专利摘要

本发明公开了一种新型氨基热化学储能系统，它利用氨基热化学可逆反应通过电能、热能与化学能之间的相互转换进行储能。该系统主要包括储存单元、储能单元、释能单元、蓄热罐等。储能时，氨气在催化剂作用下发生吸热分解反应，再经过压缩，将接受的能量以化学能和压力能的形式储存在气态分解产物氮气和氢气中；释能时，使氮气和氢气在催化剂作用下发生逆向热化学反应，将其中所储存的化学能转变为高品位热能释放产生蒸汽发电，并利用反应产物气体膨胀发电。本发明的系统具有储能密度高、效率高、对环境友好、应用可靠的特点，适用于包括可再生能源电站的各种类型电站。

权利要求

1.一种新型氨基热化学储能系统，包括储能单元、释能单元、储存单元、蓄热罐(10)，其特征在于：

所述储存单元包括调压罐(3)、调压压缩机(4)、气体冷却器(5)、低压液氨储罐(6)、高压气体储罐(13)，调压开关阀(31)，其中，

——所述调压罐(3)中的氢气氮气可经由管路进入调压压缩机(4)，经压缩后流入气体冷却器(5)的热流体侧，最终通过管路进入低压液氨储罐(6)；

——所述低压液氨储罐(6)中的氢气氮气由调压开关阀(31)控制可经由管路进入调压罐(3)；

所述储能单元包括给氨泵(7)、回热器(2)、氨分解储热反应器(1)、低压压缩机(8)、高压压缩机(11)，电动机(9、12)，其中，

——所述低压液氨储罐(6)中储存的液氨通过管路经由给氨泵(7)进入回热器(2)的冷流体侧，接着由管路进入氨分解储热反应器(1)；

——所述氨分解储热反应器(1)中产生的氢气氮气经由管路穿过回热器(2)的热流体侧后，通过气体管路进入调压罐(3)；

——所述调压罐(3)的出口与低压压缩机(8)的入口通过管路相连，氢气氮气压缩后经由气体管路通过蓄热罐(10)的低压热流体侧，接着进入高压压缩机(11)中，压缩后的氢气氮气经由气体管路通过蓄热罐(10)的高压热流体侧，最终通过管路进入高压气体储罐(13)；

——所述低压压缩机(8)由电动机(9)驱动，高压压缩机(11)由电动机(12)驱动；

所述释能单元包括回热器(14)、氨合成放热反应器(15)、高压膨胀机(16)、低压膨胀机(18)、过程冷凝器(20、23)、蒸汽轮机(21)、给水泵(24)、发电机(17、19、22)，其中，

——所述高压气体储罐(13)的出口与回热器(14)入口相连，高压氢气氮气流经回热器(14)的冷流体侧，接着由管路进入氨合成放热反应器(15)；

——所述氨合成放热反应器(15)产生的氨气、氢气和氮气混合气体通过气体管路经由回热器(14)的热流体侧进入高压膨胀机(16)，膨胀后的混合气体经由气体管路通过蓄热罐(10)的冷流体侧后进入低压膨胀机(18)；

——所述低压膨胀机(18)出口通过管路与过程冷凝器(20)的入口相连，混合气体中的氨气通过过程冷凝器(20)的热流体侧冷凝成液氨，最终通过管路进入低压液氨储罐(6)；

——所述过程冷凝器(23)、蒸汽轮机(21)、给水泵(24)由管路连接组成朗肯循环；

——所述发电机(17)由高压膨胀机(16)驱动，发电机(19)由低压膨胀机(18)驱动，发电机(22)由蒸汽轮机(21)驱动。

2.根据权利要求1所述的新型氨基热化学储能系统，其特征在于，所述氨分解储热反应器(1)内部采用壁载反应催化剂的微通道结构，氨合成放热反应器(15)内部采用排布内翅片管的固定床结构。

3.根据权利要求1所述的新型氨基热化学储能系统，其特征在于，所述低压液氨储罐(6)通过管路与调压罐(3)相连接，管路中间设有调压压缩机(4)、气体冷却器(5)、调压开关阀(31)，以保持低压液氨储罐(6)中的压力稳定。

