一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统及运行方法

本发明涉及能量储存，尤其涉及一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统及运行方法。

背景技术：

1、储能技术是提高可再生能源的可靠性和稳定性的关键技术，然而，受自然资源和短时储能装备技术的双重制约，现阶段的储能技术只能满足负荷实时平衡和即发即用，但可再生能源富集的时间与用电负荷呈反向，致使长周期供需矛盾愈发尖锐。

2、发展“新能源+储能+火力发电”模式，加强燃煤发电机组与可再生能源的耦合互补，是促进燃煤电厂节能降碳改造和灵活性改造的重要趋势。然而，现有燃煤电厂改造过程中采用的储能技术以显热和潜热的热储能技术为主，这些改造方法存在一些不足，比如固态显热储能只能进行短时储能、储热量小；高温熔融盐储能的熔盐热导率和比热容低、腐蚀性强，对相应的蓄热装置材料有较高的抗腐蚀要求，限制了燃煤电厂节能降碳和灵活性改造的深度和经济性。

3、因此，现有的储能技术难以满足可再生电力的长周期供需矛盾与燃煤电厂的节能降碳和灵活性改造需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统，有效实现了将电能-热能-化学能-电能之间的转化、传递和存储，能量转化与传递过程中能量转化效率高，同时能够实现碳元素捕集的作用，并减少能量转换过程中的煤耗量，满足燃煤电厂的节能降碳和灵活性改造需求，提高了以可再生能源为主体的新型电力系统的安全性和灵活性。

2、本发明还提供一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统的运行方法。

3、根据本发明第一方面实施例提供的基于热化学储能与朗肯循环的储能系统，包括：

4、存储设备；

5、储能设备，包括碳酸钙回转式煅烧窑、第一换热器网络和电加热器；所述碳酸钙回转式煅烧窑的碳酸钙入口与所述第一换热器网络的碳酸钙出口连通，所述碳酸钙回转式煅烧窑的氧化钙出口与所述第一换热器网络的氧化钙入口连通，所述碳酸钙回转式煅烧窑的二氧化碳出口与所述第一换热器网络的二氧化碳入口连通；所述第一换热器网络的二氧化碳出口、碳酸钙入口以及氧化钙出口均与所述存储设备连通；所述电加热器设置于所述碳酸钙回转式煅烧窑内部，所述电加热器与电网电连通，所述电加热器用于使碳酸钙加热分解，使得电能转化为化学能并存储于氧化钙中；

6、释能设备，所述释能设备与所述存储设备连通，所述释能设备用于将氧化钙内的化学能转化为热能；

7、发电设备，所述发电设备与所述释能设备连通，所述发电设备用于将所述释能设备产生的热能转化为电能。

8、根据本发明提供的一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统，所述存储设备包括：

9、二氧化碳压缩机组，所述二氧化碳压缩机组的二氧化碳入口与所述第一换热器网络的二氧化碳出口连通；

10、二氧化碳存储罐，所述二氧化碳存储罐与所述二氧化碳压缩机组的二氧化碳出口连通。

11、根据本发明提供的一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统，所述存储设备还包括：

12、碳酸钙存储罐，所述碳酸钙存储罐的碳酸钙出口与所述第一换热器网络的碳酸钙入口连通；

13、氧化钙存储罐，所述氧化钙存储罐的氧化钙入口与所述第一换热器网络的氧化钙出口连通。

14、根据本发明提供的一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统，所述释能设备包括第二换热器网络、二氧化碳排放源和碳酸化反应流化床；所述第二换热器网络的氧化钙入口与所述氧化钙存储罐的氧化钙出口连通，所述第二换热器网络的碳酸钙出口与所述碳酸钙存储罐的碳酸钙入口连通，所述第二换热器网络的含碳烟气入口与所述二氧化碳排放源连通；所述第二换热器网络的氧化钙出口与所述碳酸化反应流化床的氧化钙入口连通，所述第二换热器网络的含碳烟气出口与所述碳酸化反应流化床的含碳烟气入口连通，所述第二换热器网络的碳酸钙入口与所述碳酸化反应流化床的碳酸钙出口连通；所述第二换热器网络的脱碳烟气入口与所述碳酸化反应流化床的脱碳烟气出口连通，所述第二换热器网络的脱碳烟气出口与大气连通。

