專利名稱：一種基于電-鋁-氫循環(huán)系統(tǒng)的大規(guī)模儲能方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于電-鋁-氫循環(huán)系統(tǒng)的大規(guī)模儲能方法，所述的方法是將電站的多余電力轉(zhuǎn)換成以電解鋁的形式儲存起來，穩(wěn)定向電網(wǎng)供電的方法，屬于電站及輸變電應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于我國經(jīng)濟建設(shè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的提高，對電力的需求日益增長， 盡管國家大力發(fā)展分布式能源系統(tǒng)，但仍然滿足不了電力負荷增長的迫切需求。目前，分布式發(fā)電尚存在兩大技術(shù)障礙一是分布式發(fā)電與電網(wǎng)的連接；二是儲能問題。分布式能源，例如太陽能和風能存在隨機性，不能向電網(wǎng)和區(qū)域用戶穩(wěn)定供電，需要配套蓄電池組、逆變器等設(shè)備，從而增加了分布式發(fā)電的系統(tǒng)成本。另外，在夜間用電低谷時段，風力發(fā)電的大部分電力會白白浪費。因此，基于系統(tǒng)穩(wěn)定性及經(jīng)濟性的考慮，電站儲能尤其顯得重要。但現(xiàn)行的儲能技術(shù)均有相應(yīng)的缺點蓄電池儲電能力小，傳統(tǒng)的蓄電池儲能壽命短，能量密度低，致使其實現(xiàn)大型電站儲能受到局限；抽水儲能缺點在于轉(zhuǎn)化效率不高，并且受到地域、地形的限制；電解海水，用氫來存儲電能的方式又受到氫氣儲存、運輸難度大的局限。因此，目前迫切需要一種能夠緩解供電緊張的新型儲能方法。金屬鋁具有資源豐富、能量密度大、價格低廉、易保存等特點，是一種很有應(yīng)用前景的載能體。鋁水反應(yīng)釋放出大量的熱量和氫氣。但普通金屬鋁難以實現(xiàn)上述應(yīng)用，原因在于金屬鋁的活性中等，表面易生成致密的氧化膜Al2O3，牢固地附著在鋁表面上，致使鋁水反應(yīng)難以持續(xù)。在工程實踐中證實，高鈣粉煤灰提供堿性環(huán)境，另一方面粉煤灰中的有效組分對反應(yīng)過程也起到了催化的作用，鋁在空氣和水中形成的致密氧化膜在粉煤灰顆粒的聯(lián)合作用下被溶解破壞，并與水直接反應(yīng)而產(chǎn)生大量的氫氣，完全可以實現(xiàn)現(xiàn)場制氫和即時供氫，產(chǎn)生的高純度氫氣可通過氫燃料電池向電網(wǎng)供電，鋁水反應(yīng)產(chǎn)物Al2O3可通過電解鋁裝置在強電流作用下產(chǎn)生金屬鋁，從而達到電站儲能的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種大型電站的間接儲能方法，使用該方法可以將用電低谷和夜間的多余電力以電解鋁的形式儲存起來，當區(qū)域用電高峰時，可以將鋁粉與水反應(yīng)，即刻產(chǎn)生大量、高純度氫氣，通過氫燃料電池穩(wěn)定向電網(wǎng)供電，以達到調(diào)峰和提高用電效率的目的。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種基于電-鋁-氫循環(huán)系統(tǒng)的大規(guī)模儲能方法， 該方法是將電解鋁裝置接入電站中輸出線路，由所述的電解鋁裝置將多余的電能轉(zhuǎn)換成鋁粉，利用所述的鋁粉并配比質(zhì)量比70%的粉煤灰制成礦物原料與水反應(yīng)制得氫氣，原料中的粉煤灰用以提供鋁水反應(yīng)的堿性環(huán)境，并起到催化反應(yīng)作用。由氫燃料電池將所述的氫氣轉(zhuǎn)換成電能，鋁粉與水反應(yīng)得到的氧化鋁作為所述的電解鋁裝置的原料。
本發(fā)明與現(xiàn)有儲能技術(shù)相比具有如下有益效果1.本發(fā)明的儲能方法可以充分利用用電低谷，比如夜間的多余電力資源，最終將電能以電解鋁的形式儲存，儲電能力大； 2.利用電解鋁儲能方式靈活，用水量很少，不受地域的限制；3.鋁水反應(yīng)得到的氧化鋁可以做為電解鋁工藝的原料，從而循環(huán)利用，不受資源的局限；4.放電形式靈活便捷，避免氫氣儲存、運輸?shù)碾y題；5.利用電廠廢料-粉煤灰，實現(xiàn)廢物資源化。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明中鋁水反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2的俯視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。本發(fā)明的儲能方法用于各種電站上，解決用電低谷及夜間的多余電力1無法利用的問題。