本發(fā)明屬于電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)電領(lǐng)域，涉及一種太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，具體涉及利用壓縮機(jī)和塔式太陽能集熱器將電能和太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，并最終轉(zhuǎn)化為金屬氧化物中穩(wěn)定的化學(xué)能而進(jìn)行存儲(chǔ)的熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)能調(diào)峰的技術(shù)包括抽水蓄能技術(shù)、壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)、液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)、儲(chǔ)氫技術(shù)、熱泵儲(chǔ)電技術(shù)等，其中抽水蓄能技術(shù)和壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)受地理位置的限制，需要有能夠儲(chǔ)存壓縮空氣的大型洞穴或者額外建立大容量儲(chǔ)氣罐。液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)和儲(chǔ)氫技術(shù)盡管具有較高的儲(chǔ)能密度，但往返效率相對(duì)較低。熱泵儲(chǔ)電技術(shù)作為一種新型儲(chǔ)電技術(shù)，其工作原理是通過熱泵循環(huán)將電能轉(zhuǎn)化為熱能，并利用顯熱或潛熱的形式進(jìn)行儲(chǔ)能，不僅具有占地面積小、不受地理位置限制的特點(diǎn)，還具有往返效率高、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。然而，顯熱或潛熱儲(chǔ)能本身也具有熱量不宜長期存儲(chǔ)、容量密度有限等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有大規(guī)模儲(chǔ)能方案的不足，提供一種儲(chǔ)能密度大、儲(chǔ)能穩(wěn)定性高的太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，包括化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)和塔式太陽能集熱器，所述化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)包括低壓空氣壓縮機(jī)、高壓空氣壓縮機(jī)、蓄熱反應(yīng)床層、充電側(cè)膨脹機(jī)、第一電動(dòng)機(jī)、第一發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)氣罐、放電側(cè)膨脹機(jī)、第二發(fā)電機(jī)和分流閥，蓄熱反應(yīng)床層中設(shè)置有高價(jià)態(tài)金屬載氧體meox；第一電動(dòng)機(jī)依次與低壓空氣壓縮機(jī)和高壓空氣壓縮機(jī)連接；低壓空氣壓縮機(jī)與分流閥入口相連，分流閥第一出口、塔式太陽能集熱器、蓄熱反應(yīng)床層和充電側(cè)膨脹機(jī)依次相連，充電側(cè)膨脹機(jī)連接第一發(fā)電機(jī)；分流閥第二出口、高壓空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、蓄熱反應(yīng)床層和放電側(cè)膨脹機(jī)依次相連，第二發(fā)電機(jī)連接放電側(cè)膨脹機(jī)和電網(wǎng)；

3、當(dāng)發(fā)電功率大于用電負(fù)荷時(shí)，以充電模式運(yùn)行：

4、來自光伏、風(fēng)電或電網(wǎng)的電能驅(qū)動(dòng)第一電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，第一電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)低壓空氣壓縮機(jī)和高壓空氣壓縮機(jī)工作，低壓空氣壓縮機(jī)將來自外界環(huán)境的空氣壓縮為低壓空氣；高壓空氣壓縮機(jī)將來自分流閥第二出口的低壓空氣進(jìn)一步壓縮為高壓空氣并儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐中；塔式太陽能集熱器將來自分流閥第一出口的低壓空氣加熱為高溫低壓空氣并輸入蓄熱反應(yīng)床層，高價(jià)態(tài)金屬載氧體meox受熱分解為低價(jià)態(tài)金屬載氧體meox-2；流出蓄熱反應(yīng)床層的第一工作氣體輸入至充電側(cè)膨脹機(jī)做功并驅(qū)動(dòng)第一發(fā)電機(jī)工作，產(chǎn)生的電能供給第一電動(dòng)機(jī)；

5、當(dāng)發(fā)電功率小于用電負(fù)荷時(shí)，以放電模式運(yùn)行：

6、來自儲(chǔ)氣罐的高壓空氣流入蓄熱反應(yīng)床層中，與低價(jià)態(tài)金屬載氧體meox-2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成高價(jià)態(tài)金屬載氧體meox并放出大量熱量，產(chǎn)生的高溫高壓的第二工作氣體流出蓄熱反應(yīng)床層并輸入至放電側(cè)膨脹機(jī)做功，驅(qū)動(dòng)第二發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的電能供給電網(wǎng)。

