[发明专利]完全依赖可再生能源的住宅楼宇供能系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种完全依赖可再生能源的住宅楼宇供能系统及其工作方法，该系统包括可再生能源电网、电解铝工厂、铝水反应装置、氢燃料电池发电装置、住宅楼宇和屋顶光伏发电装置；本发明通过将可再生能源发电、基于铝燃料储能、铝水氧化制氢和氢燃料电池等进行有效地耦合，具有储能密度高、储能周期长可实现永久储存、燃料循环再生无消耗、可实现住宅楼宇供能系统完全依赖可再生能源等优点。

技术领域

本发明属于绿色供能和先进储能技术领域，具体涉及一种完全依赖可再生能源的住宅楼宇供能系统及其工作方法。

背景技术

随着全球大气污染和气候变暖形势的日趋严峻，传统的以化石能源为主的发电系统将面临前所未有的压力和挑战。从世界范围来看，各国都在努力提高自身电力结构中可再生能源发电的比例。未来，世界能源领域的发展趋势必然是可再生能源逐步替代化石能源。对于居民住宅楼宇来讲，其能量需求主要包括电能和热能，现阶段的住宅楼宇的电能和热能供应主要来源于化石能源。如何降低住宅楼宇供能系统中的碳排放对实现碳中和目标和能源转型具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种完全依赖可再生能源的住宅楼宇供能系统及其工作方法，该系统将可再生能源发电、基于铝燃料储能、铝水氧化制氢和氢燃料电池等进行有效地耦合，具有储能密度高、储能周期长可实现永久储存、燃料循环再生无消耗、可实现住宅楼宇供能系统完全依赖可再生能源等优点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种完全依赖可再生能源的住宅楼宇供能系统，包括可再生能源电网1、电解铝工厂2、铝水反应装置3、氢燃料电池发电装置4、住宅楼宇5和屋顶光伏发电装置6；所述电解铝工厂2的电源供应来自可再生能源电网1，电解铝工厂2制得的铝燃料通过输送系统与铝水反应装置3的铝燃料进口相连接，铝水反应装置3的氧化剂进口与外部水供应系统相连接；在铝水反应装置3中，铝粉与水发生燃烧反应，反应产物为氢气和铝的固体氧化产物，同时放出大量热量，产生的氢气与氢燃料电池发电装置4的氢气进口相连接，产生的铝的固体氧化产物通过输送系统与电解铝工厂2的原料进口相连接，产生的热量与住宅楼宇5的热能供应系统相连接；在氢燃料电池发电装置4中，氢气通过电化学反应产生电能和热能，电能通过电力输送系统与住宅楼宇5的电能供应相连接，热能通过输送系统与住宅楼宇5的热能供应系统相连接；

所述住宅楼宇5的电能供应还包括直接与可再生能源电网1相连接的电力供应；

所述住宅楼宇5的屋顶设置有屋顶光伏发电装置6，屋顶光伏发电装置6产生的电能除了供应住宅楼宇5的电能供应外，若有剩余，剩余部分输送到可再生能源电网1中。

所述的完全依赖可再生能源的住宅楼宇供能系统的工作方法，当可再生能源电网1中可再生能源发电过剩时，过剩的可再生能源电力通过电解铝工厂2进行氧化铝电解反应，将可再生能源电力转化为金属燃料铝的化学能进行储存；当可再生能源电网1中的电力不能满足住宅楼宇5的电能需求时，铝燃料与水在铝水反应装置3中进行氧化反应，产生的氢气进入氢燃料电池发电装置4中，通过电化学反应产生电能，实现对住宅楼宇5的补充电能供应；在铝水反应装置3和氢燃料电池发电装置4中，铝水氧化反应和氢氧电化学反应产生的热量通过能量回收系统对住宅楼宇5进行热能供应，如冬季采暖和楼宇内的热水供应等。

本发明的有益效果：

一种完全依赖可再生能源的住宅楼宇供能系统及其工作方法，具有如下优点：(1)基于金属燃料铝进行储能，铝燃料的能量密度高；(2)通过电化学反应将可再生能源电力转化为金属燃料铝的化学能进行储存，具有储能周期长，可实现永久储存的优点；(3)整个过程中铝燃料燃烧反应后，其燃烧产物通过电解再生可重新得到金属燃料铝，整个过程燃料铝循环再生、无消耗；(4)可实现住宅楼宇完全依赖可再生能源，彻底摆脱对化石能源的依赖，实现住宅楼宇系统的绿色能源供应。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。