一种基于铝-空气燃烧的储能系统的制作方法

1.本发明属于绿发电和先进储能技术领域，具体涉及一种基于铝-空气燃烧的储能系统。

背景技术：

2.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。为应对和缓解全球气候变暖，我国已承诺于2030年前实现二氧化碳排放达峰，2060年前实现碳中和。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。然而，可再生能源由于自身的间歇性、不稳定性和不确定性等特点，严重阻碍了可再生能源发电的发展。未来要实现可再生能源替代化石能源，必须依赖大规模和长周期储能技术的发展和支撑。
3.目前，储能技术领域的研究十分活跃，各种储能技术迅猛发展，如抽水蓄能、压缩空气储能、锂电池储能、超级电容器储能、飞轮储能、储氢等。然而，现有的储能技术难以同时满足储能密度大、可移动性、自耗损失小和全球能源贸易的要求。因此，需要开发一种新的储能技术，从而使可再生能源发电在全世界范围内向更深、更广方向发展。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于铝-空气燃烧的储能系统，该系统将基于铝燃料储能、铝-空气燃烧、蒸汽朗肯循环发电和电解铝等进行有效地耦合，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、可实现热电联产和便于开展全球能源贸易等优点。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于铝-空气燃烧的储能系统，包括释能子系统和储能子系统；
7.所述释能子系统包括铝燃料储罐1、铝粉旋风燃烧器2、燃烧产物收集罐5、主炉膛6、除尘器7、固体颗粒收集罐8、引风机9、烟囱10、汽轮机高压缸11、汽轮机低压缸12、发电机13、凝汽器14、给水泵15、送风机16和回热系统加热器17；所述主炉膛6内包括依次设置的主蒸汽受热面61、再热汽受热面62、省煤器63和空气预热器64；
8.所述汽轮机高压缸11的出口蒸汽分成两路，一路与抽汽回路相连接，用于回热系统加热给水或其他用途，另一路与再热汽受热面62的进口相连接，在再热汽受热面62中吸收高温烟气热量后进入汽轮机低压缸12中做功，汽轮机低压缸12的蒸汽出口与凝汽器14的进口相连接，在凝汽器14中蒸汽被凝结成液态水，并与来自补水回路的补水混合后与给水泵15的进口相连接，经给水泵15升压后与回热系统加热器17的进口相连接，回热系统加热器17的出口与省煤器63的进口相连接，省煤器63的出口与燃烧器冷却受热面4的工质进口相连接，燃烧器冷却受热面4的工质出口与主蒸汽受热面61的进口相连接，水工质在主蒸汽受热面61中吸收高温烟气热量后成为高温高压蒸汽，主蒸汽受热面61的蒸汽出口与汽轮机
高压缸11的进口相连接，高温高压蒸汽在汽轮机高压缸11中膨胀做功，汽轮机高压缸11、汽轮机低压缸12和发电机13同轴布置，汽轮机旋转带动发电机13旋转向外输送电力；
9.所述送风机16的进口与环境空气相连通，送风机16的出口与空气预热器64的进口相连接，空气预热器64的出口与铝粉旋风燃烧器2的燃料输送管路的进口相连接，在燃料输送管路上连接有铝燃料储罐1，经高温空气输送的铝粉空气混合物进入铝粉旋风燃烧器2中发生燃烧反应，在铝粉旋风燃烧器2中，铝粉燃烧的固体产物氧化铝的绝大部分经由铝粉旋风燃烧器2底部的固体物料出口排入燃烧产物收集罐5中进行收集，其余少量微细固体燃烧产物与高温烟气的混合物经由铝粉旋风燃烧器2顶部的气体出口与主炉膛6的烟气进口相连接，高温烟气在主炉膛6中依次流经主蒸汽受热面61、再热汽受热面62、省煤器63和空气预热器64后与除尘器7的烟气进口相连接，在除尘器7中烟气中的微细固体颗粒被分离后进入固体颗粒收集罐8中收集，除尘器7的烟气出口与引风机9的进口相连接，引风机9的出口与烟囱10的进口相连接；
