量。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型提供的一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统，是利用金属氧化物在发生氧化还原反应过程中吸热和放热的特性，在火电机组需要存储能量时，利用多余电能提供金属氧化物发生还原反应所需能量，将电能转化为化学能存储；在需要为火电机组提供能量时，利用金属氧化物发生氧化反应，将化学能转化为热能，返回火电机组。该热化学储热系统与现有火电机组结合后能实现机组的机炉解耦，为机组出力和电网负荷需求间充当蓄水池功能。与现有技术相比，存在3个突出优点：
1)该金属氧化物储能系统原理简单，所需设备少，仅需要换热设备、氧化物存储罐以及氧化还原反应釜，与其他储热系统相比，系统简单建造成本低；
2)氧化还原反应系统通过使用空气作为传热介质和反应物，与其他热化学体系相比，可以减少二氧化碳或水蒸汽的要求，进一步降低系统造价；
3)与其他储热技术相比，该储能系统储热温度较高，系统热效率较高，且充放热过程易于控制，安全可靠。
附图说明
图1为本实用新型的一种火电机组耦合的金属氧化物储能系统储热阶段的结构示意图；
图2为本实用新型的火电机组耦合的金属氧化物储能系统放热阶段的结构示意图；
其中：1-火力发电子系统；2-换热子系统；3-热化学反应子系统；11-锅炉；12-汽轮机组；13-回热系统；14-发电机；15-电网；16-阀门；21-空气电加热器；22-空气-给水换热器；31-氧化还原反应釜；32-第一金属氧化物储罐；33-第二金属氧化物储罐。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，本实用新型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，以便这里描述的本实用新型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。
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
参见图1和图2，本实用新型系统包括火力发电子系统1、换热子系统2和热化学反应子系统3；其中火力发电子系统1包括按工至流向依次串联设置的锅炉11、汽轮机组12、回热系统13，汽轮机组驱动发电机14发电，送至电网15；换热子系统2包括空气电加热器21和空气-给水换热器22；热化学反应子系统3包括氧化还原反应釜31、第一金属氧化物储罐32和第二金属氧化物储罐33。发电机14出口通过电缆与空气电加热器21连接，为空气升温提供热量。空气电加热器21热空气出口与氧化还原反应釜31连接；氧化还原反应釜31的进出口分别与第一金属氧化物储罐32和第二金属氧化物储罐33连接。换热子系统2还包括空气-给水换热器22，换热器的热侧分别与氧化还原反应釜31的进出口连接；换热器的冷测分别与汽轮机组12出口和回热系统13出口连接。汽轮机组12出口至空气-给水换热器22入口管道上设有调节型阀门，可通过调整阀门开度控制进入换热器的介质流量。
第一金属氧化物储罐32和第二金属氧化物储罐33出口均设有固体颗粒输送泵，为介质流动提供动力。
本实用新型的工作过程及原理如下：
当电网处于用电低谷需要降低机组出力时，从火力发电子系统1发电机出口将部分电力引出至空气电加热器21，将冷空气加热为热空气，进入氧化还原反应釜，实现火力发电子系统1出力的降低；同时利用传送装置将存储的金属氧化物输送至氧化还原反应釜31与热空气发生还原反应，形成价态较低的金属氧化物。还原反应过程实现了机组电能以化学能的形式存储。
当电网处于非用电低谷时，从火力发电子系统1的凝汽器出口将部分给水引出至空气-给水换热器22；同时利用传送装置将存储的金属氧化物送至氧化还原反应釜31，与冷空气发生氧化反应放出热量，形成价态价高的金属氧化物。氧化反应过程实现了化学能向机组电能的转移。
本实用新型所述第一金属氧化物采用四氧化三钴、三氧化二锰、三氧化二铁、氧化铜或二氧化钡；第二金属氧化物为上述第一金属氧化物按顺序对应的氧化钴、四氧化三锰、四氧化三铁、氧化亚铜、氧化钡中的一种。第一金属氧化物和第二金属氧化物的粒径均小于1mm。
第一金属氧化物储罐32和第二金属氧化物储罐33的出口均设置
以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统，其特征在于，包括火力发电子系统(1)、换热子系统(2)和热化学反应子系统(3)；其中：
换热子系统(2)包括空气电加热器(21)和空气-给水换热器(22)；
热化学反应子系统(3)包括氧化还原反应釜(31)、第一金属氧化物储罐(32)和第二金属氧化物储罐(33)；火力发电子系统(1)电能输出端通过电缆与空气电加热器(21)的电能输入端连接，空气电加热器(21)热空气出口与氧化还原反应釜(31)连接；氧化还原反应釜(31)的进出口分别与第一金属氧化物储罐(32)和第二金属氧化物储罐(33)连接；空气-给水换热器(22)的热侧分别与氧化还原反应釜(31)的进出口连接；空气-给水换热器(22)的冷测分别与汽轮机组(12)出口和回热系统(13)出口连接。
2.根据权利要求1所述的一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统，其特征在于，火力发电子系统(1)包括按工至流向依次串联设置的锅炉(11)、汽轮机组(12)、回热系统(13)，汽轮机组驱动发电机(14)发电，送至电网(15)。
3.根据权利要求1所述的一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统，其特征在于，金属氧化物储罐采用钢筋混凝土制成或合金钢制成。
4.根据权利要求1所述的一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统，其特征在于，所述回热系统(13)包括串联设置的多级低压加热器、除氧器和多级高压加热器。
5.根据权利要求1所述的一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统，其特征在于，所述第一金属氧化物和第二金属氧化物为同一金属元素的不同氧化物形式；所述第一金属氧化物中金属元素的价态高于第二金属氧化物中金属元素的价态。
6.根据权利要求5所述的一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统，其特征在于，所述第一金属氧化物为四氧化三钴、三氧化二锰、三氧化二铁、氧化铜、二氧化钡中的一种；第二金属氧化物为对应的氧化钴、四氧化三锰、四氧化三铁、氧化亚铜、氧化钡中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统，其特征在于，所述第一金属氧化物储罐(32)和第二金属氧化物储罐(33)为单罐或多罐并联设置。
8.根据权利要求1所述的一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统，其特征在于，所述第一金属氧化物储罐(32)和第二金属氧化物储罐(33)出口均设有介质驱动装置，为介质流动提供动力。
9.根据权利要求1所述的一种与火电机组耦合的金属氧化物储能系统，其特征在于，所述汽轮机组(12)出口至空气-给水换热器(22)入口管道上设有调节型阀门，通过调整阀门开度控制进入换热器的介质流量。
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