一种钙基体系高温电化学储能集成系统与方法
技术领域
本发明涉及电化学储能技术领域，主要涉及一种钙基体系高温电化学储能集成系统与方法。
背景技术
目前热量储存技术主要分为显热蓄热、潜热蓄热和化学蓄热三种方式。显热蓄热热密度小，热损失严重，储热周期短；相变蓄热存在两相分离，材料泄露和腐蚀等问题；相比前两种技术，热化学储能具有储能密度高，反应温度高、长期储热损失小等显著优点，能有效地解决电能的转换、储存、传输与高温再生。但目前对于化学储能的研究多为针对储能材料特性的微/小型实验研究，较少形成完整的闭环系统，未实现大型工业化应用。
固定床式反应器对Ca(OH)2/CaO+H2O储能体系进行了基础实验研究表明：通过对Ca(OH)2/CaO+H2O储能体系在不同的水合压力下进行了20次的水合-脱水-再水合的循环测试，实验结果显示：150kPa的水蒸汽压力下可实现最高504℃的热能供应,另外,在水合压力分别为70kPa、110kPa、130kPa时，对应的最高热输出温度达455℃、474℃、481℃；在20次的循环过程中，随着循环次数的增加，水合过程和脱水过程的反应程度均有降低的趋势，并在第10次循环之后基本趋于稳定，水合反应分数xh在0.8～0.9之间，脱水反应分数xd约为0.1。实验表明：在20次的反应循环过程中，随着水合压力及循环次数的增加，反应物的平均粒径也随之增大，但反应物依然保持有较好的反应活性；在较高的水蒸汽压力下可提供更高温度的热能输出。
中国专利CN2016102908087一种流态化钙基热化学高温储能/释能系统及其工作方法，该系统利用钙基热化学高温可逆的反应，通过太阳能、热能、化学能之间的相互转化进行能量的存储与释放。该系统主要包括能量输入单元、能量存储单元和能量输出单元。流态化钙基热化学高温储能/释能系统，包括能量输入单元、能量存储单元、能量输出单元，所述的能量输入单元包括太阳能吸热器、电加热器、重油储罐、给油泵、第一加热盘管；其中，重油储罐的出口通过管道与给油泵入口相连接，给油泵的出口与第二三通阀的入口相连接，第二三通阀的一个出口与电加热器的入口相连接，另一个出口与第一三通阀的入口相连接，第一三通阀的一个出口与太阳能吸热器的入口相连接，第一三通阀的另一个出口、太阳能吸热器的出口和电加热器的出口并入同一管道后与第一加热盘管的入口相连接，第一加热盘管的出口则通过第一阀门与重油储罐的入口相连接；所述的能量存储单元包括钙基反应装置、旋风分离器、卧式沸腾流化床、惯性分离器、第二氮气储罐、第一风机、氢氧化钙储罐、氧化钙储罐、第二风机、第三风机、气体分布器、第一氮气储罐、汽水分离器、第一冷凝器；其中，钙基反应装置的气体出口与旋风分离器的入口相连接，旋风分离器的固体出口与卧式沸腾流化床的固体入口相连接，卧式沸腾流化床的气体出口与惯性分离器的入口相连接，惯性分离器的气体出口与第二氮气储罐的入口相连接，第二氮气储罐的出口经第八阀门与第一风机的入口相连接，第一风机的出口与卧式沸腾流化床的气体入口相连接，惯性分离器的固体出口经第二阀门与卧式沸腾流化床的固体出口并入同一管道后与第四三通阀的入口相连接，第四三通阀的一个出口与氢氧化钙储罐的入口相连接，另一个出口与氧化钙储罐的入口相连接，氢氧化钙储罐的出口经第三阀门后、氧化钙储罐的出口经第四阀门后和第二风机的出口通过管道与钙基反应装置的固体入口相连接，旋风分离器的气体出口通过第一冷凝器与汽水分离器入口相连接，汽水分离器的液体出口经第七阀门后与下述能量输出单元的水储罐的一个液体入口相连接，汽水分离器的气体出口与第一氮气储罐的入口相连接，第一氮气储罐的一个出口经第五阀门与第二风机的入口相连接，第一氮气储罐的另一个出口经第6阀门与第三风机的入口相连接，第三风机的出口与气体分布器的一个入口相连接；所述的能量输出单元包括水储罐、给水泵、第二加热盘管、汽包、下降管、水冷壁、蒸气管道、过热器、蒸汽轮机、发电机、第二冷凝器。
