一种热化学梯级储能系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种热化学梯级储能方法及系统，涉及储能技术领域，包括根据反应温度依次串联的N个可逆热化学反应子系统，N个可逆热化学反应子系统中有不同的热化学储能材料，分别吸收传热介质对应温度区间段的热能进行储能；当需要能量时，N个可逆热化学反应子系统中发生逆向化学反应释放热能用于发电或者其他生产生活过程。本发明专利技术通过梯级储能和释能，梯次配置能量，减小了能量品质损耗，为实现热能高效利用提供了一种可行方案。高效利用提供了一种可行方案。高效利用提供了一种可行方案。

【技术实现步骤摘要】
一种热化学梯级储能系统及方法


[0001]本专利技术涉及储能
，具体涉及一种热化学梯级储能系统及方法。

技术介绍

[0002]随着能源危机的出现，世界各国在积极探寻合适的新能源利用方案的同时也在优化现有的能源利用方式以不断提高现有能源利用效率。然而在现有的热能开发利用过程中存在着热能供应与需求不匹配的问题，因此需要通过热能存储的方式解决上述问题。现有的热能存储方法主要有显热储能、潜热储能和热化学储能，在这些储能技术中热化学储能因其能量密度高、充放热反应温度高以及热损失小等优点而被认为具有广阔的发展潜力。热化学储能方式是通过可逆的热化学反应来实现，通过吸热反应储能，需要热能时则通过逆向的放热反应放出热能。然而对于特定的热化学储能体系，其都有一定的反应温度区间，当传热工质温度降低至反应温度下限以下该热化学储能体系就无法进行储能了，因此传热工质在该温度下限以下的热能无法利用，会造成热能的浪费。为了充分利用热能实现能源利用效率的最大化，解决热能利用温度区间大于单一热化学储能体系反应温度区间而造成的热能大量浪费问题，本专利技术提出一种热化学梯级储能系统及方法，通过串联不同反应温度区间的热化学储能体系，将热源热能梯级吸收进行储能。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的是为了提供一种热化学梯级储能方法及系统，用以解决单一热化学储能体系储释能温度区间小于热源温度区间而无法充分吸收热源热能的问题。
[0004]技术方案：一种热化学梯级储能系统，其特征在于：包括根据反应温度依次串联的N个可逆热化学反应子系统，所述N个可逆热化学反应子系统中有不同的热化学储能材料，各子系统中储能材料吸热反应温度按照传热介质流经子系统顺序逐渐递减，传热介质依次经过N个可逆热化学反应子系统逐级释放热量，各子系统中储能材料发生吸热反应分别吸收传热介质对应温度区间段的热能，反应生成热化学反应生成物，将热能存储在化学键之中，其中N≥2。
[0005]进一步，所述N个可逆热化学反应子系统包括吸热反应器、放热反应器、吸热反应物储罐、吸热反应产物储罐。
[0006]进一步，所述N个可逆热化学反应子系统中的储能材料为氢氧化物、金属碳酸盐、金属氧化物、金属氢化物中的一种或几种组合。
[0007]进一步，所述传热介质为流体反应物或不参与反应的传热介质。
[0008]进一步，所述N个可逆热化学反应子系统中的吸热反应器中进行吸热化学反应进行储能；所述可逆热化学反应子系统中的放热反应器中进行放热化学反应释放存储的能量；所述吸热反应器和放热反应器均满足反应所需温度压力条件。
[0009]进一步，所述N个可逆热化学反应子系统中的吸热反应器与气体反应产物储罐之间设有换热器和压缩机；所述N个可逆热化学反应子系统中的放热反应器与气体反应产物
储罐之间设有透平和换热器。
[0010]进一步，所述N个可逆热化学反应子系统中相同的气体产物存储于同一个气体储罐。
[0011]进一步，所述N个可逆热化学反应子系统中的反应器和储罐进出口都设有控制阀用以控制物料输送。
[0012]进一步，所述N个可逆热化学反应子系统中的固体储能材料为固体颗粒形式，采用气动输运方式。
[0013]进一步，所述的N个可逆热化学反应子系统中有不同的热化学储能材料，本专利技术中列举第1级可逆热化学反应子系统中的热化学储能材料为CaCO3；第1级可逆热化学反应子系统包括第一吸热反应器、第一放热反应器；第1级可逆热化学反应子系统的吸热反应物储罐为高温CaCO3储罐，吸热反应产物储罐为高温CaO储罐；所述的所述第1级可逆热化学反应子系统的第一吸热反应器包括物料进口以及物料出口，所述第一吸热反应器物料进口与高温CaCO3储罐相连，第一吸热反应器混合物料出口分别与高温CaO储罐、第2级可逆热化学反应子系统的吸热反应器相连；所述第1级可逆热化学反应子系统的第一放热反应器包括物料进口以及物料出口，第一放热反应器的物料进口分别与高温CaO储罐、第2级可逆热化学反应子系统的放热反应器相连；所述第一放热反应器物料出口与高温CaCO3储罐相连。
