[发明专利]一种燃用铝的发电系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种燃用铝的发电系统及其工作方法，该系统包括铝燃烧发电子系统和铝燃料电解再生子系统；本发明通过将基于铝燃料储能、铝燃烧发电、氢燃烧发电和氧化铝电解制铝等进行有效地耦合，具有储能密度高、储能周期长可实现永久储存、燃料循环再生无消耗和便于开展全球能源贸易等优点。

技术领域

本发明属于绿色发电和先进储能技术领域，具体涉及一种燃用铝的发 电系统及其工作方法。

背景技术

随着全球大气污染和气候变暖形势的日趋严峻，传统的以化石能源为 主的发电系统将面临前所未有的压力和挑战。从世界范围来看，各国都在 努力提高自身电力结构中可再生能源发电的比例。未来，世界能源领域的 发展趋势必然是可再生能源逐步替代化石能源。然而，可再生能源由于自 身的间歇性、不稳定性和不确定性等特点，严重阻碍了可再生能源发电的 发展。未来要实现可再生能源替代化石能源，必须依赖大规模和长周期储能技术的发展和支撑。

目前，储能技术领域的研究十分活跃，各种储能技术迅猛发展，如抽 水蓄能、压缩空气储能、锂电池储能、超级电容器储能、飞轮储能、储氢 等。然而，现有的储能技术难以同时满足储能密度大、可移动性、自耗损 失小和全球能源贸易的要求。因此，需要开发一种新的储能技术，从而使 可再生能源发电在全世界范围内向更深、更广方向发展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种燃用铝的发 电系统及其工作方法，该系统将基于铝燃料储能、铝燃烧发电、氢燃烧发 电和氧化铝电解制铝等进行有效地耦合，具有储能密度高、储能周期长可 实现永久储存、燃料循环再生无消耗和便于开展全球能源贸易等优点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种燃用铝的发电系统，包括铝燃烧发电子系统和铝燃料电解再生子 系统；

所述铝燃烧发电子系统包括制粉装置1、铝水燃烧装置2、气固分离 装置3、混合工质透平4、发电机5、氢燃烧装置6、空气压缩机7、蒸汽 透平8、发电机9和冷凝器10；铝燃料通过输送管路与制粉装置1的物料 进口相连接，制粉装置1的出口与铝水燃烧装置2的燃料进口相连接，铝 水燃烧装置2的氧化剂进口与氧化剂水输送管路相连接，在铝水燃烧装置 2中，铝粉与水发生剧烈的燃烧反应，反应方程式为2Al+3H₂O＝Al₂O₃+3H₂， 反应过程中氧化剂水是过量的，反应产物为固体Al₂O₃、蒸汽和氢气；铝 水燃烧装置2的出口与气固分离装置3的进口相连通，完成气固分离后， 蒸汽和氢气的混合气体经气固分离装置3的气体出口与混合工质透平4的 进口相连通，高温高压的混合气体在混合工质透平4中膨胀做功并带动发 电机5旋转发电，发电机5与混合工质透平4同轴连接，固体Al₂O₃经气 固分离装置3的固体物料出口进行收集；混合工质透平4的工质出口与氢 燃烧装置6的燃料进口相连接，氢燃烧装置6的空气进口与空气压缩机7 的出口相连接，氢气在氢燃烧装置6燃烧并放出热量，产生的高温蒸汽经 氢燃烧装置6的出口与蒸汽透平8的进口相连通，高温蒸汽在蒸汽透平8中膨胀做功并带动发电机9旋转发电，发电机9与蒸汽透平8同轴连接， 蒸汽透平8的出口与冷凝器10的进口相连接，蒸汽在冷凝器10中被冷凝 形成水，水被收集后可进入下一个循环继续使用或用作其他用途；

所述铝燃料电解再生子系统包括运输装置11和氧化铝电解装置12； 铝与水燃烧反应产生的固体Al₂O₃经运输装置11运送到工业电解铝工厂， 固体Al₂O₃与氧化铝电解装置12的氧化铝物料进口相连接，氧化铝电解装 置12的另一个物料进口与助熔剂冰晶石输送管路相连接，氧化铝电解装 置12的电源与电网中富余的可再生能源电力供应13相连接，氧化铝在氧 化铝电解装置12中发生电解反应，在氧化铝电解装置12的阴极上又重新 生成燃料铝。