一种以镁为载体的能源系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种以镁为载体的能源系统及其工作方法，利用电网无法消纳的可再生能源电力电解氯化镁，将电能转变为镁单质的化学能以存储，一部分镁单质与水反应生成氢气和水蒸汽的混合物用于发电，生成的氢气作为氢氯燃料电池的燃料，氢氯燃料电池的产物盐酸又可以用于氯化镁的生成。该能源系统耦合了电解镁、镁储能、镁水反应发电和氢氯燃料电池，具有储能密度高、储能载体便于运输、物料循环利用等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种以镁为载体的能源系统及其工作方法


[0001]本专利技术属于可再生能源利用和储能
，具体涉及一种以镁为载体的能源系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]我国西北地区拥有丰富的可再生能源，利用可再生能源发电是实现“双碳”目标的重要途经，然而以风能、光热、光伏为代表的可再生能源发电由于自身的间歇性、不稳定性和不确定性等特点，难以被电网消纳，一些地方出现弃风弃光的现象，造成了严重的资源浪费。
[0003]以压缩空气储能、动力电池储能、储氢等为代表的储能技术正在成为能源领域的研究热点，但是现有的储能技术存在储能密度小，储能载体可移动性小等问题，因此需要开发新的储能载体，实现可再生能源发电的有效存储。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的旨在提供一种以镁为载体的能源系统及其工作方法，利用电网无法消纳的可再生能源电力电解氯化镁，将电能转变为镁单质的化学能以存储，一部分镁单质与水反应生成氢气和水蒸汽的混合物用于发电，生成的氢气作为氢氯燃料电池的燃料，氢氯燃料电池的产物盐酸又可以用于氯化镁的生成。该能源系统耦合了电解镁、镁储能、镁水反应发电和氢氯燃料电池，具有储能密度高、储能载体便于运输、物料循环利用等优点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种以镁为载体的能源系统，包括电解镁系统、镁水反应系统、氢氯燃料电池系统和物料回收系统；
[0007]所述电解镁系统包括可再生能源发电装置和电解镁装置；
[0008]所述镁水反应系统包括镁水反应器、分离器、混合工质透平、冷凝器和发电机；
[0009]所述氢氯燃料电池系统包括氢氯燃料电池；
[0010]所述物料回收系统包括酸碱中和装置和干燥脱水装置；
[0011]所述电解镁装置的电源来自可再生能源发电装置，电解镁装置的阳极产物通向氢氯燃料电池的氯气入口，阴极产物通向镁水反应器的镁燃料入口，镁水反应器的另一个入口通入水，镁水反应器的出口连接分离器入口，分离器的混合工质出口连接混合工质透平入口，分离器的氢氧化镁出口连接酸碱中和装置的碱入口，混合工质透平出口连接冷凝器入口，冷凝器的氢气侧出口连接氢氯燃料电池的氢气入口，氢氯燃料电池的反应产物出口连接酸碱中和装置的酸入口，酸碱中和装置的出口连接干燥脱水装置的入口，干燥脱水装置的出口连接电解镁装置的电解槽。
[0012]所述可再生能源发电装置1中的可再生能源为风能和或太阳能。
[0013]一种以镁为载体的能源系统，实现电解镁、混合工质发电、氢氯燃料电池发电和物料回收的过程如下：
[0014]利用可再生能源发电装置作为电解镁装置的电源，原料氯化镁可来源于西北部盐湖，电解镁装置的阳极产物氯气通入氢氯燃料电池的氯气入口，阴极产物镁单质作为储能载体一部分用于存储，实现电能到化学能的转变和储能，一部分进入镁水反应器与水在80℃以上发生剧烈反应，反应方程为Mg+2H2O＝Mg(OH)2+H2，该反应产生的氢气、水蒸气和氢氧化镁混合物随后进入分离器分离，密度较大的氢氧化镁进入分离器底部被收集，密度较小的氢气和水蒸气混合物进入混合工质透平，高温高压的混合工质在混合工质透平中膨胀做功，带动发电机发电，做功完的混合工质进入冷凝器冷凝分离，冷凝器中液态水被分离，气态氢气通入氢氯燃料电池的氢气入口；氢氯燃料电池原理与氢氧燃料电池原理相同，以氯气为氧化剂代替氧气，该燃料电池为酸性环境，负极反应为H2‑
2e
+
＝2H
+
，正极反应为CI2+2e
+
＝2CI
‑
，总反应H2+CI2＝2HCI，产物盐酸进入酸碱中和装置与来自分离器底部的氢氧化镁发生酸碱中和反应，生成氯化镁和水，反应放出的热可用于镁水反应中加热水；生成的氯化镁和水进入干燥脱水装置脱除水分，得到氯化镁通入电解槽以实现物料的回收。
[0015]本专利技术的有益效果为：
