基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置及其儲能方法和發(fā)電方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置，包括電解水制氫裝置、儲氫組件、蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件和電力系統(tǒng)；儲氫組件包括第一冷凝器、氣體混合器、儲氫罐和蒸汽發(fā)生器；蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件包括燃燒室、燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機、第一發(fā)電機、第二冷凝器和第二發(fā)電機；電力系統(tǒng)分別與電解水制氫裝置、第一發(fā)電機和第二發(fā)電機電連接。該儲能裝置可解決傳統(tǒng)儲能方式中存在的裝機容量小、系統(tǒng)效率低、儲能成本高問題。同時本發(fā)明還公開一種儲能方法，該儲能方法解決了電能難以大規(guī)模的存儲問題。本發(fā)明還公開一種發(fā)電方法，該發(fā)電方法解決了電力系統(tǒng)負荷調(diào)節(jié)慢的問題。
【專利說明】基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置及其儲能方法和發(fā)電方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域中的一種儲能系統(tǒng)，具體來說，涉及一種基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置，同時還涉及該儲能裝置的儲能方法和發(fā)電方法。

【背景技術(shù)】
[0002]由于傳統(tǒng)化石能源的枯竭和其造成的環(huán)境問題越來越嚴重，開發(fā)清潔能源，發(fā)展低碳經(jīng)濟，實現(xiàn)資源和能源的優(yōu)化配置已成為世界各國的共同選擇和新一輪國際競爭的戰(zhàn)略制高點。截止2013年年底，中國已經(jīng)超越美國成為世界上裝機容量和發(fā)電量最大的國家。然而，隨著新能源時代的到來，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)面臨著峰谷負荷差大、可再生能源兼容性不足、系統(tǒng)整體效率低下等諸多挑戰(zhàn)。因此，針對現(xiàn)階段電網(wǎng)運行的突出問題，建設(shè)具有可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好新型能源網(wǎng)絡(luò)(智能電網(wǎng))具有十分重要的意義。
[0003]應(yīng)用大規(guī)模儲能系統(tǒng)是實現(xiàn)能源優(yōu)化配置和控制，增強間歇式能源的兼容性，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性和安全性的必然選擇，是發(fā)展堅強智能電網(wǎng)技術(shù)的先決條件。常用儲能技術(shù)主要有物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、電化學儲能(如鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池、鈉硫電池、液流電池等)和電磁儲能(如超導儲能、電磁儲能等)。在諸多儲能技術(shù)中，除抽水蓄能外，大規(guī)模儲能技術(shù)中僅有壓縮空氣儲能和部分電化學儲能。壓縮空氣儲能，對地下洞室的地質(zhì)條件、嚴密性等有比較苛刻的要求，同時在儲能過程中需要消耗大量燃氣。電化學儲能存在深度充放電時間長、效率衰減快和單位投資高、廢舊電池電解液對環(huán)境污染大等問題，目前規(guī)?；潭纫彩钟邢蕖?br> [0004]與這些儲能方式相比，抽水蓄能由于其負荷調(diào)節(jié)快、裝機容量大、儲能成本低等特點得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用，目前已經(jīng)成為世界上技術(shù)最為成熟應(yīng)用最普遍的儲能方式。