7、進(jìn)一步地，所述化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)還包括第一回?zé)崞?，分流閥第一出口連接第一回?zé)崞骼鋫?cè)入口，塔式太陽能集熱器連接第一回?zé)崞骼鋫?cè)出口；蓄熱反應(yīng)床層連接第一回?zé)崞鳠醾?cè)入口，充電側(cè)膨脹機(jī)連接第一回?zé)崞鳠醾?cè)出口。

8、進(jìn)一步地，所述化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)還包括第二回?zé)崞?，?chǔ)氣罐連接第二回?zé)崞骼鋫?cè)入口，蓄熱反應(yīng)床層連接第二回?zé)崞骼鋫?cè)出口；放電側(cè)膨脹機(jī)連接第二回?zé)崞鳠醾?cè)入口。

9、本發(fā)明通過在系統(tǒng)中增設(shè)回?zé)崞鬟M(jìn)行余熱回收，極大地提高了系統(tǒng)的充放電效率。

10、進(jìn)一步地，所述化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)還包括余熱利用裝置，余熱利用裝置連接第二回?zé)崞鳠醾?cè)出口。

11、進(jìn)一步地，余熱利用裝置的余熱利用方式包括供暖、有機(jī)朗肯循環(huán)及海水淡化。

12、進(jìn)一步地，高價(jià)態(tài)金屬載氧體meox包括mn2o3、cuo和co3o4。

13、進(jìn)一步地，蓄熱反應(yīng)床層中的高價(jià)態(tài)金屬載氧體meox采用固定床布置，以翅片或金屬骨架來增強(qiáng)換熱，空氣與金屬氧化物之間進(jìn)行直接接觸式換熱。

14、空氣與儲(chǔ)能物質(zhì)直接換熱，增強(qiáng)了換熱效果，降低了傳熱溫差，進(jìn)一步提高了儲(chǔ)電系統(tǒng)效率。

15、進(jìn)一步地，低壓空氣壓縮機(jī)、高壓空氣壓縮機(jī)和充電側(cè)膨脹機(jī)同軸連接。

16、進(jìn)一步地，在充電模式中，流入高壓空氣壓縮機(jī)的空氣流量需滿足放電模式中蓄熱反應(yīng)床層發(fā)生氧化反應(yīng)所需的空氣流量；第一發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能小于第一電動(dòng)機(jī)消耗的電能。

17、進(jìn)一步地，在充電模式中，低壓空氣壓縮機(jī)的出口壓力在2～4atm，高壓空氣壓縮機(jī)的出口壓力在5atm以上。

18、有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：

19、通過塔式太陽能集熱器和熱泵儲(chǔ)能循環(huán)將太陽能和電能轉(zhuǎn)化為熱能，并以穩(wěn)定化學(xué)能的形式進(jìn)行儲(chǔ)存，提高了常規(guī)熱泵儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量密度和儲(chǔ)能穩(wěn)定性，具有如下的特點(diǎn)：

20、(1)采用金屬氧化物作為儲(chǔ)能物質(zhì)，以空氣作為工作氣體，以太陽能和電能作為系統(tǒng)的能源輸入，成本低廉，清潔無污染，同時(shí)由于化學(xué)能具有極高的穩(wěn)定性和反應(yīng)焓變，從而提供了一套具有更高靈活性、穩(wěn)定性和容量密度的儲(chǔ)電方案。

21、(2)在充電模式中，通過設(shè)置低壓空氣壓縮機(jī)和高壓空氣壓縮機(jī)，提高了儲(chǔ)電系統(tǒng)調(diào)峰容量，進(jìn)一步提升了對(duì)可再生能源電力的消納能力。

22、(3)該系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，可與新能源發(fā)電廠配套使用，提高發(fā)電穩(wěn)定性；可與火力發(fā)電廠配套使用，滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求，利用電力市場的階梯電價(jià)還可以增加發(fā)電廠的收益。

