一种物理-化学储热耦合的跨昼夜-季节储能系统技术方案

本发明专利技术提供了一种物理

【技术实现步骤摘要】
一种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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季节储能系统


[0001]本专利技术涉及太阳能热利用
，具体涉及一种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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季节储能系统。

技术介绍

[0002]太阳能具有获取来源广、绿色清洁、可再生等优点，是一种理想的可替代化石燃料的清洁可再生能源。然而，太阳能在时间上的分布存在间歇性和不稳定性的波动特点，具体表现为：夏季多冬季少，白天有夜晚无，同时极易受当地实时天气条件的影响，使能量难以持续稳定供应。这更进一步限制了太阳能在发电入网和集中供热等传统系统中的利用空间。对此，一种较好的解决方案是采用成熟的储能技术，将过量的太阳能储存至特定介质中，并于能量不足时释放从而实现调峰的作用。而现有的储能系统，由于仅使用单一储能方式，仅采用物理储能在长时间跨度下储能热损失较大，仅采用化学储能方式反应复杂短时间条件下灵活性不足，无法满足太阳能全年供能中大容量、长时间、跨季节调节的需求。
[0003]在储能科学领域的研究中，物理储能，如相变储能等，通常适用于短时间跨度的储能场合，如跨昼夜尺度；而热化学储能，其利用可逆的吸放热反应储存热能，具有储能密度高，储存介质稳定，反应温度高、长期储热损失小等显著优点，能有效地解决长时间跨度下能量的转换、储存与再生，如跨季节尺度。
[0004]若要实现太阳能在全年内的高效稳定输出，需要进行系统设计，将短时间跨度的物理储能方式与长时间跨度的化学储能方式耦合起来，从而实现太阳能的跨昼夜
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季节调节，极大程度地改善全年太阳能输出的波动问题，实现太阳能全天全年的调峰稳定输出，为太阳能的高效稳定利用以及入电网等需求开辟了一种良好的方案。目前这种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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季节储能系统的研究处于起步阶段。