CN2019110809903公开了一种镁修饰的小球状钙基热化学储能材料及其制备方法。
发明内容
本发明目的是：提出一种钙基体系高温电化学储能集成系统与方法，可消纳风电、水电、太阳能可再生电能，也可为火电进行削峰填谷作用，使电能得到最佳有效利用，提高电能在供暖、生产、生活中比例，减少化石燃料分散和低效应用，大大减少大气污染物的排放；创造较好的经济效益和社会效益。
本发明技术方案是：一种钙基体系高温电化学储能集成系统与方法，所述电化学储能集成系统包括高温电化学储能系统、化学放热系统；
所述的高温电化学储能系统包括Ca(OH)2料仓，所述的Ca(OH)2料仓顶部装有排汽管，侧面装有机械振打装置，下部装有旋转卸料阀，所述的旋转卸料阀下端与高温电储能反应器连接，所述的高温电储能反应器近出口端装有高温排汽管；
所述的化学放热系统包括高温CaO料仓，所述的高温CaO料仓侧面装有高温机械振打装置，下部装有高温旋转卸料阀，所述的高温旋转卸料阀下端与高温CaO给料螺旋进口端连接，所述的高温CaO给料螺旋出口端与鼓泡床连接，所述的鼓泡床内置有埋管换热器，顶部装有汽料输送管，下部装有进汽管，所述的进汽管与蒸汽发生器连接；
所述的高温电储能反应器出口端与鼓泡床连接；
所述的鼓泡床通过汽料输送管与Ca(OH)2料仓连接。
进一步的，所述的Ca(OH)2料仓为漏斗形状，料仓下料倾角为50-75°。
进一步的，所述的高温电储能反应器呈倾斜布置，与水平面夹角为10-30°。
进一步的，所述的CaO料仓为漏斗形状，料仓下料倾角为50-75°。
进一步的，所述的高温电储能反应器、高温CaO料仓、高温机械振打装置、高温旋转卸料阀、高温CaO给料螺旋工作温度约550℃。
进一步的，所述的高温机械振打装置为电机凸轮振打装置，可在料仓内产生垂直振动，振动冲程为30-50mm，振动频率为20-30次/min。
进一步的，基于上述钙基体系高温电化学储能集成系统与方法，储能阶段开始时，Ca(OH)2料仓中的粉末状物料在机械振打装置的作用下通过旋转卸料阀落入与水平面成10°-30°倾角的高温电储能反应器中，高温电储能反应器内布置有采用耐热钢材质可直接通电加热的部件，表面温度可达到约600℃，将热量充分传递给Ca(OH)2，当Ca(OH)2被加热到约550℃时发生高温分解反应，生成高温CaO粉末和水蒸汽，电能转化为化学能储存在CaO内并被输送至高温CaO料仓，水蒸汽则通过高温CaO料仓出料口附近的高温排汽管排出，至此储能结束。放热阶段开始时，高温CaO料仓中约550℃的粉末状物料在高温机械振打装置的作用下通过高温旋转卸料阀落入高温CaO给料螺旋中，进而被输送至鼓泡床内。由蒸汽发生器产生的水蒸汽通过进汽管从床底部通入，与CaO在床内发生水合反应生成Ca(OH)2粉末，释放的化学热用于加热埋管换热器中的冷水，最终为用户提供热水，以完成化学能到热能的能量转化与利用。反应结束后，水蒸汽一次性将Ca(OH)2粉末吹出鼓泡床，以气力输送的形式通过汽料输送管到达Ca(OH)2料仓，水蒸汽经料仓顶部排汽管排出，至此放热结束。
