一种联合电解铝和铝水反应制氢的调峰储能系统技术方案

本发明专利技术提供一种联合电解铝和铝水反应制氢的调峰储能系统，包括高温电解铝和铝水反应制氢两个子系统；其中，高温电解铝子系统包括设置在加热炉内的电解槽以及电解槽顶部的电解原料进料口；铝水反应制氢子系统包括铝水反应室，所述铝水反应室设置有进料口和出料口，所述进料口用于投入电解生成的铝单质、液态金属和水溶液，所述出料口得到的氢氧化铝连接电解槽的进料口。发明专利技术还提供一种调峰储能方法。本发明专利技术提出的调峰储能系统在非峰值时通过电解氧化铝制得金属铝储存能量，在负荷峰值期间通过铝水反应释放绿色氢能，既对绿色能源的发展起着重要作用，又有利于电力系统稳定高效运行，推动智能电网的发展。

A peak regulating energy storage system for hydrogen production by the reaction of electrolytic aluminum and aluminum water

The invention provides a combined peak shaving storage electrolytic aluminum and aluminum water hydrogen energy system, including high temperature electrolytic aluminum and aluminum water hydrogen production by two subsystems; the high temperature aluminum electrolysis system of raw materials including electrolytic tank is arranged in the heating furnace and the top of the electrolytic tank inlet; aluminum water hydrogen sub the system includes the aluminum water reaction chamber, the aluminum water reaction chamber is provided with a feed inlet and outlet, the inlet for electrolysis aluminum liquid metal element, and the water solution and the feed outlet are connected with the electrolytic aluminum groove mouth. The invention also provides a method of peak storage energy storage. \u672c\u53d1\u660e\u63d0\u51fa\u7684\u8c03\u5cf0\u50a8\u80fd\u7cfb\u7edf\u5728\u975e\u5cf0\u503c\u65f6\u901a\u8fc7\u7535\u89e3\u6c27\u5316\u94dd\u5236\u5f97\u91d1\u5c5e\u94dd\u50a8\u5b58\u80fd\u91cf\uff0c\u5728\u8d1f\u8377\u5cf0\u503c\u671f\u95f4\u901a\u8fc7\u94dd\u6c34\u53cd\u5e94\u91ca\u653e\u7eff\u8272\u6c22\u80fd\uff0c\u65e2\u5bf9\u7eff\u8272\u80fd\u6e90\u7684\u53d1\u5c55\u8d77\u7740\u91cd\u8981\u4f5c\u7528\uff0c\u53c8\u6709\u5229\u4e8e\u7535\u529b\u7cfb\u7edf\u7a33\u5b9a\u9ad8\u6548\u8fd0\u884c\uff0c\u63a8\u52a8\u667a\u80fd\u7535\u7f51\u7684\u53d1\u5c55\u3002