然而，抽水蓄能系統(tǒng)需要消耗大量水資源，而中國燃煤電廠大多位于水資源相對匱乏的北方地區(qū)，而且隨著近年來風電和光伏發(fā)電的大力發(fā)展，處于偏遠缺水地區(qū)的風電場和光伏電廠對于廉價大規(guī)模儲能系統(tǒng)的需求也越發(fā)迫切。因此，發(fā)展地理適應(yīng)性更好，調(diào)峰能力強，儲能成本低，易于規(guī)?；男滦蛢δ芗夹g(shù)具有十分重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置，該儲能裝置可解決傳統(tǒng)儲能方式中存在的地理適應(yīng)性差、裝機容量小、系統(tǒng)效率低、儲能成本高等問題。同時還提供一種儲能方法，利用該儲能裝置進行儲能，該儲能方法解決了電能難以大規(guī)模的存儲問題，同時在存儲過程中能量耗散率低。還提供一種發(fā)電方法，利用該儲能裝置進行發(fā)電，該發(fā)電方法解決了電力系統(tǒng)負荷調(diào)節(jié)慢的問題。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置，該儲能裝置包括電解水制氫裝置、儲氫組件、蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件和電力系統(tǒng)；所述的儲氫組件包括第一冷凝器、氣體混合器、儲氫罐和蒸汽發(fā)生器，其中，氣體混合器的氫氣入口與電解水制氫裝置的氫氣出口相連，氣體混合器的氣相入口與第一冷凝器的氣相出口相連，氣體混合器的氫氣出口和儲氫罐的氫氣入口相連，儲氫罐的產(chǎn)物出口與第一冷凝器的入口相連，第一冷凝器的液相出口和電解水制氫裝置的給水入口相連，蒸汽發(fā)生器的蒸汽出口與儲氫罐的蒸汽入口相連；所述的蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件包括燃燒室、燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機、第一發(fā)電機、第二冷凝器和第二發(fā)電機，其中，燃燒室的燃氣出口和燃氣輪機的燃氣入口相連，燃氣輪機的乏氣出口和余熱鍋爐的燃氣入口相連，余熱鍋爐的蒸汽出口分別蒸汽輪機的蒸汽入口和儲氫罐的蒸汽入口相連，第二冷凝器的入口分別與蒸汽輪機的乏汽出口和儲氫罐的產(chǎn)物出口相連，第二冷凝器的氣相出口與燃燒室的氫氣入口相連，第二冷凝器的液相出口與余熱鍋爐的給水入口相連；第一發(fā)電機與燃氣輪機同軸相連，第二發(fā)電機與蒸汽輪機同軸相連；電力系統(tǒng)分別與電解水制氫裝置、第一發(fā)電機和第二發(fā)電機電連接。
[0007]一種基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置的儲能方法，該儲能方法為:當電力負荷較低需要進行削峰時，首先在儲氫罐中盛放載氧體，然后將電力系統(tǒng)中冗余的電能引入到電解水制氫裝置中，制取氫氣；產(chǎn)生的氫氣通過氣體混合器進入儲氫罐中，利用氫氣與儲氫罐中的載氧體的氧化還原反應(yīng)，將氫能儲存在載氧體中。
[0008]進一步，所述的基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置的儲能方法，所述的該儲能方法的具體過程為:首先電力系統(tǒng)將冗余的電能引入到電解水制氫裝置中，電能通過電解水反應(yīng)產(chǎn)生高純氫氣，高純氫氣進入氣體混合器中，在氣體混合器中，氫氣與第一冷凝器流入到氣體混合器中的氣相組分均勻混合，然后通入儲氫罐中，儲氫罐利用電力系統(tǒng)產(chǎn)生的冗余電能進行加熱，控制儲氫罐的溫度在900~950°C，在儲氫罐中，氫氣與載氧體發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生固相的載氧體和氣相的高溫蒸汽與氫氣的混合物，儲氫罐中的高溫蒸汽與氫氣的混合物進入第一冷凝器中，與第一冷凝器中的給水換熱，混合物中的高溫蒸汽被冷凝下來，得到濃度較高的氣相組分；高溫蒸汽冷凝后產(chǎn)生的冷凝水與給水混合后，進入電解水制氫裝置電解。
[0009]一種所述的基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置的發(fā)電方法，該發(fā)電方法為:當電力負荷較高需要進行填谷時，儲氫罐中儲存有氫能的載氧體與高溫水蒸氣反應(yīng)，將氫氣釋放出來，產(chǎn)生氫氣通過燃燒室燃燒釋放熱能，并推動蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件發(fā)電。