[0016]本专利技术所述的一种以镁为载体的能源系统，利用了无法消纳的可再生能源电力电解氯化镁，将电能转变为镁单质的化学能以存储，避免了弃风弃光弃水的问题；镁作为一种密度较小的储能金属，便于能源的大规模运输和储存；镁水反应产生氢气，氢气既是一种优质的清洁能源，又能作为氢氯燃料电池的燃料，反应生成的混合工质可以发电；利用氢氯燃料电池产物盐酸与镁水反应产物氢氧化镁的酸碱中和，生成电解镁的原料氯化镁，实现了物料的循环。
附图说明
[0017]图1是一种以镁为载体的能源系统示意图。
[0018]附图标记说明：
[0019]1‑
可再生能源发电装置；2
‑
电解镁装置；3
‑
干燥脱水装置；4
‑
酸碱中和装置；5
‑
氢氯燃料电池；6
‑
镁水反应器；7
‑
分离器；8
‑
混合工质透平；9
‑
冷凝器；10
‑
发电机。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0021]图1是本专利技术实施例中一种以镁为载体的能源系统，包括电解镁系统、镁水反应系统、氢氯燃料电池系统和物料回收系统。
[0022]所述电解镁系统包括可再生能源发电装置1、电解镁装置2；
[0023]所述镁水反应系统包括镁水反应器6、分离器7、混合工质透平8、冷凝器9、发电机10；
[0024]所述氢氯燃料电池系统包括氢氯燃料电池5；
[0025]所述物料回收系统包括酸碱中和装置4、干燥脱水装置3；
[0026]所述一种以镁为载体的能源系统，电解镁装置2的电源来自可再生能源发电装置1，电解镁装置2的阳极产物通向氢氯燃料电池5的氯气入口，阴极产物通向镁水反应器6的镁燃料入口，镁水反应器6的另一个入口通入水，镁水反应器6的出口连接分离器7入口，分离器7的混合工质出口连接混合工质透平8入口，分离器7的氢氧化镁出口连接酸碱中和装
置4的碱入口，混合工质透平8出口连接冷凝器9入口，发电机10与混合工质透平8同轴布置，冷凝器9的氢气侧出口连接氢氯燃料电池5的氢气入口，氢氯燃料电池5的反应产物出口连接酸碱中和装置4的酸入口，酸碱中和装置4的出口连接干燥脱水装置3的入口，干燥脱水装置3的出口连接电解镁装置2的电解槽。
[0027]该系统实现电解镁、混合工质发电、氢氯燃料电池发电和物料回收的过程如下：
[0028]利用可再生能源发电装置1作为电解镁装置2的电源，原料氯化镁可来源于西北部盐湖，电解镁装置2的阳极产物氯气通入氢氯燃料电池5的氯气入口，阴极产物镁单质作为储能载体一部分用于存储，实现电能到化学能的转变和储能，一部分进入镁水反应器6与水在80℃以上发生剧烈反应，反应方程为Mg+2H2O＝Mg(OH)2+H2，该反应产生的氢气、水蒸气和氢氧化镁混合物随后进入分离器7分离，密度较大的氢氧化镁进入分离器7底部被收集，密度较小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以镁为载体的能源系统。其特征在于，包括电解镁系统、镁水反应系统、氢氯燃料电池系统和物料回收系统；所述电解镁系统包括可再生能源发电装置(1)和电解镁装置(2)；所述镁水反应系统包括镁水反应器(6)、分离器(7)、混合工质透平(8)、冷凝器(9)和发电机(10)；所述氢氯燃料电池系统包括氢氯燃料电池(5)；所述物料回收系统包括酸碱中和装置(4)和干燥脱水装置(3)；所述电解镁装置(2)的电源来自可再生能源发电装置(1)，电解镁装置(2)的阳极产物通向氢氯燃料电池(5)的氯气入口，阴极产物通向镁水反应器(6)的镁燃料入口，镁水反应器(6)的另一个入口通入水，镁水反应器(6)的出口连接分离器(7)入口，分离器(7)的混合工质出口连接混合工质透平(8)入口，分离器(7)的氢氧化镁出口连接酸碱中和装置(4)的碱入口，混合工质透平(8)出口连接冷凝器(9)入口，冷凝器(9)的氢气侧出口连接氢氯燃料电池(5)的氢气入口，氢氯燃料电池(5)的反应产物出口连接酸碱中和装置(4)的酸入口，酸碱中和装置(4)的出口连接干燥脱水装置(3)的入口，干燥脱水装置(3)的出口连接电解镁装置(2)的电解槽。2.根据权利要求1所述一种以镁为载体的能源系统的工作方法，其特征在于，所述电解镁装置(2)中的原料氯化镁来源于西北部盐湖。3.根据权利要求1所述一种以镁为载体的能源系统的工作方法，其特征在于，所述可再生能源发电装置(1)中的可再生能源为风能和或太阳能。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴家荣，李红智，杨玉，张磊，吴帅帅，张一帆，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：