有益效果：本发明系统实现了钙基体系高温电化学储能系统的集成化，填补了国内相关领域工业应用的空白；本发明系统可充分利用廉价的低谷电或电厂富余电，实现电能到化学能的转化以便于长期储存，并在需要的时候完成化学能到热能的转化，为用户提供高品质的热水；本发明系统可作为化石燃料的替代能源，减少SOX、NOX等污染物排放，保护环境；本发明系统采用直接电加热的高温化学储能反应器和埋管式高效鼓泡床放热反应器，提高了能量转化效率和利用率。
附图说明
图1为本发明提供的一种钙基体系高温电化学储能集成系统示意图。
附图标记说明：
1Ca(OH)2料仓、2机械振打装置、3旋转卸料阀、4高温电储能反应器、5高温排汽管、6高温CaO料仓、7高温机械振打装置、8高温旋转卸料阀、9高温CaO给料螺旋、10鼓泡床、11埋管换热器、12进汽管、13汽料输送管、14蒸汽发生器、15排汽管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示的一种钙基体系高温电化学储能集成系统与方法包括高温电化学储能系统、化学放热系统。
高温电化学储能系统包括呈漏斗形状、下料倾角为50-75°的Ca(OH)2料仓1，Ca(OH)2料仓1顶部装有排汽管15用于排空气体，侧面装有机械振打装置2以便于稳定下料，下部装有旋转卸料阀3用于给料，旋转卸料阀3下端与高温电储能反应器4的进口端连接，高温电储能反应器4呈倾斜布置，与水平面夹角为10-30°，近出口端装有高温排汽管5用于排空气体。
化学放热系统包括呈漏斗形状、下料倾角为50-75°的高温CaO料仓6，高温CaO料仓6侧面装有高温机械振打装置7以便于稳定下料，下部装有高温旋转卸料阀8用于给料，高温旋转卸料阀8下端与高温CaO给料螺旋9进口端连接，高温CaO给料螺旋9出口端与鼓泡床10连接，鼓泡床10内置有埋管换热器11，下部装有进汽管12与蒸汽发生器14连接，上部装有汽料输送管13与Ca(OH)2料仓1连接。
本发明一种钙基体系高温电化学储能集成系统与方法工作流程如下：
高温电化学储能阶段：储能阶段开始时，Ca(OH)2料仓1中的粉末状物料在机械振打装置2的作用下通过旋转卸料阀3落入与水平面成10°-30°倾角的高温电储能反应器4中，高温电储能反应器4内布置有采用耐热钢材质可直接通电加热的部件，表面温度可达到约600℃，将热量充分传递给Ca(OH)2，当Ca(OH)2被加热到约550℃时发生高温分解反应，生成高温CaO粉末和水蒸汽，电能转化为化学能储存在CaO内并被输送至高温CaO料仓6，水蒸汽则通过高温CaO料仓6出料口附近的高温排汽管5排出，至此储能结束。
化学放热阶段：放热阶段开始时，高温CaO料仓6中约550℃的粉末状物料在高温机械振打装置7的作用下通过高温旋转卸料阀8落入高温CaO给料螺旋9中，进而被输送至鼓泡床10内。由蒸汽发生器14产生的水蒸汽通过进汽管12从床底部通入，与CaO在床内发生水合反应生成Ca(OH)2粉末，释放的化学热用于加热埋管换热器11中的冷水，最终为用户提供热水，以完成化学能到热能的能量转化与利用。反应结束后，水蒸汽一次性将Ca(OH)2粉末吹出鼓泡床10，以气力输送的形式通过汽料输送管13到达Ca(OH)2料仓1，水蒸汽经料仓顶部排汽管15排出，至此放热结束。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