如附圖1所示，將電解鋁裝置3用現(xiàn)有的變電整流裝置2接入電站中的輸出線路。 所述的電解鋁裝置3和變電整流裝置2均是現(xiàn)有技術(shù)，規(guī)模可大可小，利用電解鋁裝置3并通過電解鋁工藝將電站多余電力轉(zhuǎn)化成金屬鋁，將金屬鋁用鋁粉生產(chǎn)設(shè)備4研磨成鋁粉， 所述的鋁粉生產(chǎn)設(shè)備為鋁粉球磨裝置，將鋁粉研磨至粒徑小于0. 15mm儲存?zhèn)溆?。當區(qū)域用電高峰時可以將所述的鋁粉與粉煤灰以質(zhì)量比37混合的礦物組合投入鋁水反應(yīng)裝置5 中，即刻產(chǎn)生大量、高純度的氫氣，氫氣純度達到99. 95%，將所述的氫氣導(dǎo)入氫燃料電池6 中，產(chǎn)生電能穩(wěn)定向電網(wǎng)供電。所述的氫燃料電池6為現(xiàn)行的質(zhì)子交換膜燃料電池，鋁水反應(yīng)裝置5產(chǎn)生的氧化鋁可以做為電解鋁裝置3的原料，循環(huán)利用。鋁水反應(yīng)裝置5如圖2和圖3所示，鋁粉與粉煤灰的礦物組合由進料口 7進入反應(yīng)器，同時由進水口 8注入水，通過連通器9的水位變化來控制閥門10開閉狀態(tài)及投料頻率，多余水由排水口 11排出，礦物迅速反應(yīng)產(chǎn)生氫氣由排氣口 12排出，氫氣排量大小由閥門10控制，之后將殘渣通過雙閘閥13排出實現(xiàn)整個系統(tǒng)工藝的連續(xù)運行。上述累計頻率與生產(chǎn)的規(guī)模有關(guān)，1公斤該礦物組合與水反應(yīng)可制得高純氫氣350升，同時消耗水量300g。以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式
的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于電-鋁-氫循環(huán)系統(tǒng)的大規(guī)模儲能方法，其特征在于使用該方法可以將用電低谷和夜間的多余電力以電解鋁的形式儲存起來，當區(qū)域用電高峰時，可以將鋁粉與水反應(yīng)，即刻產(chǎn)生大量、高純度氫氣，通過氫燃料電池穩(wěn)定向電網(wǎng)供電，以達到調(diào)峰和提高用電效率的目的。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于電-鋁-氫循環(huán)系統(tǒng)的大規(guī)模儲能方法，其特征在于 它的具體方法是將電解鋁裝置用變電整流裝置接入電站中的輸出線路，所述的電解鋁裝置和變電整流裝置均是現(xiàn)有技術(shù)，規(guī)?？纱罂尚?，利用電解鋁裝置并通過電解鋁工藝將電站多余電力轉(zhuǎn)化成金屬鋁，將金屬鋁用鋁粉生產(chǎn)設(shè)備研磨成鋁粉，所述的鋁粉生產(chǎn)設(shè)備為鋁粉球磨裝置，將鋁粉研磨至粒徑小于0. 15mm儲存?zhèn)溆?，當區(qū)域用電高峰時可以將所述的鋁粉與粉煤灰以質(zhì)量比3 7混合的礦物組合投入鋁水反應(yīng)裝置中，即刻產(chǎn)生大量、高純度的氫氣，氫氣純度達到99. 95%，將所述的氫氣導(dǎo)入氫燃料電池中，產(chǎn)生電能穩(wěn)定向電網(wǎng)供電， 所述的氫燃料電池為現(xiàn)行的質(zhì)子交換膜燃料電池，鋁水反應(yīng)裝置產(chǎn)生的氧化鋁可以做為電解鋁裝置的原料，循環(huán)利用，上述鋁粉與粉煤灰的礦物組合由進料口進入反應(yīng)器，同時由進水口注入適量水，通過連通器的水位變化來控制閥門開閉狀態(tài)及投料頻率，多余水由排水口排出，礦物迅速反應(yīng)產(chǎn)生氫氣由排氣口排出，氫氣排量大小由閥門控制，之后將殘渣通過雙閘閥排出實現(xiàn)整個系統(tǒng)工藝的連續(xù)運行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于電-鋁-氫循環(huán)系統(tǒng)的大規(guī)模儲能方法，該方法將電解鋁裝置接入電站中輸出線路，由所述的電解鋁裝置將多余的電能轉(zhuǎn)換成鋁粉，將所述的鋁粉和電廠粉煤灰混合制得礦物組合投入鋁水反應(yīng)裝置制得氫氣，由氫燃料電池將所述的氫氣轉(zhuǎn)換成電能。鋁粉與水反應(yīng)得到的氧化鋁可以作為所述的電解鋁裝置的原料，從而循環(huán)利用。本發(fā)明的優(yōu)點具有清潔高效，不受地域和資源的限制，儲能方式靈活易于操控，有效克服了氫氣儲存、運輸困難的弊病。
文檔編號H02J3/28GK102170138SQ201110070180
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者孫洋, 李潤東, 楊天華, 賀業(yè)光 申請人:沈陽航空航天大學