[0010]進一步，所述的基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置的發(fā)電方法，所述的發(fā)電方法的具體過程是:首先啟動蒸汽發(fā)生器，對蒸汽發(fā)生器進行電加熱，使得蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生溫度為170°C，壓力為0.7Mpa的蒸汽；對儲氫罐進行電加熱，溫度保持為800~850°C ;蒸汽發(fā)生器中的蒸汽進入儲氫罐中，蒸汽與載氧體發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將載氧體氧化再生，產(chǎn)生高溫的蒸汽和氫氣的混合物，該混合物進入第二冷凝器中，混合物中的蒸汽被冷凝，得到純度較高的氫氣，該氫氣進入燃燒室中燃燒，燃燒過程中通入部分二次空氣降溫，燃燒溫度控制在1400~1600°C，燃燒產(chǎn)生的高溫燃氣推動燃氣輪機做功，并通過第一發(fā)電機產(chǎn)生電能，燃氣輪機乏氣在余熱鍋爐中與從第二冷凝器流入的給水換熱產(chǎn)生高溫過熱蒸汽，蒸汽溫度為450~500°C，蒸汽壓力為0.5-0.8Mpa，一部分高溫過熱蒸汽流入到蒸汽輪機中做功，并推動第二發(fā)電機發(fā)電，另一部分高溫過熱蒸汽流入到儲氫罐中，與載氧體發(fā)生反應(yīng)生成氫氣；余熱鍋爐產(chǎn)生高溫過熱蒸汽后，系統(tǒng)啟動完成，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器，儲氫罐僅依靠余熱鍋爐提供汽源，第一發(fā)電機和第二發(fā)電機產(chǎn)生的電能輸入到電力系統(tǒng)中，滿足電力系統(tǒng)負荷要求。
[0011]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果: (I)系統(tǒng)所需的原料僅有載氧體和水，載氧體可選擇鐵礦石，原料來源豐富，價格低廉，而且對環(huán)境沒有任何污染，因此能夠有效解決傳統(tǒng)儲能方式中原料成本高，地理適應(yīng)性差，污染嚴重，難規(guī)模化的問題。
[0012](2)系統(tǒng)采用氫能氫氣作為儲能載體，有效的避免了電能難以大規(guī)模儲存的問題，而且氫能氫氣是一種清潔高效的無碳能源，不僅能夠再生，而且燃燒后的產(chǎn)物僅有水，對環(huán)境沒有任何污染。
[0013](3)氫氣與載氧體反應(yīng)速率快，存儲和釋放的時間短，能量轉(zhuǎn)換效率高，同時，氫氣質(zhì)量能量密度大，燃燒能夠釋放能量快，能很好的適應(yīng)電力系統(tǒng)快速的負荷變化。
[0014](4)利用載氧體的氧化還原反應(yīng)儲氫，解決了傳統(tǒng)儲氫技術(shù)中安全性低、儲氫量小，能量耗散率高，成本高昂的問題。以廉價鐵礦石作為儲氫材料，不僅成本低，儲氫量大，而且載氧體性質(zhì)穩(wěn)定，系統(tǒng)運行安全可靠。
[0015](5)系統(tǒng)通過第一冷凝器和第二冷凝器實現(xiàn)了水的回收利用，有效降低了系統(tǒng)的水耗量。
[0016](6)系統(tǒng)采用余熱鍋爐利用燃氣輪機乏氣余熱，實現(xiàn)了能量的多級利用，提高了系統(tǒng)的整體效率。
[0017](7)儲氫罐尾氣通過冷凝提高氫氣分壓實現(xiàn)氫氣的再循環(huán)，有效的克服儲氫反應(yīng)中由于熱力學限制造成氫氣轉(zhuǎn)化率較低的問題，從而提高了儲氫罐的儲氫效率。
[0018](8)載氧體在儲氫罐中發(fā)生鏈式循環(huán)反應(yīng)，實現(xiàn)了載氧體的再生和循環(huán)利用，因此，儲氫罐只需要在開始時盛放一定量的載氧體，便能夠?qū)崿F(xiàn)長時間的連續(xù)運行而不需要進行載氧體的更換，有效的節(jié)省了原料成本。