[0014]进一步，所述的第2级可逆热化学反应子系统中的热化学储能材料为MgCO3储能，第2级可逆热化学反应子系统包括第二吸热反应器、第二放热反应器；第2级可逆热化学反应子系统的吸热反应物储罐为高温MgCO3储罐，吸热反应产物储罐为高温MgO储罐，第2级可逆热化学反应子系统中还包括第一换热器、压缩机、CO2储罐、第二换热器、透平；第2级可逆热化学反应子系统的第二吸热反应器包括物料进口以及物料出口，物料进口分别与与第1级可逆热化学反应子系统吸热反应器物料出口、高温MgCO3储罐相连；所述的第二吸热反应器物料进口分别与第二吸热反应器物料出口、高温MgCO3储罐相连；所述吸热反应器物料出口与高温MgO储罐和CO2储罐相连，其中第二吸热反应器与CO2储罐之间依次设有第一换热器、第一压缩机；所述第二放热反应器物料进口分别与高温MgO储罐、CO2储罐相连，其中第二放热反应器与CO2储罐之间设有第二换热器、透平，所述第二放热反应器物料出口与高温MgCO3储罐和第一放热反应器相连。
[0015]本专利技术的一种热化学梯级储能方法，其特征在于，包括以下过程：
[0016]梯级储热过程：传热介质依次通过串联的N个可逆热化学反应子系统的吸热反应器，传热介质温度依次降低；在串联N个可逆热化学反应子系统中吸热反应物从吸热反应物储罐输运至吸热反应器中发生吸热反应，吸收传热介质对应温度区间段的热能使传热介质温度降低，进行储能；N个可逆热化学反应子系统中吸热反应的反应产物输运至对应的储罐中存储。
[0017]放能过程：在N个可逆热化学反应子系统中放热反应的反应物从吸热反应产物储罐中输运至放热反应器中发生逆向放热反应释放热能，各个反应器反应放热温度不同，能够实现梯级释放热能。
[0018]有益效果：本专利技术利用不同反应温度区间的热化学反应子系统串联，通过各个子系统中不同温度的吸热化学反应梯级吸收传热介质热能实现梯级储能，提升了热能存储效率；而在放能过程各个子系统中通过逆向放热化学反应释放存储的热能，各个子系统中放
热温度不同，释放的热能品位不同，适应不同温度水平用户的需求，减小了损失，提升了能量利用效率。
附图说明
[0019]图1为本专利技术热化学梯级储能示意图；
[0020]图2为本专利技术热化学梯级储能传热介质温度梯度图；
[0021]图3为本专利技术热化学梯级储能实例图。
[0022]其中，1
‑
第1级可逆热化学反应子系统，2
‑
第2级可逆热化学反应子系统，3
‑
第N级可逆热化学反应子系统，4
‑
吸热反应器，5
‑
吸热反应物储罐，6
‑
第一吸热反应产物储罐，7
‑
第二吸热反应产物储罐，8
‑
放热反应器，9
‑
第一吸热反应器，10...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热化学梯级储能系统，其特征在于，所述的系统根据反应温度依次串联的N个可逆热化学反应子系统，所述N个可逆热化学反应子系统中有不同的热化学储能材料；各子系统中储能材料吸热反应温度按照传热介质流经子系统顺序逐渐递减，传热介质依次经过N个可逆热化学反应子系统逐级释放热量，各子系统中储能材料发生吸热反应分别吸收传热介质对应温度区间段的热能，反应生成热化学反应生成物，将热能存储在化学键之中，其中N≥2。2.根据权利要求1所述的一种热化学梯级储能系统，其特征在于，所述的N个可逆热化学反应子系统均包括吸热反应器(4)、放热反应器(8)、吸热反应物储罐(5)、第一吸热反应产物储罐(6)、第二吸热反应产物储罐(7)；储能时传热介质依次流经N个可逆热化学反应子系统的吸热反应器(4)，并逐步释放热能，传热介质温度依次降低，在子系统的吸热反应器(4)中发生吸热化学反应，反应物吸热分解，反应产物分别存储在第一吸热反应产物储罐(6)、第二吸热反应产物储罐(7)中；当需要热能时，N个可逆热化学反应子系统中存储于吸热反应产物储罐中的分解产物输运至放热反应器(8)中发生放热合成反应，释放热能，各个子系统中放热反应温度不同，释放的热能品位不同，适应不同温度需求。3.根据权利要求2所述的一种热化学梯级储能系统，其特征在于，所述的传热介质为流体反应物或不参与反应的传热介质；N个可逆热化学反应子系统中的储能材料为氢氧化物、金属碳酸盐、金属氧化物、金属氢化物中的一种或几种组合；N个可逆热化学反应子系统中的吸热反应器中进行吸热化学反应进行储能；所述可逆热化学反应子系统中的放热反应器中进行放热化学反应释放存储的能量；所述吸热反应器和放热反应器均满足反应所需温度压力条件。4.根据权利要求2所述的一种热化学梯级储能系统，其特征在于，所述的N个可逆热化学反应子系统中相同的气体产物存储于同一个气体储罐，N个可逆热化学反应子系统中的反应器和储罐进出口都设有控制阀用以控制物料输送，N个可逆热化学反应子系统中固体储能材料为固体颗粒形式，采用气动输运方式。5.根据权利要求2所述的一种热化学梯级储能系统，其特征在于，所述的N个可逆热化学反应子系统中有不同的热化学储能材料，第1级可逆热化学反应子系统(1)中的热化学储能材料为CaCO3；第1级可逆热化学反应子系统(1)包括第一吸热反应器(9)、第一放热反应器(12)；第1级可逆热化学反应子系统(1)的吸热反应物储罐为高温CaCO3储罐(10)，吸热反应产物储罐为高温CaO储罐(11)；所述的所述第1级可逆热化学反应子系统(1)的第一吸热反应器(9)包括物料进口以及物料出口，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：宣益民，卢玉鹏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：