4.根据权利要求1所述的新型氨基热化学储能系统，其特征在于，所述给氨泵(7)和回热器(2)之间的管路上设有液氨减压阀(29)；所述低压液氨储罐(6)的液氨出口设有液氨开关阀(26)；所述气体储罐(13)的气体出口设有气体开关阀(46)。

5.根据权利要求1所述的新型氨基热化学储能系统，其特征在于，所述蓄热罐(10)为绝热保温容器，蓄热介质储存在容器中，混合气体在其中与蓄热介质直接接触换热或非直接接触换热，蓄热方式为显热蓄热、潜热蓄热或混合蓄热；储能时，蓄热罐(10)回收并储存压缩机(8、11)产生的压缩热，释能时，加热低压膨胀机(18)前的混合气体。

6.根据权利要求1所述的新型氨基热化学储能系统，其特征在于，所述气体冷却器(5)、过程冷凝器(20、23)的冷流体侧为循环冷却水或冷冻水。

7.根据权利要求1所述的新型氨基热化学储能系统，其特征在于，所述氨合成放热反应器(15)中释放的热量经配套的热交换器产生水蒸气供朗肯循环发电使用。

8.根据权利要求1所述的新型氨基热化学储能系统，其特征在于，所述氨分解储热反应器(1)的热源为电加热装置、工业废热、余热、太阳能或蓄热装置；所述电动机(9、12)，是以电网低谷电、风电、太阳能发电、生物质发电其中的一种或多种电源带动的电机。

说明书

技术领域

本发明涉及能量储存技术领域，特别是一种新型氨基热化学储能系统。

背景技术

进入21世纪，能源问题越来越成为制约全球经济发展的瓶颈。煤、石油、天然气等传统化石能源的日益枯竭使得可再生能源如太阳能、风能受到了人们的广泛关注。电力储能技术是不稳定、间歇式可再生能源大规模利用的关键技术，也是调整电网峰谷、改善电力系统经济性和稳定性的重要手段。目前的电力储能技术中，除了已在大型商业系统中运行的抽水电站和压缩空气外，热化学储能技术为电力储能提供了一条新途径。

热化学储能技术是实现能源清洁转换利用重要且有效的手段，氨基热化学储能系统是较有发展前途的一种。它利用可逆热化学反应 ，通过电能、热能与化学能之间的相互转换进行储能。氨基热化学储能系统除了原料丰富廉价、可以全天候连续供能以外，还具有其他储能技术所不具备的独特优点，如储能密度高、可逆反应易控制且无副反应、技术成熟、应用可靠、储存与分离简单等，具有良好的实用前景。然而，现有的氨基热化学储能系统仍然有一些问题需要解决，如氢气、氮气与液氨的长期安全储存问题；系统储能效率较低，规模较小；可逆反应条件比较苛刻及不完全转化等。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种新型氨基热化学储能系统，它利用系统流程创新，提升了氨基热化学储能系统性能，适用于包括可再生能源电站在内的各种类型电站。

本发明所采用的技术方案，其特征在于：

一种新型氨基热化学储能系统，包括储存单元、储能单元、释能单元、蓄热罐，其特征在于：

所述储存单元包括调压罐、低压液氨储罐、调压压缩机、气体冷却器、高压气体储罐、调压开关阀。它与现有氨基热化学储能系统的显著区别在于将液氨及氢气氮气的储存分开，液氨储存在低压储罐中，氢气氮气储存在高压储罐中；低压液氨储罐通过气体管道与调压罐相连，管路中间设有调压压缩机、气体冷却器、调压开关阀，保证液氨的稳定(低压)储存。低压液氨储罐中压力降低时，调压罐中的部分氢气氮气通过调压压缩机压缩后，经气体冷却器冷却进入低压液氨储罐；低压液氨储罐中压力升高时，调压开关阀打开，其中的部分氢气氮气进入调压罐中。气体冷却器的冷流体侧为循环冷却水或冷冻水。

