使用熱能/化學(xué)電位的大容量電力存儲系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用熱能和化學(xué)電位的大容量電力存儲系統(tǒng)，更具體地，涉及使用鹽水的大容量電力存儲系統(tǒng)，所述大容量電力存儲系統(tǒng)能夠在低負(fù)荷期間使用過剩電力將鹽水分離為高濃縮鹽水和淡水以對其進(jìn)行存儲，并且在峰值負(fù)荷期間利用在高濃縮鹽水與淡水之間的濃度上的差別產(chǎn)生電力(在所述峰值負(fù)荷期間存在迅速增長的功率消耗)，以及使用廢熱升高鹽水和淡水的溫度以在常規(guī)設(shè)備中提高化學(xué)電位。
【背景技術(shù)】
[0002]在集中式發(fā)電(例如熱力發(fā)電或核發(fā)電)中，存在一個缺點，即，為了滿足峰值功率需求，通常應(yīng)提前準(zhǔn)備大規(guī)模的備用電力，即使設(shè)備的運轉(zhuǎn)率會降低。
[0003]此外，使用風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電等的新的可再生能源不適合于可靠地供電，這是因為電量根據(jù)氣候的波動變化非常大。
[0004]因此，對于集中式發(fā)電，本著為峰值功率需求做準(zhǔn)備的目的并且為了在使用新的可再生能源的發(fā)電中解決由環(huán)境因素引起的不穩(wěn)定的電力供應(yīng)的問題，需要一種大容量電力存儲系統(tǒng)。
[0005]如當(dāng)前使用的大容量電力存儲系統(tǒng)，有電池(鉛蓄電池、網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(NaS)、鋰離子電池、金屬空氣電池、氧化還原液流電池等)、揚水式發(fā)電、壓縮空氣能量存儲(CAES)、超大容量、飛輪和超導(dǎo)磁能量存儲(SMES)等。
[0006]上文描述的大容量電力存儲系統(tǒng)除揚水式發(fā)電和CAES之外，其它均需要高的初期投資成本并且在存儲容量上具有限制(小于1GW)，由此很難用作GW級別的大容量電力存儲系統(tǒng)。
[0007]此外，具有低的初期投資成本的揚水式發(fā)電引起一個問題，S卩，因為選址上的限制以及干擾生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險，其自身建設(shè)是難做的(韓國專利登記N0.10-102056)。
[0008]此外，CAES在使用上存在限制，這是因為需要尋找足夠堅實的地面來存儲壓縮空氣(韓國專利公開公布N0.10-2011-7026187)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術(shù)問題
[0010]考慮上文提到的問題，本發(fā)明的目的是提供一種大容量電力存儲系統(tǒng)，通過同時利用發(fā)電站的廢熱、柴油發(fā)電機的廢氣或其它加熱媒質(zhì)來存儲熱能以使化學(xué)電位存儲系統(tǒng)的效率最大化，所述大容量電力存儲系統(tǒng)能夠在集中式發(fā)電和使用新的可再生能源的發(fā)電中解決不穩(wěn)定的功率需求和供應(yīng)，這不像本領(lǐng)域中的在室溫下使用鹽水的傳統(tǒng)大容量電力存儲系統(tǒng)。
[0011]技術(shù)方案
[0012]為了實現(xiàn)上述目的，提供了使用鹽水的超大容量電力存儲系統(tǒng)，包括:濃縮設(shè)備，所述濃縮設(shè)備被配置為對鹽水進(jìn)行濃縮并且將鹽水分離為濃縮鹽水和淡水以供應(yīng)所述濃縮鹽水和所述淡水；濃縮鹽水存儲設(shè)備和淡水存儲設(shè)備，所述濃縮鹽水存儲設(shè)備和淡水存儲設(shè)備被配置為，分別存儲由濃縮設(shè)備供應(yīng)的濃縮鹽水和淡水；鹽度差發(fā)電設(shè)備，所述鹽度差發(fā)電設(shè)備連接到濃縮鹽水存儲設(shè)備和淡水存儲設(shè)備，以使用在濃縮鹽水與淡水之間的濃度上的差別產(chǎn)生電力；以及鹽水存儲設(shè)備，所述鹽水存儲設(shè)備被配置為存儲經(jīng)過鹽度差發(fā)電設(shè)備的鹽水，并且將鹽水供應(yīng)給濃縮設(shè)備，其中濃縮鹽水、鹽水以及淡水中的至少一個由熱交換線路加熱。
