专利名称：一种基于电-铝-氢循环系统的大规模储能方法
技术领域：
本发明涉及一种基于电-铝-氢循环系统的大规模储能方法，所述的方法是将电站的多余电力转换成以电解铝的形式储存起来，稳定向电网供电的方法，属于电站及输变电应用技术领域。
背景技术：
由于我国经济建设的迅猛发展和人民生活水平的提高，对电力的需求日益增长， 尽管国家大力发展分布式能源系统，但仍然满足不了电力负荷增长的迫切需求。目前，分布式发电尚存在两大技术障碍一是分布式发电与电网的连接；二是储能问题。分布式能源，例如太阳能和风能存在随机性，不能向电网和区域用户稳定供电，需要配套蓄电池组、逆变器等设备，从而增加了分布式发电的系统成本。另外，在夜间用电低谷时段，风力发电的大部分电力会白白浪费。因此，基于系统稳定性及经济性的考虑，电站储能尤其显得重要。但现行的储能技术均有相应的缺点蓄电池储电能力小，传统的蓄电池储能寿命短，能量密度低，致使其实现大型电站储能受到局限；抽水储能缺点在于转化效率不高，并且受到地域、地形的限制；电解海水，用氢来存储电能的方式又受到氢气储存、运输难度大的局限。因此，目前迫切需要一种能够缓解供电紧张的新型储能方法。金属铝具有资源丰富、能量密度大、价格低廉、易保存等特点，是一种很有应用前景的载能体。铝水反应释放出大量的热量和氢气。但普通金属铝难以实现上述应用，原因在于金属铝的活性中等，表面易生成致密的氧化膜Al2O3，牢固地附着在铝表面上，致使铝水反应难以持续。在工程实践中证实，高钙粉煤灰提供碱性环境，另一方面粉煤灰中的有效组分对反应过程也起到了催化的作用，铝在空气和水中形成的致密氧化膜在粉煤灰颗粒的联合作用下被溶解破坏，并与水直接反应而产生大量的氢气，完全可以实现现场制氢和即时供氢，产生的高纯度氢气可通过氢燃料电池向电网供电，铝水反应产物Al2O3可通过电解铝装置在强电流作用下产生金属铝，从而达到电站储能的目的。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，而提供一种大型电站的间接储能方法，使用该方法可以将用电低谷和夜间的多余电力以电解铝的形式储存起来，当区域用电高峰时，可以将铝粉与水反应，即刻产生大量、高纯度氢气，通过氢燃料电池稳定向电网供电，以达到调峰和提高用电效率的目的。本发明的目的是这样实现的一种基于电-铝-氢循环系统的大规模储能方法， 该方法是将电解铝装置接入电站中输出线路，由所述的电解铝装置将多余的电能转换成铝粉，利用所述的铝粉并配比质量比70%的粉煤灰制成矿物原料与水反应制得氢气，原料中的粉煤灰用以提供铝水反应的碱性环境，并起到催化反应作用。由氢燃料电池将所述的氢气转换成电能，铝粉与水反应得到的氧化铝作为所述的电解铝装置的原料。
本发明与现有储能技术相比具有如下有益效果1.本发明的储能方法可以充分利用用电低谷，比如夜间的多余电力资源，最终将电能以电解铝的形式储存，储电能力大； 2.利用电解铝储能方式灵活，用水量很少，不受地域的限制；3.铝水反应得到的氧化铝可以做为电解铝工艺的原料，从而循环利用，不受资源的局限；4.放电形式灵活便捷，避免氢气储存、运输的难题；5.利用电厂废料-粉煤灰，实现废物资源化。
图1为本发明的工艺流程图。图2为本发明中铝水反应装置的结构示意图。图3为图2的俯视图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但不作为对本发明的限定。本发明的储能方法用于各种电站上，解决用电低谷及夜间的多余电力1无法利用的问题。如附图1所示，将电解铝装置3用现有的变电整流装置2接入电站中的输出线路。 所述的电解铝装置3和变电整流装置2均是现有技术，规模可大可小，利用电解铝装置3并通过电解铝工艺将电站多余电力转化成金属铝，将金属铝用铝粉生产设备4研磨成铝粉， 所述的铝粉生产设备为铝粉球磨装置，将铝粉研磨至粒径小于0. 15mm储存备用。当区域用电高峰时可以将所述的铝粉与粉煤灰以质量比37混合的矿物组合投入铝水反应装置5 中，即刻产生大量、高纯度的氢气，氢气纯度达到99. 95%，将所述的氢气导入氢燃料电池6 中，产生电能稳定向电网供电。所述的氢燃料电池6为现行的质子交换膜燃料电池，铝水反应装置5产生的氧化铝可以做为电解铝装置3的原料，循环利用。铝水反应装置5如图2和图3所示，铝粉与粉煤灰的矿物组合由进料口 7进入反应器，同时由进水口 8注入水，通过连通器9的水位变化来控制阀门10开闭状态及投料频率，多余水由排水口 11排出，矿物迅速反应产生氢气由排气口 12排出，氢气排量大小由阀门10控制，之后将残渣通过双闸阀13排出实现整个系统工艺的连续运行。上述累计频率与生产的规模有关，1公斤该矿物组合与水反应可制得高纯氢气350升，同时消耗水量300g。以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式
的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种基于电-铝-氢循环系统的大规模储能方法，其特征在于使用该方法可以将用电低谷和夜间的多余电力以电解铝的形式储存起来，当区域用电高峰时，可以将铝粉与水反应，即刻产生大量、高纯度氢气，通过氢燃料电池稳定向电网供电，以达到调峰和提高用电效率的目的。
2.如权利要求1所述的一种基于电-铝-氢循环系统的大规模储能方法，其特征在于 它的具体方法是将电解铝装置用变电整流装置接入电站中的输出线路，所述的电解铝装置和变电整流装置均是现有技术，规模可大可小，利用电解铝装置并通过电解铝工艺将电站多余电力转化成金属铝，将金属铝用铝粉生产设备研磨成铝粉，所述的铝粉生产设备为铝粉球磨装置，将铝粉研磨至粒径小于0. 15mm储存备用，当区域用电高峰时可以将所述的铝粉与粉煤灰以质量比3 7混合的矿物组合投入铝水反应装置中，即刻产生大量、高纯度的氢气，氢气纯度达到99. 95%，将所述的氢气导入氢燃料电池中，产生电能稳定向电网供电， 所述的氢燃料电池为现行的质子交换膜燃料电池，铝水反应装置产生的氧化铝可以做为电解铝装置的原料，循环利用，上述铝粉与粉煤灰的矿物组合由进料口进入反应器，同时由进水口注入适量水，通过连通器的水位变化来控制阀门开闭状态及投料频率，多余水由排水口排出，矿物迅速反应产生氢气由排气口排出，氢气排量大小由阀门控制，之后将残渣通过双闸阀排出实现整个系统工艺的连续运行。
全文摘要
本发明涉及一种基于电-铝-氢循环系统的大规模储能方法，该方法将电解铝装置接入电站中输出线路，由所述的电解铝装置将多余的电能转换成铝粉，将所述的铝粉和电厂粉煤灰混合制得矿物组合投入铝水反应装置制得氢气，由氢燃料电池将所述的氢气转换成电能。铝粉与水反应得到的氧化铝可以作为所述的电解铝装置的原料，从而循环利用。本发明的优点具有清洁高效，不受地域和资源的限制，储能方式灵活易于操控，有效克服了氢气储存、运输困难的弊病。
文档编号H02J3/28GK102170138SQ201110070180
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者孙洋, 李润东, 杨天华, 贺业光 申请人:沈阳航空航天大学