[发明专利]一种基于铝燃料储能的能源转化系统及方法

权利要求书

1.一种基于铝燃料储能的能源转化系统，其特征在于，包括太阳能供热发电系统、铝-水反应器、蒸汽发生器、蒸汽-氢气透平、燃气透平、蒸汽透平、冷凝式锅炉、压气机、蒸汽-氢气透平发电机、蒸汽透平发电机、燃气透平发电机和换热器；

铝-水反应器的高温高压混合气体出口连接至蒸汽-氢气透平的高温高压混合气体进口，蒸汽-氢气透平与蒸汽-氢气透平发电机同轴连接，蒸汽-氢气透平的混合气体出口连接至第一冷凝器的混合气体进口，第一冷凝器的液态水出口连接至蒸汽发生器的液态水进口，第一冷凝器的氢气出口通过氢气干燥器连接至燃烧室的氢气进口，压气机上设置有空气进口，压气机的高压空气出口连接至燃烧室的高压空气进口，燃烧室的水蒸汽出口连接至燃气透平的水蒸汽进口，燃气透平的水蒸汽出口连接至冷凝式锅炉的水蒸汽进口，燃气透平与燃气透平发电机同轴连接，冷凝式锅炉的水蒸汽出口连接至蒸汽透平的水蒸汽进口，冷凝式锅炉上还设置有锅炉冷凝水和烟气出口，蒸汽透平的水蒸汽出口通过换热器和第二冷凝器连接至蒸汽发生器的液态水进口，蒸汽透平与蒸汽透平发电机同轴连接，蒸汽发生器的水蒸汽出口连接至铝-水反应器的水蒸汽进口；

铝-水反应器的固体氢氧化铝出口连接至氢氧化铝反应器的进口，氢氧化铝反应器的出口、冰晶石和氯化盐电解铝所需材料以及NiFe₂O₄基金属陶瓷惰性阳极均连接至电解池，电解池的出口为铝液，铝液转化为铝粉后送入铝-水反应器的铝粉进口；

太阳能供热发电系统分别为氢氧化铝反应器和电解池供电；

铝-水反应器的高温高压混合气体出口处设置有可变截面阀；

铝-水反应器的固体氢氧化铝出口处设置有液位传感器；

第一冷凝器的液态水出口处设置有第一循环水泵；

第二冷凝器的出口处设置有第二循环水泵。

2.一种基于铝燃料储能的能源转化方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的一种基于铝燃料储能的能源转化系统，包括：

将铝液锻造、粉碎、铝粉球磨至10 μm铝粉，该粒径铝粉在铝-水反应器中被280 ^oC-580^oC的高温湿蒸汽氧化，快速反应生成氢气，并释放大量热量；随着反应的持续进行，生产的固相产物被移除并收集以用于铝的重生；大量水蒸汽和生成的氢气在铝-水反应器内变为高温高压的混合气体，混合气体从铝-水反应器内出来进入蒸汽-氢气透平做功并第一次发电；

从蒸汽-氢气透平出来的混合气体通过第一冷凝器进行分离，水蒸汽变为液态水进入蒸汽发生器，液态水再次进行反应，干燥的氢气进入燃烧室；氢气在燃烧室内与被压缩的空气燃烧放热，生成的水蒸汽进入燃气透平做功带动燃气透平发电机并第二次发电，水蒸汽通过冷凝式锅炉再次被加热，升温升压后的水蒸汽进入蒸汽透平，在蒸汽透平内做功并第三次发电，乏汽在换热器和第二冷凝器的作用下变为液态水重新进入蒸汽发生器进入系统循环；

氢氧化铝是铝-水反应在280 ^oC-580 ^oC时的主要产物，通过液位传感器实现将其及时从铝-水反应器中移除并收集，氢氧化铝分解生成氧化铝，电解氧化铝实现铝的再生，铝-水反应产生的氢气与水蒸汽在蒸汽-氢气透平做功发电后，大部分水蒸汽经第一冷凝器冷却成液态水重新进入蒸汽发生器，潮湿的氢气经过氢气干燥器后进入燃烧室燃烧放热，水蒸汽进入燃气透平再次做功发电，水蒸汽从燃气透平出来后经冷凝式锅炉尾部烟气加热再次进入蒸汽透平做功，推动汽轮机做功，乏汽经换热器和第二冷凝器后变为液态水再次进入蒸汽发生器；

通过蒸汽发生器控制反应的开始与停止，液位传感器和可变截面阀实现了铝粉和水蒸汽连续反应，将机械活化和高温活化方式相结合，促进反应的同时提高了混合气体的初始温度和压力，有利于水蒸汽和反应产物的进一步循环利用。