[发明专利]固态热化学储能及供热、调峰、发电系统和方法

说明书

本发明提供一种系统简单，储热密度高且能大规模工业化储能供热的固态热化学储能及供热、调峰、发电系统及方法。本发明提供的固态热化学储能及供热系统，包括送风机、蒸汽发生器以及设置于所述送风机至所述蒸汽发生器之间连接管道上的固态储能装置，其中，所述固态储能装置包括壳体、设置在所述壳体内的固态储能模块、及加热所述固态储能模块的电加热器，构成所述固态储能模块的储能材料包括锰铁复合氧化物。

技术领域

本发明涉及储能领域，具体涉及一种固态热化学储能及供热系统、固态热化学储能调峰及发电系统和固态热化学储能调峰及供热方法。

背景技术

近年来人类社会能源需求增加，同时相对环保永续的可再生能源快速发展，然而间歇性是风电、光伏等可再生能源的一大特点，无法像传统化石能源发电随时间稳定输出，而是具有波动性与随机性，这意味着需要储能系统介入调节，以缓解电力需求供给不匹配所导致的种种问题。借由储能技术可以渐缓可再生能源因间歇性而带来的负面影响，增加电力调配的弹性、改善电力质量、提升电压稳定性。

储能系统种类繁多，例如储热技术、氢储能技术、压缩空气储能等，其中，储热是将能量转化为在自然状态下比较稳定的能量存在形态的过程，全球用户终端需求中热能和冷能约占总能耗的一半，全球能源预算中90％的能源也是围绕热能的转化、传输和存储进行的，受到热力学定律的约束，热能是重要的中间产物和副产物，存在大量的热能可以被利用。

储热主要包括显热、相变潜热和化学反应热三种形式。显热储热(如熔盐、导热油、水/蒸汽等)主要是利用介质温度的升降来实现热量的储存与释放，过程较为简单，应用最广，但其储热温度一般不超过570℃，储热密度较小，温度波动范围大，难以满足下一代高温应用技术的需求(700℃)；潜热储热是利用介质相变过程的潜热来实现热量的储存与释放，但导热系数较低，相变过程中换热较难控制，并且相变材料通常需要封装，工艺复杂，成本较高；化学储热是利用可逆化学反应的热效应进行能量的存储和释放，根据应用场景及储/放热需求不同，可选的反应物质范围较广，此外，储热密度可比显热高一个数量级，便于长时间储存或较长距离输运。

现有的广泛应用于工业上的储热方式还是以显热为主，所以本领域亟需一种能够利用更优化的储热材料进行大规模工业化储能供热的系统。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种系统简单，储热密度高且能大规模工业化储能供热的固态热化学储能及供热系统、固态热化学储能调峰及发电系统和固态热化学储能调峰及供热方法。

本发明第一方面提供了一种固态热化学储能及供热系统，包括送风机、蒸汽发生器以及设置于送风机至蒸汽发生器之间连接管道上的固态储能装置，其中，固态储能装置包括壳体、设置在壳体内的固态储能模块、及加热固态储能模块的电加热器，构成固态储能模块的储能材料包括锰铁复合氧化物。

根据该技术方案，当电加热器工作时，电加热器将电能转化为热能，并加热固态储能装置，固态储能模块中的锰铁复合氧化物发生还原反应，将热能转化为化学能进行存储，提高了储热密度，具体地，锰铁复合氧化物的储热密度是显热储能的8～10倍，是潜热储能的2倍以上，由于储热密度高，相同储能量的情况下储能材料的体积更小，节约了设备投资，适合大规模储能；

当送风机工作时，固态储能装置的空气进口打开，送风机将冷空气送入固态储能装置，固态储能模块中的锰铁复合氧化物与空气中的氧气发生氧化反应，释放大量热量，反应后剩余的贫氧空气吸收热量并通入蒸汽发生器后产生大量高温蒸汽，从而可以向外部设备实现大规模供热。

需要注意的是，本发明中的固态储能模块的储热材料包括锰铁复合氧化物，并非限定固态储能模块仅由锰铁复合氧化物组成，固态储能模块的储热材料也可以为锰铁复合氧化物和其他物质混合的储热材料，例如可以与一些能够防止金属氧化物烧结的表面材料混合作为储热材料等。

作为优选的技术方案，蒸汽发生器的二次侧进口与外部供水管连接，二次侧出口与外部供汽母管连接。