10.所述储能子系统包括氧化铝电解装置18和可再生能源电力供应19；所述氧化铝电解装置18的物料进口与氧化铝供应相连通，氧化铝电解装置18的电源与可再生能源电力供应19相连接，在氧化铝电解装置18中发生电化学反应，在氧化铝电解装置18的阴极上产生铝液，通过冷凝收集后得到固体铝燃料，固体铝燃料通过输送并储存在释能子系统的铝燃料储罐1中。
11.所述氧化铝电解装置18的物料进口的氧化铝供应来自燃烧产物收集罐5和固体颗粒收集罐8中的氧化铝。
12.铝粉旋风燃烧器2的内壁铺设有一层燃烧器耐火衬里3，在燃烧器耐火衬里3的底部布置有燃烧器冷却受热面4。
13.本发明的有益效果：
14.本发明所述的一种基于铝-空气燃烧的储能系统，具有如下优点：(1)金属燃料铝的能量密度高；(2)铝燃料中不含碳，燃烧过程中不产生二氧化碳，是一种绿低碳的发电技术；(3)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；(4)整个过程中铝-空气燃烧反应后，其燃烧固体产物收集后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；(5)通过金属燃料铝进行储能，便于开展全球范围内的能源贸易。
附图说明
15.图1为本发明释能子系统的结构示意图。
16.图2为本发明储能子系统的结构示意图。
17.其中，1为铝燃料储罐、2为铝粉旋风燃烧器、3为燃烧器耐火衬里、4为燃烧器冷却受热面、5为燃烧产物收集罐、6为主炉膛、7为除尘器、8为固体颗粒收集罐、9为引风机、10为烟囱、11为汽轮机高压缸、12为汽轮机低压缸、13为发电机、14为凝汽器、15为给水泵、16为送风机、17为回热系统加热器、18为氧化铝电解装置、19为可再生能源电力供应；61-64为主炉膛6内的部件，61为主蒸汽受热面、62为再热汽受热面、63为省煤器、64为空气预热器。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
19.参考图1和图2，一种基于铝-空气燃烧的储能系统，包括释能子系统和储能子系统；
20.所述释能子系统包括铝燃料储罐1、铝粉旋风燃烧器2、燃烧器耐火衬里3、燃烧器冷却受热面4、燃烧产物收集罐5、主炉膛6、除尘器7、固体颗粒收集罐8、引风机9、烟囱10、汽轮机高压缸11、汽轮机低压缸12、发电机13、凝汽器14、给水泵15、送风机16和回热系统加热器17；所述主炉膛6内包括依次设置的主蒸汽受热面61、再热汽受热面62、省煤器63和空气预热器64等部件；
21.所述汽轮机高压缸11的出口蒸汽分成两路，一路与抽汽回路相连接，用于回热系统加热给水或其他用途，另一路与再热汽受热面62的进口相连接，在再热汽受热面62中吸收高温烟气热量后进入汽轮机低压缸12中做功，汽轮机低压缸12的蒸汽出口与凝汽器14的进口相连接，在凝汽器14中蒸汽被凝结成液态水，并与来自补水回路的补水混合后与给水泵15的进口相连接，经给水泵15升压后与回热系统加热器17的进口相连接，回热系统加热器17的出口与省煤器63的进口相连接，省煤器63的出口与燃烧器冷却受热面4的工质进口相连接，燃烧器冷却受热面4的工质出口与主蒸汽受热面61的进口相连接，水工质在主蒸汽受热面61中吸收高温烟气热量后成为高温高压蒸汽，主蒸汽受热面61的蒸汽出口与汽轮机高压缸11的进口相连接，高温高压蒸汽在汽轮机高压缸11中膨胀做功，汽轮机高压缸11、汽轮机低压缸12和发电机13同轴布置，汽轮机旋转带动发电机13旋转向外输送电力；