[0019](9)在儲氫罐中，載氧體發(fā)生還原反應(yīng)存儲氫氣，發(fā)生氧化反應(yīng)制取氫氣，因此，儲氫罐實現(xiàn)了儲氫制氫的一體化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的儲能裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]圖中有:電解水制氫裝置1、第一冷凝器2、氣體混合器3、儲氫罐4、蒸汽發(fā)生器5、燃燒室6、燃氣輪機7、余熱鍋爐8、蒸汽輪機9、第一發(fā)電機10、第二冷凝器11、第二發(fā)電機12、電力系統(tǒng)13、儲氫組件I和蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件II。

【具體實施方式】
[0022]下面將參照附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明的一種基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置，包括電解水制氫裝置1、儲氫組件1、蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件II和電力系統(tǒng)13。儲氫組件包括第一冷凝器2、氣體混合器3、儲氫罐4和蒸汽發(fā)生器5。氣體混合器3的氫氣入口與電解水制氫裝置I的氫氣出口相連，氣體混合器3的氣相入口與第一冷凝器2的氣相出口相連，氣體混合器3的氫氣出口和儲氫罐4的氫氣入口相連，儲氫罐4的產(chǎn)物出口與第一冷凝器2的入口相連，第一冷凝器2的液相出口和電解水制氫裝置I的給水入口相連，蒸汽發(fā)生器5的蒸汽出口與儲氫罐4的蒸汽入口相連。蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件包括燃燒室6、燃氣輪機7、余熱鍋爐8、蒸汽輪機9、第一發(fā)電機10、第二冷凝器11和第二發(fā)電機12。燃燒室6的燃氣出口和燃氣輪機7的燃氣入口相連，燃氣輪機7的乏氣出口和余熱鍋爐8的燃氣入口相連，余熱鍋爐8的蒸汽出口分別蒸汽輪機9的蒸汽入口和儲氫罐4的蒸汽入口相連，第二冷凝器11的入口分別與蒸汽輪機9的乏汽出口和儲氫罐4的產(chǎn)物出口相連，第二冷凝器11的氣相出口與燃燒室6的氫氣入口相連，第二冷凝器11的液相出口與余熱鍋爐8的給水入口相連。第一發(fā)電機10與燃氣輪機7同軸相連，第二發(fā)電機12與蒸汽輪機9同軸相連。電力系統(tǒng)13分別與電解水制氫裝置1、第一發(fā)電機10和第二發(fā)電機12電連接。
[0024]上述結(jié)構(gòu)的基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置的儲能方法:當電力負荷較低需要進行削峰時，首先在儲氫罐4中盛放載氧體，然后將電力系統(tǒng)13中冗余的電能引入到電解水制氫裝置I中，制取氫氣；產(chǎn)生的氫氣通過氣體混合器3進入儲氫罐4中，利用氫氣與儲氫罐4中的載氧體的氧化還原反應(yīng)，將氫能儲存在載氧體中。具體來說，上述該儲能方法的過程為:首先電力系統(tǒng)13將冗余的電能引入到電解水制氫裝置I中，電能通過電解水反應(yīng)產(chǎn)生高純氫氣，高純氫氣進入氣體混合器3中，在氣體混合器3中，氫氣與第一冷凝器2流入到氣體混合器3中的氣相組分均勻混合，然后通入儲氫罐4中，儲氫罐4利用電力系統(tǒng)13產(chǎn)生的冗余電能進行加熱，控制儲氫罐4的溫度在900~950°C，在儲氫罐4中，氫氣與載氧體發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生固相的載氧體和氣相的高溫蒸汽與氫氣的混合物，儲氫罐4中的高溫蒸汽與氫氣的混合物進入第一冷凝器2中，與第一冷凝器2中的給水換熱，混合物中的高溫蒸汽被冷凝下來，得到濃度較高的氣相組分；高溫蒸汽冷凝后產(chǎn)生的冷凝水與給水混合后，進入電解水制氫裝置I電解。
[0025]上述結(jié)構(gòu)的基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置的發(fā)電方法:當電力負荷較高需要進行填谷時，儲氫罐4中儲存有氫能的載氧體與高溫水蒸氣反應(yīng)，將氫氣釋放出來，產(chǎn)生氫氣通過燃燒室6燃燒釋放熱能，并推動蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件發(fā)電。