[发明专利]基于可逆化学反应的高通量太阳能热化学储能系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于可逆化学反应的高通量太阳能热化学储能系统与方法，本发明系统基于太阳能集热驱动的可逆化学反应，包括太阳能聚光装置、吸热反应单元、放热反应单元和反应物存储装置；日照条件充足时，在密闭的吸热反应单元中，通过多次换热最大限度地回收反应生成物的热量；同时，真空泵持续地抽出反应器内产生的CO₂，使其保持低分压状态，保证反应持续正向进行。在夜晚或日照不足时，吸热反应生成的CaO颗粒被搬运到放热反应单元的CaO料仓中用作反应物，通过换热器、多级流化床内部的换热管回收反应产生的热量。本发明可实现日照充足时储能，夜晚或日照不足时释能，保证热能供应全天候不间断；还可以提高反应温度和能量利用率。

技术领域

本发明涉及太阳能热化学储能领域，特别涉及一种基于可逆化学反应的高通量太阳能热化学储能系统与方法。

背景技术

一直以来，太阳能有可持续、清洁、储量充足等优点，对太阳能进行合理的开发利用将有助于早日实现双碳目标，但常规的太阳能储能技术存在放热温度低和储能密度低的问题，这无疑是制约太阳能热发电技术朝着大规模方向应用的很大因素。因此，亟需开发储能密度高、放热温度高的大规模高效太阳能热化学储能系统，而高通量太阳能聚光系统与热化学储能系统进行一体化集成，可实现光能-热能-化学能的高效转化与利用，因此高通量聚光太阳能热化学转化储能系统具有储能密度高和效率高、反应温度高的优点，是最有发展前景的大规模太阳能储能技术之一。

热化学储能系统朝着的高参数化发展，这就要求集热温度也有所提高，储能材料和反应器的性能是影响集热温度高低的主要因素。目前主要研究的热化学储能材料有金属氧化物、硫酸盐、碳酸盐和氢氧化物，其中CaCO₃/CaO在储能密度、放热温度以及成本等方面的综合优势大，具有较好的发展潜力，因此由太阳能集热驱动的可逆化学反应应用在热化学储能系统中，可以实现高效发电与供热。

太阳能热化学反应器分为直接照射式和间接照射式，其中直接照射式反应器的集热腔和反应腔一体化，使其具有结构简单且热效率高的优点，工业应用前景好，但当光照不均匀时，直接照射式反应器易出现流动不均和局部过热等问题，尤其是当储能材料选用微米级细颗粒载能体时，更容易发生团聚现象，使有效反应比表面积减小、不易流化，进而导致反应性能大幅下降。同时，细颗粒也易粘附在反应器石英窗口表面，在高通量聚光太阳能照射条件下引起“炸屏”的严重问题。而间接照射式反应器的集热腔与反应腔是分开的，故而可以缓冲流动不均的热流，避免颗粒团聚烧结，同时此结构也容易导致反应腔内有较大的温度梯度，降低反应效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可逆化学反应的高通量太阳能热化学储能系统与方法，以有效解决常规太阳能储能技术储能密度低、放热温度低的问题，本发明采用的高通量聚光太阳能热化学转化储能系统具有储能密度和效率高、反应温度高的优势。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于可逆化学反应的高通量太阳能热化学储能系统，包括太阳能聚光装置、高通量聚光太阳能吸热反应单元、放热反应单元和反应物存储装置；

所述太阳能聚光装置包括聚光器；

所述高通量聚光太阳能吸热反应单元包括斜板式移动床、风机a、换热器a、冷却器、压缩机和CO₂气瓶a；

所述放热反应单元包括多级流化床、换热器b、换热器c、风机b和CO₂气瓶b；

所述反应物存储装置包括CaCO₃料仓a、CaCO₃料仓b、CaO料仓a和CaO料仓b；

所述CaCO₃料仓a的固体出口连接至斜板式移动床的进料口，斜板式移动床的出料口连接至CaO料仓a的固体进口，斜板式移动床的CO₂气体出口依次经换热器a、冷却器、压缩机连接至CO₂气瓶a；