【技术实现步骤摘要】
一种联合电解铝和铝水反应制氢的调峰储能系统
本专利技术属于储能
，具体涉及一种联合电解铝和铝水反应的调峰储能系统及调峰储能方法。
技术介绍
生产生活用电都具有用电高峰和用电低谷，这导致电网需要专门的电力储能设施来缓冲用电峰谷冲击。而太阳能、风能等新能源发电，由于受外界条件限制，在不同时间输出功率也存在巨大差异，也需要通过专门的电力储能设施对电能缓冲后才能进入电网供居民使用。储能技术目前可分为机械储能、电磁储能、化学储能以及热电储能。机械储能的主要应用形式为抽水蓄能、空气压缩储能和飞轮储能。抽水蓄能选址要求较高，需要大面积土地，且对环境造成一定影响。空气压缩储能能量密度较低，且适合地点有限。飞轮储能持续时间短，具有机械损耗，存在自放电问题。电磁储能的主要应用形式为超导储能和超级电容器。超导储能能量密度低，持续时间秒级，成本高。超级电容器储能容量有限，投资成本高，且有一定的自放电率。化学储能主要是各种金属电池。目前大功率大容量储能电池主要有铅酸电池、锂离子电池和液态钒氧化还原电池等几个方向。其中铅酸电池价格低廉、但重量大，寿命短。锂离子电池充放电速度较快，比能量大，但其价格昂贵，资源总量有限，且安全风险较高。全钒液流电池可以按需定制，但高成本，且钒资源有限，难以大规模应用。热储能技术需要各种高温化学热工质，应用场合受限。发展储能系统对降低环境污染，提高能源利用率、开发利用可再生能源、实现可持续发展起着重要作用。因此，开发一种低成本具有普适意义的储能系统十分有价值，这也必定是智能电网的关键技术之一。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种可用适用于广泛领域的调峰储能系统，联合电解铝和铝水反应制氢技术，用在如大型电厂的调峰储能，旨在解决现有存在的用电高低峰集中的问题以及利用可再生能源的不稳定性。本专利技术的第二个目的是提出一种调峰储能方法。为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种联合电解铝和铝水反应制氢的调峰储能系统，包括高温电解铝和铝水反应制氢两个子系统；其中，高温电解铝子系统包括设置在加热炉内的电解槽以及电解槽顶部的电解原料进料口，电解槽底部设置铝液成型装置，所述铝液成型装置连接有铝单质容器；铝水反应制氢子系统包括铝水反应室和分离装置，所述铝水反应室设置有进料口，所述进料口用于投入电解生成的铝单质、液态金属和水溶液，所述分离装置位于铝水反应室底部，所述分离装置设置有氢氧化铝出料口和液态金属出料口，所述氢氧化铝出料口连接所述电解槽的电解原料进料口，所述液态金属出料口连接铝水反应室进料口。其中，所述高温电解铝子系统包括阳极和阴极，所述阳极和阴极连接有直流电源，所述直流电源通过整流器连接于电网或发电厂；或所述直流电源为可持续能源发电装置。进一步地，所述高温电解铝子系统包括阳极、阴极、加热元件、控温热电偶、电解槽和排气口；所述阳极为碳阳极，所述阴极为惰性阴极，所述电解槽放置于加热炉中，电解槽内设置有控温热电偶，电解槽的顶部设置所述排气口。电解槽底部连接铝液成形装置。电解槽可以是石英材质、石墨材质、或内衬石英、石墨或陶瓷层的复合材质。电解铝生成的铝为高温单质，不便储存，因此先凝固成型，固体便于储存和携带。所述的电解电极采用碳阳极和惰性阴极。阳极上的反应为碳电极被氧化生成二氧化碳，阴极反应为氧化铝被还原生成铝单质。所述的冰晶石为六氟铝酸钠，用来溶解氧化铝，使氧化铝更容易呈现熔融状态，便于分解为铝单质和氧气。其中，所述铝水反应制氢子系统包括铝水反应室，所述铝水反应室内放置有液态金属，液态金属上为水溶液层，水溶液层液面高度不超过所述铝水反应室的2/3，铝水反应室顶部设置有氢气集气口，铝水反应室底部连接有离心结构的分离装置。本专利技术进一步优选技术方案为，所述液态金属为镓，或是以镓为基底，添加了铟、锡、锌、铋中的一种或多种形成的液态金属合金。其中，所述的水溶液层可通过加入纯水构成、或通过加入卤族离子水溶液构成，所述卤族离子的水溶液为钠盐、钾盐、氢卤酸溶液中的一种或多种。所述卤族离子的水溶液的浓度为0.05-0.6mol/L。反应物中，为使金属铝充分活化参与反应，液态金属的质量应大于铝的质量。考虑到反应热会使部分水蒸发，水溶液的质量应大于四倍铝的质量。其中，所述氢气集气口连接于氢气收集系统，所述氢气收集系统包括储氢罐，或，所述氢气收集系统通过缓冲罐连接有氢气燃料电池。一种联合电解铝和铝水反应制氢的调峰储能方法，采用所述的调峰储能系统，用电低谷时，电解炼铝子系统工作，将电厂富余电能或可再生能源不平稳发电时的电能转化为化学能，储存在单质铝中；需要使用能量时，铝水反应制氢子系统工作，铝水反应制取氢气，将氢气直接用于氢氧燃料电池发电、或储存运输。进一步地，需要使用能量时，将单质铝加入铝水反应室中，单质铝被液态金属激活、开始与水反应，生成的氢氧化铝沉淀和未反应的液态金属进入分离装置，用离心方式分离出氢氧化铝，经过140～160℃加热分解为氧化铝，以用于铝电解。其中，氢氧化铝加入到电解槽中，在140～160℃温度下分解为氧化铝，然后将冰晶石加入到电解槽中，在950-1200℃下电解，生成单质铝。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的调峰储能系统在非峰值时电解氧化铝制得金属铝储存能量，在负荷峰值期间通过铝水反应释放绿色氢能，既对绿色能源的发展起着重要作用，又有利于电力系统稳定高效运行，推动智能电网的发展。本专利技术的提出的调峰储能方法，采用低廉易得的铝为反应工质，设备的占地面积小，没有排放污染，规模可调，即可用于大型火力电厂的调峰储能，也可以用于太阳能、风力发电的并网调峰。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的电解炼铝子系统结构示意图，图2为本专利技术的铝水反应制氢子系统结构示意图。其中，1—直流电源；2—氢氧化铝和冰晶石进料口；3—加热炉；4—控温热电偶；5—碳阳极；6—回收阀门；7—排气口；8—电解液，熔融冰晶石和氧化铝；9—惰性阴极；10—电解槽；11—铝液成形装置；12—铝水反应室；13—水溶液；14—金属铝；15—液态金属；16—回收阀门；17—液态金属、铝和水溶液进料口；18—氢气集气口；19—分离装置。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种联合电解铝和铝水反应制氢的调峰储能系统，包括高温电解铝和铝水反应制氢两个子系统；其中，高温电解铝子系统包括设置在电解槽底部的单质铝管道；铝水反应制氢子系统包括铝水反应室，所述铝水反应室设置有进料口，所述进料口与所述单质铝管道连接，该单质铝管道上设置回收阀门6。参见图1，所述高温电解铝子系统包括碳阳极5和惰性阴极9(石墨阴极)，所述阳极和阴极连接有直流电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联合电解铝和铝水反应制氢的调峰储能系统，其特征在于，包括高温电解铝和铝水反应制氢两个子系统；其中，高温电解铝子系统包括设置在加热炉内的电解槽以及电解槽顶部的电解原料进料口，电解槽底部设置铝液成型装置，所述铝液成型装置连接有铝单质容器；铝水反应制氢子系统包括铝水反应室和分离装置，所述铝水反应室设置有进料口，所述进料口用于投入电解生成的铝单质、液态金属和水溶液，所述分离装置位于铝水反应室底部，所述分离装置设置有氢氧化铝出料口和液态金属出料口，所述氢氧化铝出料口连接所述电解槽的电解原料进料口，所述液态金属出料口连接铝水反应室进料口。