15、根据本发明提供的一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统，所述发电设备包括：

16、吸热器、第一汽轮机、第二汽轮机、第三汽轮机、发电机、回热器组以及锅炉；所述吸热器设置于所述碳酸化反应流化床内部，所述吸热器的水蒸汽入口与所述第一汽轮机的第一出口连通，所述吸热器的水蒸汽出口与所述第二汽轮机的水蒸汽入口连通；所述第二汽轮机的第一出口与所述第三汽轮机的水蒸汽入口连通，所述第三汽轮机的第一出口与所述回热器组的第一入口连通；所述第一汽轮机的转轴、所述第二汽轮机的转轴以及所述第三汽轮机的转轴均与所述发电机的转轴连接；所述回热器组的出口与所述锅炉的水蒸汽入口连通，所述锅炉的水蒸汽出口与所述第一汽轮机的水蒸汽入口连通。

17、根据本发明提供的一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统，所述回热器组包括第一回热器和第二回热器；所述第一回热器的第一入口与所述第三汽轮机的第一出口连通，所述第一回热器的出口与所述第二回热器的第一入口连通，所述第二回热器的出口与所述锅炉的水蒸汽入口连通。

18、根据本发明提供的一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统，所述第一汽轮机的第二出口和所述第二汽轮机的第二出口均与所述第二回热器的第二入口连通，所述第二汽轮机的第三出口和所述第三汽轮机的第二出口均与所述第一回热器的第二入口连通。

19、根据本发明提供的一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统，所述发电设备还包括：

20、冷凝器，所述冷凝器的水蒸汽入口与所述第三汽轮机的第一出口连通；

21、水泵，所述水泵的入水口与所述冷凝器的出水口连通，所述水泵的出水口与所述第一回热器的第一入口连通。

22、根据本发明第二方面实施例的一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统的运行方法，所述运行方法基于上述任意一项所述的基于热化学储能与朗肯循环的储能系统，所述运行方法包括：

23、通过电加热器利用电网的过剩电力对输入碳酸钙回转式煅烧窑的碳酸钙进行加热分解，以使电能转化为化学能并存储于分解得到的氧化钙中；

24、通过第一换热器网络利用分解得到的氧化钙和二氧化碳气体所携带的余热对碳酸钙进行预热，并将预热后的碳酸钙导入所述碳酸钙回转式煅烧窑；

25、通过存储设备存储完成预热的二氧化碳和氧化钙颗粒。

26、根据本发明提供的一种基于热化学储能与朗肯循环的储能系统的运行方法，所述运行方法还包括：

27、通过碳酸化反应流化床使氧化钙与含碳烟气发生碳酸化反应，生成碳酸钙并将化学能转化为热能；

28、通过第二换热器网络利用生成的碳酸钙所携带的余热对氧化钙与含碳烟气进行预热；

29、通过锅炉对水蒸汽或水蒸汽与水的混合物进行加热得到过热水蒸汽，并将过热水蒸汽输入到第一汽轮机中驱动发电机发电；

30、通过吸热器利用碳酸化反应所释放的热量对第一汽轮机输出的水蒸汽进行再热，并将再热后的水蒸汽依次输入到第二汽轮机以及第三汽轮机中，以使所述第二汽轮机和所述第三汽轮机驱动发电机发电；

31、通过冷凝器对所述第三汽轮机输出的水蒸汽进行冷凝得到冷凝水；

32、通过水泵将冷凝水泵送至第一回热器以及第二回热器进行预热，并将预热后获得的水蒸汽或水蒸汽与水的混合物输送至所述锅炉中进行加热。

33、本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

34、根据本发明实施例提供的基于热化学储能与朗肯循环的储能系统，通过电加热器将过剩电力转化成热能，通过在碳酸钙回转式煅烧窑内加热碳酸钙，使得碳酸钙发生分解反应，实现将热能转换为适宜长期储存的化学能并储存于氧化钙内；当终端用户有用电需求时，通过释能设备将存储于氧化钙内的化学能转化为热能，再经发电设备将热能转化为电能，实现能量转换，满足终端用户需求。本发明提供的基于热化学储能与朗肯循环的储能系统实现了将电能-热能-化学能-电能之间的转化、传递和存储，能量转化与传递过程中能量转化效率高，同时在释能系统的作用下能够实现碳元素捕集，并减少能量转换过程中的煤耗量，满足燃煤电厂的节能降碳和灵活性改造需求，提高了以可再生能源为主体的新型电力系统的安全性和灵活性。

35、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。