本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中低溫鈣循環(huán)熱化學儲能裝置及其方法。

背景技術(shù)：

太陽能發(fā)電具有來源廣、不污染環(huán)境等優(yōu)點成為理想的替代能源。然而，由于太陽能具有間歇性、低密度、不穩(wěn)定性、難以持續(xù)供應的特點，利用太陽能進行熱發(fā)電仍有許多問題需要解決，其中如何實現(xiàn)太陽能高效、大規(guī)模的儲存，保證太陽能發(fā)電持續(xù)供給是太陽能熱發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)。在顯熱儲能、潛熱儲能和熱化學儲能等主要的儲熱方式中，熱化學儲能具有儲能密度高，反應溫度高、長期儲熱損失小等顯著優(yōu)點，能有效地解決電能的轉(zhuǎn)換、儲存與再生。

目前，主要研究的幾種化學反應儲能體系包括：CaCO₃/CaO體系、NH₃合成分解體系、CH4/CO₂和CH₄/H₂O重整體系、Ca(OH)₂/CaO體系、Co₃O₄/CoO體系、MgH₂/H₂體系等。其中Ca(OH)₂/CaO體系是較為理想的熱化學儲能體系，具有儲能密度大（437kWh/m³）、無毒且安全性好、原料來源廣泛且價廉、無副反應且常壓反應溫度高（450℃-510℃）的顯著優(yōu)點，因此Ca(OH)₂/CaO體系用于太陽能高溫熱化學儲能，能夠很好的解決太陽能高溫熱電站發(fā)電連續(xù)高效運行的問題。國內(nèi)目前對Ca(OH)₂/CaO體系用于熱化學儲能的研究還處于起步階段，尚沒有相關(guān)的專利。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種中低溫鈣循環(huán)熱化學儲能裝置及其方法，有效地解決電能的轉(zhuǎn)換、儲存與再生問題。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的一種技術(shù)方案是：

一種中低溫鈣循環(huán)熱化學儲能裝置，包括太陽能集熱裝置、儲能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)；

太陽能集熱裝置包括日光反射裝置、太陽能吸收塔，日光反射裝置設(shè)置在太陽能吸收塔的一側(cè)，太陽能吸收塔用于吸收日光反射裝置反射的日光；

儲能系統(tǒng)包括順次連接形成循環(huán)管路的水箱、給水泵、太陽能吸收塔、第一閘閥、反應器、第一換熱器、水蒸氣循環(huán)裝置及壓縮機，反應器的固體顆粒物料進口通過依次連接的磨機、第一換熱器與Ca(OH)₂儲罐相連接，反應器的固體顆粒物料出口通過第二換熱器與CaO儲罐相連接；

發(fā)電系統(tǒng)包括順次連接形成循環(huán)管路的給水泵、第二換熱器、氣化裝置、第一閘閥、反應器、汽輪機、第一換熱器，給水泵與水箱相連接，反應器的固體顆粒物料進口通過第一換熱器與CaO儲罐相連接，反應器的固體顆粒物料出口通過第二換熱器與Ca(OH)₂儲罐相連接。

優(yōu)選地，水蒸氣循環(huán)裝置包括第二換熱器、第一閘閥、反應器及第一換熱器。

優(yōu)選地，氣化裝置包括加熱器、第二閘閥、第三閘閥，加熱器與第二閘閥順次連接，第三閘閥與加熱器及第二閘閥并聯(lián)。

優(yōu)選地，反應器采用雙向中低溫振動流化反應器，反應器內(nèi)部設(shè)置有傳送帶，儲能化學反應過程和釋能化學反應過程在反應器中實現(xiàn)。

進一步優(yōu)選地，反應器材質(zhì)為314不銹鋼材料。

優(yōu)選地，第一換熱器、第二換熱器均為粉體換熱器。

本發(fā)明采取的一種技術(shù)方案是：一種中低溫鈣循環(huán)熱化學儲能裝置的儲能方法，采用熱化學儲能體系為Ca(OH)₂/CaO，通過熱能與化學能之間的相互轉(zhuǎn)換進行儲能，分為儲能階段和釋能階段；

儲能階段，太陽輻射充足，水箱中的水通過給水泵流入太陽能吸收塔中，產(chǎn)生水蒸氣，進入反應器使Ca(OH)₂固體顆粒流態(tài)化并發(fā)生分解反應，隨著分解反應深入，分解產(chǎn)物H₂O在第一換熱器預熱后來的參與反應的Ca(OH)₂固體顆粒，再通過壓縮機壓縮成液態(tài)水常溫儲存，分解產(chǎn)物CaO反應余熱在第二換熱器預熱水蒸氣；

釋能階段，太陽輻射不充足，H₂O經(jīng)過給水泵，加熱器產(chǎn)生水蒸氣，進入反應器使CaO流態(tài)化并與之發(fā)生合成反應，釋放大量熱量，結(jié)合水蒸氣發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)電力供應。

優(yōu)選地，Ca(OH)₂固體顆粒、CaO固體顆粒的輸送均采用螺旋送料的方法。

由于以上技術(shù)方案的采用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明利用熱化學可逆反應Ca(OH)₂/CaO體系，實現(xiàn)熱能再生，水蒸氣在流程中作為換熱介質(zhì)、流化介質(zhì)、反應介質(zhì)，Ca(OH)₂/CaO熱化學儲能體現(xiàn)結(jié)合現(xiàn)有水蒸氣發(fā)電技術(shù)可實現(xiàn)在無陽光時的電能的持續(xù)電力供應，平滑太陽能熱電站的功率曲線，同時有效利用Ca(OH)₂/分解反應產(chǎn)物H₂O反應余熱，并利用蓄熱器、換熱器對系統(tǒng)中的熱能回收利用，實現(xiàn)能量的綜合梯級利用，儲能系統(tǒng)效率得到顯著提高；