【技术特征摘要】
1.一种联合电解铝和铝水反应制氢的调峰储能系统，其特征在于，包括高温电解铝和铝水反应制氢两个子系统；其中，高温电解铝子系统包括设置在加热炉内的电解槽以及电解槽顶部的电解原料进料口，电解槽底部设置铝液成型装置，所述铝液成型装置连接有铝单质容器；铝水反应制氢子系统包括铝水反应室和分离装置，所述铝水反应室设置有进料口，所述进料口用于投入电解生成的铝单质、液态金属和水溶液，所述分离装置位于铝水反应室底部，所述分离装置设置有氢氧化铝出料口和液态金属出料口，所述氢氧化铝出料口连接所述电解槽的电解原料进料口，所述液态金属出料口连接铝水反应室进料口。2.根据权利要求1所述的调峰储能系统，其特征在于，所述高温电解铝子系统包括阳极和阴极，所述阳极和阴极连接有直流电源，所述直流电源通过整流器连接于电网或发电厂；或所述直流电源为可持续能源发电装置。3.根据权利要求1所述的调峰储能系统，其特征在于，所述高温电解铝子系统包括阳极、阴极、加热炉和排气口；所述阳极为碳阳极，所述阴极为惰性阴极，所述电解槽放置于加热炉中，电解槽内设置有控温热电偶，电解槽的顶部设置所述排气口，电解槽底部连接有铝液成形装置。4.根据权利要求1-3任一项所述的调峰储能系统，其特征在于，所述铝水反应制氢子系统包括铝水反应室，所述铝水反应室内放置有液态金属，液态金属上为水溶液层，水溶液层液面高度不超过所述铝水反应室的2/3，铝水反应室顶部设置有氢气集气口，铝水反应室底部连接有离心结构的分离装置。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐硕，刘静，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11