22.所述送风机16的进口与环境空气相连通，送风机16的出口与空气预热器64的进口相连接，空气预热器64的出口与铝粉旋风燃烧器2的燃料输送管路的进口相连接，在燃料输送管路上连接有铝燃料储罐1，经高温空气输送的铝粉空气混合物进入铝粉旋风燃烧器2中发生燃烧反应，铝粉旋风燃烧器2的内壁铺设有一层燃烧器耐火衬里3，在燃烧器耐火衬里3的底部布置有燃烧器冷却受热面4，在铝粉旋风燃烧器2中，铝粉燃烧的固体产物氧化铝的绝大部分经由铝粉旋风燃烧器2底部的固体物料出口排入燃烧产物收集罐5中进行收集，其余少量微细固体燃烧产物与高温烟气的混合物经由铝粉旋风燃烧器2顶部的气体出口与主炉膛6的烟气进口相连接，高温烟气在主炉膛6中依次流经主蒸汽受热面61、再热汽受热面62、省煤器63和空气预热器64后与除尘器7的烟气进口相连接，在除尘器7中烟气中的微细固体颗粒被分离后进入固体颗粒收集罐8中收集，除尘器7的烟气出口与引风机9的进口相连接，引风机9的出口与烟囱10的进口相连接。
23.所述储能子系统包括氧化铝电解装置18和可再生能源电力供应19；所述氧化铝电解装置18的物料进口与氧化铝供应相连通，氧化铝电解装置18的电源与可再生能源电力供应19相连接，在氧化铝电解装置18中发生电化学反应，在氧化铝电解装置18的阴极上产生铝液，通过冷凝收集后得到固体铝燃料，固体铝燃料通过输送并储存在释能子系统的铝燃料储罐1中。所述氧化铝电解装置18的物料进口的氧化铝供应来自燃烧产物收集罐5和固体颗粒收集罐8中的氧化铝。
24.本发明一种基于铝-空气燃烧的储能系统以氧化铝为原料，当电网系统中可再生能源发电过剩或富余时，通过氧化铝电解装置18对熔融的氧化铝进行电解，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。当电网系统中可再生能源发电不足
或世界上其他某地理位置需要电力供应时，通过铝粉空气旋风燃烧器2、主炉膛6以及由给水泵15、回热系统加热器17、汽轮机高压缸11、汽轮机低压缸12、发电机13和凝汽器14组成的蒸汽朗肯循环发电系统将铝燃料的化学能转化成电能，对外实现供电，并可协同供热。铝-空气燃烧的固体产物氧化铝可重新进入整个储能子系统，通过氧化铝电解装置18电解再次得到铝燃料，实现循环利用，整个过程氧化铝无消耗。
25.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于铝-空气燃烧的储能系统，其特征在于：包括释能子系统和储能子系统；所述释能子系统包括铝燃料储罐(1)、铝粉旋风燃烧器(2)、燃烧产物收集罐(5)、主炉膛(6)、除尘器(7)、固体颗粒收集罐(8)、引风机(9)、烟囱(10)、汽轮机高压缸(11)、汽轮机低压缸(12)、发电机(13)、凝汽器(14)、给水泵(15)、送风机(16)和回热系统加热器(17)；所述主炉膛(6)内包括依次设置的主蒸汽受热面(61)、再热汽受热面(62)、省煤器(63)和空气预热器(64)；所述汽轮机高压缸(11)的出口蒸汽分成两路，一路与抽汽回路相连接，用于回热系统加热给水或其他用途，另一路与再热汽受热面(62)的进口相连接，在再热汽受热面(62)中吸收高温烟气热量后进入汽轮机低压缸(12)中做功，汽轮机低压缸(12)的蒸汽出口与凝汽器(14)的进口相连接，在凝汽器(14)中蒸汽被凝结成液态水，并与来自补水回路的补水混合后与给水泵(15)的进口相连接，经给水泵(15)升压后与回热系统加热器(17)的进口相连接，回