2、本發(fā)明利用太陽能集熱驅(qū)動可逆反應，接受的能量以化學能的形式儲存在其分解產(chǎn)物CaO和H₂O中，具有儲能密度高、循環(huán)效率高、環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)簡單、變工況靈活控制、應用可靠的特點，能夠解決太陽能高溫熱電站發(fā)電連續(xù)高效運行的問題，可以廣泛應用于太陽能中低溫發(fā)電領(lǐng)域，也適用于其它類型電站的高溫熱能儲存與再生；

3、本發(fā)明通過溫度變化調(diào)控儲/釋能，即Ca(OH)₂固體顆粒分解/合成反應；通過熱能-化學能-熱能這一能量轉(zhuǎn)換利用概念，解決了時間或地點引起的用熱不匹配和不均勻性導致低能源利用率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的總工作流程結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的儲能工作流程結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的釋能工作流程結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1、日光反射裝置；2、太陽能吸收塔；3、第一換熱器；4、反應器；5、第二換熱器；6、CaO儲罐；7、Ca(OH)₂儲罐；8、磨機；9、壓縮機；10、水箱；11、給水泵；12、汽輪機；13、第一閘閥；14、加熱器；15、第二閘閥；16、第三閘閥。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。圖中黑色直線代表儲能過程，短橫虛線代表釋能過程，圓點虛線代表氣體，波浪線代表螺旋送料。

如附圖1所示，本發(fā)明一種中低溫鈣循環(huán)熱化學儲能裝置，包括太陽能集熱裝置、儲能系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)；

太陽能集熱裝置包括日光反射裝置1、太陽能吸收塔2，日光反射裝置1設(shè)置在太陽能吸收塔2的一側(cè)，太陽能吸收塔2用于吸收日光反射裝置1反射的日光；

儲能系統(tǒng)包括順次連接形成循環(huán)管路的水箱10、給水泵11、太陽能吸收塔2、第一閘閥13、反應器4、第一換熱器3、水蒸氣循環(huán)裝置及壓縮機9，反應器4的固體顆粒物料進口通過依次連接的磨機8、第一換熱器3與Ca(OH)₂儲罐7相連接，反應器4的固體顆粒物料出口通過第二換熱器5與CaO儲罐6相連接；

發(fā)電系統(tǒng)包括順次連接形成循環(huán)管路的給水泵11、第二換熱器5、氣化裝置、第一閘閥13、反應器4、汽輪機12、第一換熱器3，11給水泵與水箱10相連接，反應器1的固體顆粒物料進口通過第一換熱器3與CaO儲罐6相連接，反應器4的固體顆粒物料出口通過第二換熱器5與Ca(OH)₂儲罐7相連接。

在本實施例中，水蒸氣循環(huán)裝置包括第二換熱器5、第一閘閥13、反應器4及第一換熱器3。

在本實施例中，氣化裝置包括加熱器14、第二閘閥15、第三閘閥16，加熱器14與第二閘閥15順次連接，第三閘閥16與加熱器14及第二閘閥15并聯(lián)。

在本實施例中，為了減少磨損與堵塞，反應器4采用雙向中低溫振動流化反應器，反應器4內(nèi)部設(shè)置有傳送帶，其作用是促進固體顆粒充分流化，使固體顆粒與氣體充分反應，儲能化學反應過程和釋能化學反應過程在反應器4中實現(xiàn)。

在本實施例中，考慮到中低溫儲能的特殊性對系統(tǒng)的安全性、可靠性、可維護型、工藝性等要求，反應器4材質(zhì)為314不銹鋼材料。

在本實施例中，第一換熱器3、第二換熱器5均為粉體換熱器，其作用是反應余熱的回收利用。

本發(fā)明中低溫鈣循環(huán)熱化學儲能裝置的儲能方法，采用熱化學儲能體系為Ca(OH)₂/CaO，通過熱能與化學能之間的相互轉(zhuǎn)換進行儲能，分為儲能階段和釋能階段；

儲能階段，太陽輻射充足，太陽光通過日光反射裝置1，將太陽輻射熱能在太陽能吸收塔2中通過空氣集熱，水箱10中的水通過給水泵11流入太陽能吸收塔2中，產(chǎn)生水蒸氣，進入反應器4使Ca(OH)₂固體顆粒流態(tài)化并發(fā)生分解反應，反應溫度在450-510℃，隨著分解反應深入，分解產(chǎn)物H₂O在第一換熱器3預熱后來的參與反應的Ca(OH)₂固體顆粒，再通過壓縮機9壓縮成液態(tài)水常溫儲存，為了充分利用反應余熱，分解產(chǎn)物CaO反應余熱在第二換熱器5預熱水蒸氣；

釋能階段，太陽輻射不充足，初次釋能發(fā)電時，打開第二閘閥，關(guān)閉第三閘閥，H₂O經(jīng)過給水泵，加熱器產(chǎn)生水蒸氣，進入反應器使CaO流態(tài)化并與之發(fā)生合成反應，釋放大量熱量，結(jié)合水蒸氣發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)電力供應。初次釋能發(fā)電后，關(guān)閉第二閘閥15，打開第三閘閥16，利用合成產(chǎn)物Ca(OH)₂固體顆粒反應余熱在第二換熱器加熱水蒸氣，不浪費反應余熱，重復先前水蒸氣流程。

在本實施例中，Ca(OH)₂固體顆粒、CaO固體顆粒的輸送均采用螺旋送料的方法，防止氣體泄漏。

以上對本發(fā)明做了詳盡的描述，實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。