[0013]供應(yīng)給濃縮設(shè)備的鹽水可由鹽水存儲設(shè)備或鹽水供應(yīng)源來供應(yīng)。
[0014]供應(yīng)給鹽度差發(fā)電設(shè)備的淡水可由淡水存儲設(shè)備或淡水供應(yīng)源來供應(yīng)。
[0015]發(fā)電設(shè)備可包括一個或多個發(fā)電基元，并且所述發(fā)電基元可包括:陽極路徑，電極溶液經(jīng)過所述陽極路徑流動；陰極路徑，電極溶液經(jīng)過所述陰極路徑流動，所述陰極路徑被布置為面向所述陽極路徑，與所述陽極路徑間隔開；以及淡水路徑和鹽水路徑，所述淡水經(jīng)過所述淡水路徑流動，所述鹽水經(jīng)過所述鹽水路徑流動，所述淡水路徑和所述鹽水路徑在陽極路徑與陰極路徑之間從陽極路徑交替放置，所述陰極路徑鄰接所述鹽水路徑，其中陽極路徑和陰極路徑可形成閉合回路從而使電極清潔溶液在其中循環(huán)，當(dāng)?shù)窂胶望}水路徑基于從陽極路徑到陰極路徑的方向以這種順序放置時，陽離子交換膜可置于陽極路徑與淡水路徑之間，以及陰極路徑與鹽水路徑之間，陰離子交換膜可置于淡水路徑與鹽水路徑之間，并且當(dāng)鹽水路徑和淡水路徑基于從陽極路徑到陰極路徑的方向以這種順序放置時，陽離子交換膜可置于鹽水路徑與淡水路徑之間，并且電極溶液的陽離子和鹽水的陽離子可彼此相同。
[0016]陽極路徑和陰極路徑可在其中包括電極活性材料。
[0017]有益效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明，通過電力存儲和發(fā)電能夠形成閉合環(huán)路，鹽水作為能量存儲媒質(zhì)在所述閉合環(huán)路中循環(huán)，所述電力存儲是通過分離鹽水實現(xiàn)的，并且所述發(fā)電是通過將分離的濃縮鹽水和淡水相混合實現(xiàn)的。此外，當(dāng)引入的鹽水和淡水的溫度通過與發(fā)電站的廢熱進(jìn)行熱交換而升高時，包含在水溶液中的離子的活性會增強，由此，熱存儲的效果變成化學(xué)電位的增大。
[0019]此外，必要時，電力存儲系統(tǒng)可用于從濃縮鹽水收集有用資源(鹽和礦物質(zhì))的目的、用作飲用水的目的等，由此還可利用副產(chǎn)品。
[0020]此外，根據(jù)本發(fā)明的電力存儲系統(tǒng)可使用鹽水以降低初期投資成本。此外，由于與水力發(fā)電系統(tǒng)相比能量密度更高以及存儲庫的容量更小，因此通過使用高濃縮的鹽來存儲能量能夠提供有競爭力的電力存儲系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用鹽水的大容量電力存儲系統(tǒng)的示意圖。
[0022]圖2是在圖1的大容量電力存儲系統(tǒng)中使用的鹽度差發(fā)電設(shè)備的發(fā)電基元的示意圖。
[0023]圖3是在圖2的發(fā)電基元中考慮溫度可變因素的發(fā)電輸出圖。
【具體實施方式】
[0024]下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。參照附圖，相似的附圖標(biāo)記在各幅圖中指示相似或?qū)?yīng)的部分。在本發(fā)明的實施例中，將不會對眾所周知的被認(rèn)為會不必要地模糊本發(fā)明的意圖的功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)地描述。
[0025]根據(jù)本發(fā)明實施例的使用鹽水100的大容量電力存儲系統(tǒng)通常包括基于功能劃分的電力存儲單元102和發(fā)電單元104。在本發(fā)明中，鹽水用作包括微咸水的綜合概念。