具體來說，該發(fā)電方法的過程是:首先啟動蒸汽發(fā)生器5，對蒸汽發(fā)生器5進行電加熱，使得蒸汽發(fā)生器5內(nèi)產(chǎn)生溫度為170°C，壓力為0.7Mpa的蒸汽；對儲氫罐4進行電加熱，溫度保持為800~850°C ;蒸汽發(fā)生器5中的蒸汽進入儲氫罐4中，蒸汽與載氧體發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將載氧體氧化再生，產(chǎn)生高溫的蒸汽和氫氣的混合物，該混合物進入第二冷凝器11中，混合物中的蒸汽被冷凝，得到純度較高的氫氣，該氫氣進入燃燒室6中燃燒，燃燒過程中通入部分二次空氣降溫，燃燒溫度控制在1400~1600°C，燃燒產(chǎn)生的高溫燃氣推動燃氣輪機7做功，并通過第一發(fā)電機10產(chǎn)生電能，燃氣輪機7乏氣在余熱鍋爐8中與從第二冷凝器11流入的給水換熱產(chǎn)生高溫過熱蒸汽，蒸汽溫度為450~500°C，蒸汽壓力為0.5-0.8Mpa，一部分高溫過熱蒸汽流入到蒸汽輪機9中做功，并推動第二發(fā)電機12發(fā)電，另一部分高溫過熱蒸汽流入到儲氫罐4中，與載氧體發(fā)生反應(yīng)生成氫氣；余熱鍋爐8產(chǎn)生高溫過熱蒸汽后，系統(tǒng)啟動完成，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器5，儲氫罐4僅依靠余熱鍋爐8提供汽源，第一發(fā)電機10和第二發(fā)電機12產(chǎn)生的電能輸入到電力系統(tǒng)13中，滿足電力系統(tǒng)負荷要求。
[0026]本發(fā)明的基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置是由電解水制氫裝置、儲氫組件、蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件和電力系統(tǒng)四個單元組成。當電力系統(tǒng)負荷較低需要削峰時，冗余的電能被引入到電解水制氫裝置中，通過電解水法制得氫氣，氫氣隨即與儲氫罐中的載氧體發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成低價態(tài)載氧體，實現(xiàn)電能的存儲過程。當電力系統(tǒng)負荷較高需要填谷時，低價態(tài)的載氧體再與高溫蒸汽反應(yīng)將氫氣釋放出來，并通過蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件發(fā)電，實現(xiàn)電能的釋放過程。此外，在不同單元之間，本發(fā)明還采用了余熱回收、水汽和氫氣再循環(huán)的方式來提高系統(tǒng)的整體效率。
[0027]本發(fā)明的基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置中，電解水制氫裝置I為一般工業(yè)用電解水制氫系統(tǒng)，當電力系統(tǒng)13需要削峰時，冗余的電能首先進入電解水制氫裝置1，在該裝置中，電能通過電解水法制得氫氣和氧氣，從而將電能轉(zhuǎn)化為氫能。儲氫組件I是整個儲能裝置的核心部分，是電能存儲和釋放的中間載體。電力系統(tǒng)13可以是風電場、光伏電場等間歇式可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，也可以是燃煤電廠等傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電系統(tǒng)。
[0028]下面例舉一具體實施例。
[0029]儲能過程:采用廉價赤鐵礦作為載氧體。當電力系統(tǒng)需要儲能時，首先將冗余的電能引入電解水制氫裝置I進行電解，裝置采用單極性堿性水溶液電解池，電解溫度控制在70~80°C。電解產(chǎn)生的氫氣隨即進入氣體混合器3，在氣體混合器3中，電解產(chǎn)生的氫氣與第一冷凝器2得到的氣相組分均勻混合，混合后的氫氣隨后引入儲氫罐4，儲氫罐4采用電加熱，溫度控制在900~950°C，壓力為常壓。在儲氫罐4中，氫氣首先將載氧體Fe2O3還原到Fe3O4，這一過程不儲存氫氣。隨后載氧體進一步與氫氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將氫能以低價載氧體FeO的形式封存。儲氫過程中產(chǎn)生的氫水混合物被引入到第一冷凝器2中。在第一冷凝器2中，產(chǎn)物中的水蒸氣被冷凝下來，得到氫氣濃度較高的氣相組分。氣相組分與電解產(chǎn)生的氫氣均勻混合再次送入儲氫罐4中，實現(xiàn)了氫氣的循環(huán)再利用。冷凝得到的冷卻水與給水混合后進入電解水制氫裝置1，實現(xiàn)產(chǎn)物的再利用。
