[发明专利]耦合铝储能和超临界CO2循环发电的多联产系统及方法

权利要求书

1.一种耦合铝储能和超临界CO2循环发电的多联产系统，其特征在于：该系统包括金属燃料铝储能子系统和超临界CO2循环发电子系统；

所述金属燃料铝储能子系统包括氧化铝电解装置(1)、碱液反应器(2)、NaAlO2反应器(3)、Al(OH)3反应器(4)和储氢罐(5)；所述氧化铝电解装置(1)的电源由可再生能源提供，氧化铝电解装置(1)的阴极连通碱液反应器(2)的燃料进口，将电化学反应产生的金属燃料铝送入碱液反应器(2)，金属燃料铝在碱液反应器(2)中与水发生放热反应并产生氢气；碱液反应器(2)的氢气出口与储氢罐(5)的进口相连通，碱液反应器(2)的溶液出口与NaAlO2反应器(3)的溶液进口相连通；NaAlO2反应器(3)的溶液出口与Al(OH)3反应器(4)的溶液进口相连通，Al(OH)3反应器(4)的出口通过循环管路与氧化铝电解装置(1)的熔融电解液进口相连通，在Al(OH)3反应器(4)中发生热分解反应2Al(OH)3＝Al2O3+3H2O；NaAlO2反应器(3)的气体进口与来自燃煤电站烟气CO2捕集装置的CO2出口相连通，在NaAlO2反应器(3)中，NaAlO2溶液与CO2发生反应生成Al(OH)3，同时生成重要的化工原料Na2CO3和NaHCO3；

所述的超临界CO2循环发电子系统包括碱液反应器(2)、透平(6)、高温回热器(7)、低温回热器(8)、再压缩机(9)、预冷器(10)和主压缩机(11)；低温回热器(8)的热侧出口分为两路，其中一路经预冷器(10)与主压缩机(11)的入口相连通，主压缩机(11)的出口与低温回热器(8)的冷侧入口相连通，另一路与再压缩机(9)的入口相连通，再压缩机(9)的出口与低温回热器(8)的冷侧出口通过管道并管后与高温回热器(7) 的冷侧入口相连通，高温回热器(7)的冷侧出口与碱液反应器(2)的工质入口相连通，碱液反应器(2)的工质出口与透平(6)的进口相连通，透平(6)的工质出口与高温回热器(7)的热侧入口相连通，高温回热器(7)的热侧出口与低温回热器(8)的热侧入口相连通。

2.根据权利要求1所述的一种耦合铝储能和超临界CO2循环发电的多联产系统，其特征在于：在NaAlO2反应器(3)中，NaAlO2溶液与CO2发生反应生成Al(OH)3，同时生成重要的化工原料Na2CO3和NaHCO3；具体反应方程式为：(1)当CO2少量时，生成Na2CO3，2NaAlO2+CO2+3H2O＝2Al(OH)3+Na2CO3；(2)当CO2过量时，生成NaHCO3，NaAlO2+CO2+2H2O＝Al(OH)3+NaHCO3。

3.根据权利要求1所述的一种耦合铝储能和超临界CO2循环发电的多联产系统，其特征在于：Al(OH)3反应器(4)反应所需的热源来自于可再生能源。

4.权利要求1至3任一项所述的耦合铝储能和超临界CO2循环发电的多联产系统的工作方法，其特征在于：所述多联产系统以氧化铝为原料，当可再生能源发电过剩或富余时，通过氧化铝电解装置(1)对熔融的氧化铝溶液进行电解，将可再生能源电力通过电化学反应转化成铝燃料的化学能进行储存；当电网中可再生能源发电不足时，通过碱液反应器(2)和超临界CO2循环发电子系统将铝燃料的化学能转化成电能，用以补充可再生能源发电的不足；具体过程为：在碱液反应器(2)中，金属燃料铝与水发生放热反应并产生氢气，化学反应方程式依次为2Al+6H2O＝2Al(OH)3+3H2和Al(OH)3+NaOH＝NaAlO2+2H2O，所产生的热被超临界CO2循环发电子系统中高温回热器(7)冷侧出口的超临界CO2 吸收，吸热升温后的超临界CO2进入透平(6)膨胀做功，带动发电机对外输出电力，完成做功后的超临界CO2依次进入高温回热器(7)和低温回热器(8)中分别加热来自再压缩机(9)和主压缩机(11)升压后的低温冷侧超临界CO2。