[0026]電力存儲單元102包括濃縮設(shè)備106，并且發(fā)電單元104包括鹽度差發(fā)電設(shè)備114。此處，電力存儲單元102和發(fā)電單元104共享用于存儲鹽水的鹽水存儲設(shè)備112、用于存儲濃縮鹽水的濃縮鹽水存儲設(shè)備110和用于存儲淡水的淡水存儲設(shè)備108。
[0027]因此，淡水和高濃縮的鹽水分別存儲在淡水存儲設(shè)備108和濃縮鹽水存儲設(shè)備110中，在熱力發(fā)電、核發(fā)電等中，在低負(fù)荷期間使用過剩電力來分離所述淡水和高濃縮的鹽水，或者使用由于風(fēng)力發(fā)電或太陽能光伏發(fā)電而引起的有大的波動的電力來分離所述淡水和高濃縮的鹽水。
[0028]對于濃縮設(shè)備106，可使用本領(lǐng)域中已知的任意常規(guī)技術(shù)。例如，對于濃縮設(shè)備106，可使用多種技術(shù)，例如蒸餾(多級閃蒸(MSF)、多效蒸餾(MED)、蒸氣壓縮(VC))、離子交換、膜過程(反向電滲析?DR)、反滲透(R0)、納濾(NF)、膜蒸餾(MD))、電容去離子、冷凍脫鹽、地?zé)崦擕}、太陽能淡化(太陽能加濕去濕(HDH)、多效加濕(MEH))、甲烷水化物結(jié)晶、優(yōu)質(zhì)水重復(fù)利用、海水溫室等，但在本發(fā)明中不受限于上述技術(shù)。
[0029]對于鹽度差發(fā)電設(shè)備114，可使用多種處理過程，例如壓力延緩滲透、反向電滲析、電容性方法、吸收式制冷循環(huán)、太陽(能)池等，但在本發(fā)明中不受限于上述處理過程。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的大容量電力存儲系統(tǒng)100可使用高濃縮的鹽以化學(xué)電位的型式存儲，并且還通過升高鹽水和淡水的溫度存儲熱能。熱能可被用于使用排出的廢氣、熱水或者多個處理過程的過剩電力直接加熱。
[0031]更具體地，由于淡水和鹽水的溫度升高，從而包括發(fā)電過程的分離過程的效率得以提尚，因此能夠改善構(gòu)形系統(tǒng)的效率。
[0032]換句話說，如果在發(fā)電過程中使用RED設(shè)備，根據(jù)E.Brauns的研究，有報告顯示，當(dāng)溫度從20 °C升高到30 °C時，發(fā)電效率提高了 25% (參見E.Brauns，脫鹽作用(Desalinat1n)，237，378-391)，并且還可看出，當(dāng)在PRO過程中升高溫度時，發(fā)電效率提高了 46% (參見 Y.C.Kim 和 M.Elimelech，J.Member.Sc1.，429，330-337)。此外，當(dāng)使用膜蒸餾(MD)過程作為用于對高濃縮的鹽水進(jìn)行濃縮的設(shè)備時，有必要供應(yīng)水分的蒸發(fā)熱。由此，當(dāng)具有正升高的溫度的鹽水與淡水的混合被引入分離設(shè)備中時，可提高過程效率。因此，使用離子濃度上的差別存儲能量并且同時保持熱能，這可以獲得進(jìn)一步提高的結(jié)果。
[0033]為了將這種熱能添加到鹽水和淡水，如圖1所示，存儲有濃縮的鹽水的濃縮鹽水存儲設(shè)備110和存儲有淡水的淡水存儲設(shè)備108與熱交換線路124相接觸。熱交換線路124與熱源(未示出)相連接并且在其中包括流動的加熱媒質(zhì)，從而將加熱媒質(zhì)的熱量傳導(dǎo)到濃縮鹽水或淡水。此外，當(dāng)將淡水從外側(cè)引入其中時，可提供另一熱交換線路126來加熱淡水。此外，還可額外地安裝用于與淡水進(jìn)行熱交換的淡水緩沖槽128，并且從淡水緩沖槽128在足夠的時間內(nèi)向淡水供應(yīng)熱量。
[0034]圖2示出可用于形成鹽度差發(fā)電設(shè)備114的濃度差發(fā)電基元130。多個發(fā)電基元130可通過并聯(lián)或串聯(lián)地連接到彼此而使用。
[0035]發(fā)電基元130包括彼此分離地放置的陽極集電器131和陰極集電器139，以及陽離子交換膜133和137，所述陽離子交換膜133和137被放置在陽極集電器1