技术实现思路

[0005]为了克服以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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季节储能系统，通过物理储能和热化学储能的系统耦合设计同时实现昼夜跨度和季节跨度的储能调节，极大程度地降低全年太阳能输出的波动，实现太阳能全天全年的调峰稳定输出。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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季节储能系统，包括太阳能聚光光热镜场1、相变物理储能单元2、热化学储能单元3、输出终端4以及相关阀门管道；
[0008]所述太阳能聚光光热镜场1用于将太阳能转化为热能，并通过传热流体输送至输出终端4完成供给；
[0009]所述相变物理储能单元2用于存储太阳能聚光光热镜场1的过剩的热能，相变物理储能单元2包括换热器5和相变储能材料箱6，通过换热器5将储存至相变储能材料箱6中；相变储能材料箱6在太阳能聚光光热镜场1热能不足的情况下，通过换热器5的传热流体将储
存的热能输送至输出终端4完成供给；
[0010]所述热化学储能单元3用于将太阳能聚光光热镜场1的过剩的热能通过气固相热化学储热体系7进行吸热反应储存为化学能中并实现能量的长时间稳定储存；在热能不够的情况下，相变物理储能单元2通过传热流体输送至水蒸气发生器8，将热能输送至输出终端4完成供给。
[0011]在夏季白天工况下，太阳能量过剩，需要在正常供给的同时为夜晚和冬季进行储能，太阳能聚光光热镜场1将太阳能转化为热能，并通过传热流体输送至输出终端4完成供给；与此同时，一部分白天过剩的热能输送至相变物理储能单元2中，通过换热器5将储存至相变储能材料箱6中；将另一部分过剩热能输送至热化学储能单元3，通过气固相热化学储热体系7进行吸热反应储存为化学能中并实现能量的长时间稳定储存，以实现太阳能跨昼夜储存和跨季节储存的功能。
[0012]在夏季夜晚工况下，无太阳能输入，需要将白天存储在物理储能单元的能量输出供给，相变物理储能单元2将相变储能材料箱6中储存的热能通过换热器5输出，并通过传热流体输送至输出终端4完成供给，以实现太阳能跨昼夜调峰供给的功能。
[0013]在冬季白天工况下，太阳能量不足，需要将太阳能全部用于为化学储能单元提供反应所需的水蒸气，并将夏季存储在化学储能单元的能量输出供给，太阳能聚光光热镜场1将太阳能转化为热能，并通过传热流体输送至水蒸气发生器8，为气固相热化学储热体系7的放热反应提供所需的反应气，并在气固相热化学储热体系7内通过热化学反应将化学能转化为热能，输送至输出终端4完成供给；与此同时，一部分白天过剩的热能输送至相变物理储能单元2中，通过换热器5将储存至相变储能材料箱6中，以实现太阳能跨季节调峰供给的功能。
[0014]在冬季夜晚工况下，无太阳能输入，需要将夏季存储在化学储能单元的能量输出供给，相变物理储能单元2将相变储能材料箱6中储存的热能通过换热器5输出，并通过传热流体输送至水蒸气发生器8，为气固相热化学储热体系7的放热反应提供所需的反应气，并在气固相热化学储热体系7内通过热化学反应将化学能转化为热能，输送至输出终端4完成供给，以实现太阳能跨季节调峰供给的功能。
[0015]所述热化学储能反应床8使用的气固相热化学储能体系7，内部具备间接传热的盘管式结构10和强化传热的肋片结构11，以实现反应床快速高效储能，在反应气中央部分设置了反应气进气网状通道结构12，以令反应气在反应床内部均匀分布并良好地反应，从而提高反应床的储能速率，实现热化学储能单元3的快速吸放热的功能。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]1、本专利技术提供的一种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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季节储能系统，可以通过物理储能实现昼夜跨度的储能调节，同时通过热化学储能实现季节跨度的储能调节，极大程度的改善了全年太阳能输出的波动问题，实现了太阳能全天全年的稳定输出，为太阳能的高效稳定利用以及入电网等需求开辟了一种良好的方案。
[0018]2、本专利技术提供的一种气固相热化学储热体系，可以通过内部的盘管式结构、肋片结构以及反应气进气网状通道结构的创新设计，强化了气固相热化学储热反应中的换热过程和反应扩散过程，从而提高反应床的储能速率和效率，从而实现热能的高效快速储存与释放，实现良好的热能再生作用。
附图说明：
[0019]图1为本专利技术提供的一种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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季节储能系统的流程示意图。
[0020]图2为本专利技术提供的一种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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季节储能系统在夏季白天的运行模式示意图。
[0021]图3为本专利技术提供的一种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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季节储能系统在夏季夜晚的运行模式示意图。
[0022]图4为本专利技术提供的一种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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季节储能系统，其特征在于，包括太阳能聚光光热镜场(1)、相变物理储能单元(2)、热化学储能单元(3)、输出终端(4)以及相关阀门管道；所述太阳能聚光光热镜场(1)用于将太阳能转化为热能，并通过传热流体输送至输出终端(4)完成供给；所述相变物理储能单元(2)用于存储太阳能聚光光热镜场(1)的过剩的热能，相变物理储能单元(2)包括换热器(5)和相变储能材料箱(6)，通过换热器(5)将储存至相变储能材料箱(6)中；相变储能材料箱(6)在太阳能聚光光热镜场(1)热能不足的情况下，通过换热器(5)的传热流体将储存的热能输送至输出终端(4)完成供给；所述热化学储能单元(3)用于存储太阳能聚光光热镜场(1)的过剩的热能通过气固相热化学储热体系(7)进行吸热反应储存为化学能中并实现能量的长时间稳定储存；在热能不够的情况下，相变物理储能单元(2)通过传热流体输送至水蒸气发生器(8)，将热能输送至输出终端(4)完成供给。2.根据权利要求1所述的一种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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季节储能系统，其特征在于，在夏季白天工况下，太阳能聚光光热镜场(1)将太阳能转化为热能，并通过传热流体输送至输出终端(4)完成供给；与此同时，一部分白天过剩的热能输送至相变物理储能单元(2)中，通过换热器(5)将储存至相变储能材料箱(6)中；将另一部分过剩热能输送至热化学储能单元(3)，通过气固相热化学储热体系(7)进行吸热反应储存为化学能中并实现能量的长时间稳定储存，以实现太阳能跨昼夜储存和跨季节储存的功能。3.根据权利要求1所述的一种物理
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化学储热耦合的跨昼夜
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季节储...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙杰，马泽华，徐其利，梅炜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：