[0030]發(fā)電過程:首先啟動蒸汽發(fā)生器5，蒸汽發(fā)生器5采用電加熱，產(chǎn)生溫度為170°C，壓力為0.7Mpa的飽和蒸汽，蒸汽隨后被引入到儲氫罐4，在儲氫罐4中，蒸汽與載氧體發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將低價FeO氧化到Fe3O4,同時產(chǎn)生大量氫水混合氣。此時，載氧體完成第一次氧化還原，之后載氧體均在FeO和Fe3O4之間循環(huán)。混合氣在第二冷凝器11中冷凝后得到較為純凈的氫氣，氫氣隨后進入燃燒室6中燃燒，產(chǎn)生高溫燃氣。為防止燃燒溫度過高，燃燒時混入部分二次空氣降溫，燃氣溫度控制在1400~1600°C，高溫燃氣進入燃氣輪機7中，推動燃氣輪17機做功，并通過第一發(fā)電機10產(chǎn)生電能，具有較高溫度的燃氣輪機乏氣進入余熱鍋爐8中，與鍋爐給水換熱產(chǎn)生高溫過熱蒸汽。蒸汽參數(shù)控制在溫度450~500°C，壓力0.5-0.8Mpa，產(chǎn)生的高溫過熱蒸汽一部分進入蒸汽輪機9中推動蒸汽輪機9做功，并通過第二發(fā)電機12產(chǎn)生電能，另一部分蒸汽則進入儲氫罐4中，此時，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器5，儲氫罐4僅由余熱鍋爐8提供汽源。第一發(fā)電機10和第二發(fā)動機12分別與電力系統(tǒng)13相連，產(chǎn)生的電能輸入到電力系統(tǒng)13中滿足電力系統(tǒng)負荷要求。
[0031]本發(fā)明的基于氧化還原反應(yīng)的儲能系統(tǒng)，首先將冗余的電能通過電解水法制取氫氣，實現(xiàn)電能向氫能的轉(zhuǎn)化，然后以氫能作為儲能載體，利用氧化還原反應(yīng)將氫能存儲在低價態(tài)的載氧體中。當系統(tǒng)需要產(chǎn)生電能滿足電力系統(tǒng)負荷要求時，載氧體再將存儲的氫能釋放出來，并通過發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，從而又將氫能轉(zhuǎn)化為電能。整個儲能系統(tǒng)通過載氧體的氧化還原反應(yīng)完成了電能和氫能的相互轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)削峰填谷、平滑負荷的目的。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置，其特征在于，該儲能裝置包括電解水制氫裝置(1)、儲氫組件、蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件和電力系統(tǒng)(13)， 所述的儲氫組件包括第一冷凝器(2)、氣體混合器(3)、儲氫罐(4)和蒸汽發(fā)生器(5)，其中，氣體混合器(3)的氫氣入口與電解水制氫裝置(I)的氫氣出口相連，氣體混合器(3)的氣相入口與第一冷凝器(2)的氣相出口相連，氣體混合器(3)的氫氣出口和儲氫罐(4)的氫氣入口相連，儲氫罐(4)的產(chǎn)物出口與第一冷凝器(2)的入口相連，第一冷凝器(2)的液相出口和電解水制氫裝置(I)的給水入口相連，蒸汽發(fā)生器(5)的蒸汽出口與儲氫罐(4)的蒸汽入口相連； 所述的蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件包括燃燒室(6)、燃氣輪機(7)、余熱鍋爐(8)、蒸汽輪機(9)、第一發(fā)電機(10)、第二冷凝器(11)和第二發(fā)電機(12)，其中，燃燒室(6)的燃氣出口和燃氣輪機(7)的燃氣入口相連，燃氣輪機(7)的乏氣出口和余熱鍋爐(8)的燃氣入口相連，余熱鍋爐(8)的蒸汽出口分別蒸汽輪機(9)的蒸汽入口和儲氫罐(4)的蒸汽入口相連，第二冷凝器(11)的入口分別與蒸汽輪機(9)的乏汽出口和儲氫罐(4)的產(chǎn)物出口相連，第二冷凝器(11)的氣相出口與燃燒室(6 )的氫氣入口相連，第二冷凝器(11)的液相出口與余熱鍋爐(8)的給水入口相連；第一發(fā)電機(10)與燃氣輪機(7)同軸相連，第二發(fā)電機(12)與蒸汽輪機(9)同軸相連； 電力系統(tǒng)(13)分別與電解水制氫裝置(I)、第一發(fā)電機(10)和第二發(fā)電機(12)電連接。