热系统加热器(17)的出口与省煤器(63)的进口相连接，省煤器(63)的出口与燃烧器冷却受热面(4)的工质进口相连接，燃烧器冷却受热面(4)的工质出口与主蒸汽受热面(61)的进口相连接，水工质在主蒸汽受热面(61)中吸收高温烟气热量后成为高温高压蒸汽，主蒸汽受热面(61)的蒸汽出口与汽轮机高压缸(11)的进口相连接，高温高压蒸汽在汽轮机高压缸(11)中膨胀做功，汽轮机高压缸(11)、汽轮机低压缸(12)和发电机(13)同轴布置，汽轮机旋转带动发电机(13)旋转向外输送电力；所述送风机(16)的进口与环境空气相连通，送风机(16)的出口与空气预热器(64)的进口相连接，空气预热器(64)的出口与铝粉旋风燃烧器(2)的燃料输送管路的进口相连接，在燃料输送管路上连接有铝燃料储罐(1)，经高温空气输送的铝粉空气混合物进入铝粉旋风燃烧器(2)中发生燃烧反应，在铝粉旋风燃烧器(2)中，铝粉燃烧的固体产物氧化铝的绝大部分经由铝粉旋风燃烧器(2)底部的固体物料出口排入燃烧产物收集罐(5)中进行收集，其余少量微细固体燃烧产物与高温烟气的混合物经由铝粉旋风燃烧器(2)顶部的气体出口与主炉膛(6)的烟气进口相连接，高温烟气在主炉膛(6)中依次流经主蒸汽受热面(61)、再热汽受热面(62)、省煤器(63)和空气预热器(64)后与除尘器(7)的烟气进口相连接，在除尘器(7)中烟气中的微细固体颗粒被分离后进入固体颗粒收集罐(8)中收集，除尘器(7)的烟气出口与引风机(9)的进口相连接，引风机(9)的出口与烟囱(10)的进口相连接；所述储能子系统包括氧化铝电解装置(18)和可再生能源电力供应(19)；所述氧化铝电解装置(18)的物料进口与氧化铝供应相连通，氧化铝电解装置(18)的电源与可再生能源电力供应(19)相连接，在氧化铝电解装置(18)中发生电化学反应，在氧化铝电解装置(18)的阴极上产生铝液，通过冷凝收集后得到固体铝燃料，固体铝燃料储存在释能子系统的铝燃料储罐(1)中。2.根据权利要求1所述的一种基于铝-空气燃烧的储能系统，其特征在于：所述氧化铝电解装置(18)的物料进口的氧化铝供应来自燃烧产物收集罐(5)和固体颗粒收集罐(8)中的氧化铝。3.根据权利要求1所述的一种基于铝-空气燃烧的储能系统，其特征在于：所述铝粉旋风燃烧器(2)的内壁铺设有一层燃烧器耐火衬里(3)，在燃烧器耐火衬里(3)的底部布置有燃烧器冷却受热面(4)。4.根据权利要求1所述的一种基于铝-空气燃烧的储能系统，其特征在于：当电网系统
中可再生能源发电过剩或富余时，通过氧化铝电解装置(18)对熔融的氧化铝进行电解，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；当电网系统中可再生能源发电不足或世界上其他某地理位置需要电力供应时，通过铝粉空气旋风燃烧器(2)、主炉膛(6)以及由给水泵(15)、回热系统加热器(17)、汽轮机高压缸(11)、汽轮机低压缸(12)、发电机(13)和凝汽器(14)组成的蒸汽朗肯循环发电系统将铝燃料的化学能转化成电能，对外实现供电，并协同供热；铝-空气燃烧的固体产物氧化铝重新进入整个储能子系统，通过氧化铝电解装置(18)电解再次得到铝燃料，实现循环利用，整个过程氧化铝无消耗。

技术总结

本发明公开了一种基于铝-空气燃烧的储能系统，该系统包括释能子系统和储能子系统；本发明通过将基于铝燃料储能、铝-空气燃烧、蒸汽朗肯循环发电和电解铝等进行有效地耦合，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、可实现热电联产和便于开展全球能源贸易等优点。球能源贸易等优点。球能源贸易等优点。