[发明专利]一种带化学提质蓄热的压缩空气储能系统

权利要求书

1.一种带化学提质蓄热的压缩空气储能系统，其特征在于系统按如下步骤进行：1)采用基于化学提质的蓄热系统作为压缩空气储能系统中的储热系统；2)在储能阶段，利用来自可再生能源或者电网的低谷电能驱动压缩机组工作，随后载有压缩热的压缩空气进入基于化学提质的蓄热系统进行换热；3)在储能阶段，压缩空气中的压缩热被所述基于化学提质的蓄热系统吸收、提质并存储，压缩空气温度降至环境温度并排出基于化学提质的蓄热系统，进入储气室进行储存；4)在释能阶段，储气室中的压缩空气进入基于化学提质的蓄热系统进行换热，压缩空气吸收基于化学提质的蓄热系统释放的高品位热能，被加热至较高温度后进入透平机组膨胀做功并带动发电机发电；

所述系统中的基于化学提质的蓄热系统包括化学热泵提质单元和中高温蓄热单元；在储能阶段，载有较低品位压缩热的压缩空气进入所述化学热泵提质单元，其热量被所述化学热泵提质单元吸收，并由所述化学热泵提质单元完成提质过程，在此过程中部分较低品位的压缩热经化学提质转换为较高品位的热能；随后由所述中高温蓄热单元完成较高品位热能的存储过程；在释能阶段，压缩空气进入所述中高温蓄热单元，压缩空气吸收所述中高温蓄热单元释放的较高品位热能，被加热至较高温度；

系统由电动机、压缩机组、基于化学提质的蓄热系统、储气室、透平机组以及发电机构成；其中，所述基于化学提质的蓄热系统的化学热泵提质单元包括吸热反应装置、中低温储热装置、精馏塔、分离装置、回热器；其中，所述中高温蓄热单元包括中高温热能化学存储装置、中高温储热装置、中高温生成物储罐、压气机和阀门；其中，所述电动机通过传动轴与压缩机组连接；所述压缩机组的排气口通过管道依次与基于化学提质的蓄热系统的热源空气通道及储气室的进口连接；所述储气室的出口通过管道依次与基于化学提质的蓄热系统的冷源空气通道及透平机组的进气口连接；所述透平机组通过传动轴与发电机连接；其中，所述基于化学提质的蓄热系统的热源空气通道入口通过管道与所述化学热泵提质单元的吸热反应装置的内部换热器Ⅰ的入口连接；所述化学热泵提质单元的吸热反应装置的内部换热器的出口通过管道与所述化学热泵提质单元的中低温储热装置的热源空气入口连接；所述化学热泵提质单元的中低温储热装置的热源空气出口通过管道与所述基于化学提质的蓄热系统的热源空气通道出口连接；所述基于化学提质的蓄热系统的冷源空气通道入口通过管道与所述化学热泵提质单元的中低温储热装置的冷源空气入口连接；所述化学热泵提质单元的中低温储热装置的冷源空气出口通过管道与所述中高温蓄热单元的中高温热能化学存储装置的内部换热器的入口连接；所述中高温蓄热单元的中高温热能化学存储装置的内部换热器的出口通过管道与所述基于化学提质的蓄热系统的冷源空气通道出口连接；其中，所述化学热泵提质单元的吸热反应装置的反应原料-反应产物出口通过管道经精馏塔的反应原料-反应产物通道与分离装置的反应原料-反应产物入口连接；所述分离装置的反应产物出口通过管道经回热器的反应产物通道与中高温热能化学存储装置的内部反应器管道入口连接；所述中高温热能化学存储装置的内部反应器管道出口通过管道经回热器的反应原料通道与吸热反应装置的反应原料入口连接；所述分离装置的反应原料出口通过管道与精馏塔的反应原料入口连接；所述精馏塔的反应原料出口通过管道与吸热反应装置的反应原料入口连接；其中，所述中高温蓄热单元的中高温热能化学存储装置的反应产物出口通过管道经中高温储热装置的反应产物通道、压气机与中高温生成物储罐的入口连接；所述中高温生成物储罐的出口通过管道、阀门经中高温储热装置的反应产物通道与中高温热能化学存储装置的反应产物入口连接；其中，所述压缩机组不限于单级压缩机及冷却系统，可为多级压缩机带级间冷却器和级后冷却器的压缩机组，在储能阶段，压缩空气中的压缩热被级间冷却器和级后冷却器回收并储存在基于化学提质的蓄热系统中；同理，所述透平机组不限于单级透平及加热系统，可为多级透平带级间加热器和级前加热器的透平机组，在释能阶段，基于化学提质的蓄热系统释放的较高品位热能通过级间加热器和级前加热器被压缩空气吸收。

2.根据权利要求1所述的一种带化学提质蓄热的压缩空气储能系统，其特征在于所述基于化学提质的蓄热系统按如下步骤进行：在储能阶段，所述化学热泵提质单元中，吸热反应装置内部的反应原料通过内部换热器吸收来自压缩空气的部分压缩热，换热后的压缩空气温度降低并进入中低温储热装置进一步释放压缩热，最后压缩空气的温度降至环境温度并进入储气室进行储存；吸收压缩热后的所述吸热反应装置内部的反应原料升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物与部分未反应的反应原料被输送至精馏塔；在所述精馏塔中，根据反应产物和反应原料沸点的不同，将反应产物与反应原料进行分离，沸点较高的大部分反应原料留在精馏塔中，随后被排回至吸热反应装置，经分离得到的具有一定温度且沸点较低的反应产物和少量反应原料温度降低并进入分离装置；在所述分离装置中，将反应原料和反应产物进行进一步分离，得到高纯度反应产物，被分离出的反应原料回到精馏塔，高纯度反应产物进入回热器；在所述回热器中，高纯度反应产物吸热升温，随后进入中高温热能化学存储装置的内部反应器管道；在所述中高温热能化学存储装置的内部反应器管道中，高纯度反应产物在合适的温度及压力下发生逆向放热反应，放出的热量被中高温热能化学存储装置的内部反应器管道外部填充的反应原料吸收，同时逆向放热反应生成的具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物排回至回热器；在所述回热器中，具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物与来自分离装置的高纯度反应产物进行换热，具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物放热降温并排回至吸热反应装置；在储能阶段，所述中高温蓄热单元中，中高温热能化学存储装置的内部反应器管道外部填充的反应原料吸收热量后升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物中包含固态、气态或液态的生产物，随后根据生成物相态及密度的不同，将生成物分离，密度大的固态生成物留在中高温热能化学存储装置中，具有一定温度且密度小的气态或液态的生成物在压气机的作用下进入中高温储热装置进行换热，换热后具有一定温度且密度小的气态或液态生成物温度降低并经压气机送入中高温生成物储罐进行储存；在释能阶段，所述储气室中之前储存的压缩空气释放并进入所述化学热泵提质单元中的中低温储热装置进行换热，压缩空气被预热至一定温度后进入所述中高温蓄热单元的中高温热能化学存储装置的内部换热器Ⅱ继续换热；同时所述中高温蓄热单元中，中高温生成物储罐中之前储存的气态或液态的生成物释放并进入中高温储热装置进行换热，被预热至一定温度后进入中高温热能化学存储装置，在合适的温度及压力下与中高温热能化学存储装置中原有的固态生成物发生逆向放热反应，压缩空气通过中高温热能化学存储装置的内部换热器吸收化学反应放出的高品位热能，压缩空气被加热至一定温度后进入透平机组膨胀做功。