2.—種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置的儲能方法，其特征在于，該儲能方法為:當電力負荷較低需要進行削峰時，首先在儲氫罐(4)中盛放載氧體，然后將電力系統(tǒng)(13)中冗余的電能引入到電解水制氫裝置(I)中，制取氫氣；產(chǎn)生的氫氣通過氣體混合器(3)進入儲氫罐(4)中，利用氫氣與儲氫罐(4)中的載氧體的氧化還原反應(yīng)，將氫能儲存在載氧體中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置的儲能方法，其特征在于，所述的該儲能方法的具體過程為:首先電力系統(tǒng)(13)將冗余的電能引入到電解水制氫裝置(I)中，電能通過電解水反應(yīng)產(chǎn)生高純氫氣，高純氫氣進入氣體混合器(3 )中，在氣體混合器(3)中，氫氣與第一冷凝器(2)流入到氣體混合器(3)中的氣相組分均勻混合，然后通入儲氫罐(4)中，儲氫罐(4)利用電力系統(tǒng)(13)產(chǎn)生的冗余電能進行加熱，控制儲氫罐(4)的溫度在900~950°C，在儲氫罐(4)中，氫氣與載氧體發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生固相的載氧體和氣相的高溫蒸汽與氫氣的混合物，儲氫罐(4)中的高溫蒸汽與氫氣的混合物進入第一冷凝器(2)中，與第一冷凝器(2)中的給水換熱，混合物中的高溫蒸汽被冷凝下來，得到濃度較高的氣相組分；高溫蒸汽冷凝后產(chǎn)生的冷凝水與給水混合后，進入電解水制氫裝置(I)電解。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置的發(fā)電方法，其特征在于，該發(fā)電方法為:當電力負荷較高需要進行填谷時，儲氫罐(4)中儲存有氫能的載氧體與高溫水蒸氣反應(yīng)，將氫氣釋放出來，產(chǎn)生氫氣通過燃燒室(6)燃燒釋放熱能，并推動蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電組件發(fā)電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于氧化還原反應(yīng)的儲能裝置的發(fā)電方法，其特征在于，所述的發(fā)電方法的具體過程是:首先啟動蒸汽發(fā)生器(5)，對蒸汽發(fā)生器(5)進行電加熱，使得蒸汽發(fā)生器(5)內(nèi)產(chǎn)生溫度為170°C，壓力為0.7Mpa的蒸汽；對儲氫罐(4)進行電加熱，溫度保持為800~850°C ;蒸汽發(fā)生器(5)中的蒸汽進入儲氫罐(4)中，蒸汽與載氧體發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將載氧體氧化再生，產(chǎn)生高溫的蒸汽和氫氣的混合物，該混合物進入第二冷凝器(11)中，混合物中的蒸汽被冷凝，得到純度較高的氫氣，該氫氣進入燃燒室(6)中燃燒，燃燒過程中通入部分二次空氣降溫，燃燒溫度控制在1400~1600°C，燃燒產(chǎn)生的高溫燃氣推動燃氣輪機(7 )做功，并通過第一發(fā)電機(10 )產(chǎn)生電能，燃氣輪機(7 )乏氣在余熱鍋爐(8 )中與從第二冷凝器(11)流入的給水換熱產(chǎn)生高溫過熱蒸汽，蒸汽溫度為450~500°C，蒸汽壓力為0.5-0.8Mpa，一部分高溫過熱蒸汽流入到蒸汽輪機(9)中做功，并推動第二發(fā)電機(12)發(fā)電，另一部分高溫過熱蒸汽流入到儲氫罐(4)中，與載氧體發(fā)生反應(yīng)生成氫氣；余熱鍋爐(8)產(chǎn)生高溫過熱蒸汽后，系統(tǒng)啟動完成，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器(5)，儲氫罐(4)僅依靠余熱鍋爐(8)提供汽源，第一發(fā)電機(10)和第二發(fā)電機(12)產(chǎn)生的電能輸入到電力系統(tǒng)(13)中，滿足電力系統(tǒng)負荷要求。
【文檔編號】C25B1/04GK104481617SQ201410604000
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】肖睿, 曾德望, 張帥 申請人:東南大學