技術(shù)特征：

1.一種太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，其特征在于，包括化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)和塔式太陽能集熱器(4)，所述化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)包括低壓空氣壓縮機(jī)(1)、高壓空氣壓縮機(jī)(2)、蓄熱反應(yīng)床層(5)、充電側(cè)膨脹機(jī)(6)、第一電動(dòng)機(jī)(7)、第一發(fā)電機(jī)(8)、儲(chǔ)氣罐(9)、放電側(cè)膨脹機(jī)(11)、第二發(fā)電機(jī)(12)和分流閥(15)，蓄熱反應(yīng)床層(5)中設(shè)置有高價(jià)態(tài)金屬載氧體meox；第一電動(dòng)機(jī)(7)依次與低壓空氣壓縮機(jī)(1)和高壓空氣壓縮機(jī)(2)連接；低壓空氣壓縮機(jī)(1)與分流閥(15)入口相連，分流閥(15)第一出口、塔式太陽能集熱器(4)、蓄熱反應(yīng)床層(5)和充電側(cè)膨脹機(jī)(6)依次相連，充電側(cè)膨脹機(jī)(6)連接第一發(fā)電機(jī)(8)；分流閥(15)第二出口、高壓空氣壓縮機(jī)(2)、儲(chǔ)氣罐(9)、蓄熱反應(yīng)床層(5)和放電側(cè)膨脹機(jī)(11)依次相連，第二發(fā)電機(jī)(12)連接放電側(cè)膨脹機(jī)(11)和電網(wǎng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，其特征在于，所述化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)還包括第一回?zé)崞?3)，分流閥(15)第一出口連接第一回?zé)崞?3)冷側(cè)入口，塔式太陽能集熱器(4)連接第一回?zé)崞?3)冷側(cè)出口；蓄熱反應(yīng)床層(5)連接第一回?zé)崞?3)熱側(cè)入口，充電側(cè)膨脹機(jī)(6)連接第一回?zé)崞?3)熱側(cè)出口。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，其特征在于，所述化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)還包括第二回?zé)崞?10)，儲(chǔ)氣罐(9)連接第二回?zé)崞?10)冷側(cè)入口，蓄熱反應(yīng)床層(5)連接第二回?zé)崞?10)冷側(cè)出口；放電側(cè)膨脹機(jī)(11)連接第二回?zé)崞?10)熱側(cè)入口。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，其特征在于，所述化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)還包括余熱利用裝置(13)，余熱利用裝置(13)連接第二回?zé)崞?10)熱側(cè)出口。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，其特征在于，余熱利用裝置(13)的余熱利用方式包括供暖、有機(jī)朗肯循環(huán)及海水淡化。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，其特征在于，高價(jià)態(tài)金屬載氧體meox包括mn2o3、cuo和co3o4。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，其特征在于，蓄熱反應(yīng)床層(5)中的高價(jià)態(tài)金屬載氧體meox采用固定床布置，以翅片或金屬骨架來增強(qiáng)換熱，空氣與金屬氧化物之間進(jìn)行直接接觸式換熱。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，其特征在于，低壓空氣壓縮機(jī)(1)、高壓空氣壓縮機(jī)(2)和充電側(cè)膨脹機(jī)(6)同軸連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，其特征在于，在充電模式中，流入高壓空氣壓縮機(jī)(2)的空氣流量需滿足放電模式中蓄熱反應(yīng)床層(5)發(fā)生氧化反應(yīng)所需的空氣流量；第一發(fā)電機(jī)(8)發(fā)出的電能小于第一電動(dòng)機(jī)(7)消耗的電能。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，其特征在于，在充電模式中，低壓空氣壓縮機(jī)(1)的出口壓力在2～4atm，高壓空氣壓縮機(jī)(2)的出口壓力在5atm以上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種太陽能輔助的化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)，包括化學(xué)鏈熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)和塔式太陽能集熱器，充電模式下，低壓空氣壓縮機(jī)輸出的低壓空氣分為兩股，一股經(jīng)高壓空氣壓縮機(jī)壓縮為高壓空氣存于儲(chǔ)氣罐中，另一股經(jīng)第一回?zé)崞骱退教柲芗療崞骷訜岷筝斎胄顭岱磻?yīng)床層，蓄熱反應(yīng)床層中的高價(jià)態(tài)金屬載氧體受熱分解為低價(jià)態(tài)金屬載氧體，輸出的反應(yīng)氣預(yù)熱低壓空氣后進(jìn)入充電側(cè)膨脹機(jī)做功，驅(qū)動(dòng)第一發(fā)電機(jī)發(fā)電；放電模式下，儲(chǔ)氣罐的高壓空氣經(jīng)第二回?zé)崞骷訜岷罅魅胄顭岱磻?yīng)床層，還原低價(jià)態(tài)金屬載氧體并放熱，形成的高溫高壓氣體輸入放電側(cè)膨脹機(jī)做功，驅(qū)動(dòng)第二發(fā)電機(jī)發(fā)電，乏氣于第二回?zé)崞黝A(yù)熱高壓空氣。本發(fā)明具有儲(chǔ)能密度大、儲(chǔ)能穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：陳時(shí)熠,姜錦濤,李績新,陳書博,向文國
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6