所述储能单元包括给氨泵、回热器、氨分解储热反应器、低压压缩机、高压压缩机。它与现有氨基热化学储能系统的显著区别在于采用蓄热罐对气体压缩过程中产生的热量进行储存。低压液氨储罐中储存的液氨通过管路经由给氨泵进入回热器的冷流体侧预热，接着通过管路进入氨分解储热反应器；氨分解储热反应器中产生的氢气氮气经由管路穿过回热器的热流体侧放热后，通过气体管路进入调压罐；调压罐的出口与低压压缩机的入口通过管路相连，氢气氮气压缩后经由气体管路通过蓄热罐的低压热流体侧放热后进入高压压缩机，再次压缩后的氢气氮气经由气体管路通过蓄热罐的高压热流体侧放热后最终进入高压气体储罐。

所述释能单元包括回热器、氨合成放热反应器、高压膨胀机、低压膨胀机、过程冷凝器、蒸汽轮机、给水泵。它与现有氨基热化学储能系统的显著区别在于保留氨合成放热反应器释热产生水蒸汽进行朗肯循环发电的前提下，利用氨合成反应产物氨气、氢气、氮气混合气体膨胀发电，并充分利用蓄热罐中储存的热量。高压气体储罐的出口与回热器入口相连，氢气氮气通过回热器的冷流体侧预热，接着经由气体管路进入氨合成放热反应器；氨合成放热反应器产生的氨气、氢气和氮气混合气体通过气体管路经由回热器的热流体侧放热进入高压膨胀机，膨胀后的混合气体经由气体管路通过蓄热罐的冷流体侧吸热进入低压膨胀机；低压膨胀机出口通过管路与过程冷凝器的入口相连，混合气体中的氨气通过过程冷凝器的热流体侧冷凝成液氨，最终通过管路进入低压液氨储罐；给水泵、过程冷凝器、蒸汽轮机通过管路相连组成朗肯循环。过程冷凝器的冷流体侧为循环冷却水或冷冻水。

所述的新型氨基热化学储能系统，其氨分解储热反应器内部采用壁载反应催化剂的微通道结构，氨合成放热反应器内部采用排布内翅片管的固定床结构；氨分解储热反应器的热源为电加热装置、工业废热、余热、太阳能或蓄热装置；氨合成放热反应器中释放的热量经配套的热交换器产生水蒸气供朗肯循环发电使用。

所述的新型氨基热化学储能系统，其给氨泵和回热器之间的管路上设有液氨减压阀；低压液氨储罐的液氨出口设有液氨开关阀；高压气体储罐的气体出口设有气体开关阀。

所述的新型氨基热化学储能系统，其蓄热罐为绝热保温容器，蓄热介质储存在容器中，混合气体在其中与蓄热介质直接接触换热或非直接接触换热，蓄热方式为显热蓄热、潜热蓄热或混合蓄热；储能时，蓄热罐回收并储存压缩机产生的压缩热，释能时，加热低压膨胀机前的混合气体。蓄热罐中采用的蓄热介质是以下一种或多种的组合：水、石蜡、生物质油、无积累结晶水和盐、熔融盐、金属及其合金、有机类脂肪酸、石头、岩石或混凝土。

所述的新型氨基热化学储能系统，其电动机是以电网低谷电、风电、太阳能发电、生物质发电其中的一种或多种电源带动的；其压缩机及膨胀机为负载和转速可控的

所述的新型氨基热化学储能系统，其回热器、气体冷却器或过程冷凝器为以下一种或多种的组合：板翅式、套管式、管壳式、夹套式、蓄热式、混合式和沉浸蛇管式。

从上述技术方案可以看出，本发明新型氨基热化学储能系统具有以下有益效果：

(1)采用氨合成反应产物(N₂、H₂、NH₃)膨胀发电与朗肯循环发电相结合的方式，可以有效利用气体的压力能，并利用蓄热罐、回热器对系统中的压缩热、反应热回收利用，实现能量的综合梯级利用，系统效率得到了显著提高。

(2)采用双储罐的方式，将液氨与氢气、氮气分别储存在低压和高压储罐中，并利用调压罐保持低压液氨储罐的压力稳定，有效提高了系统的稳定性和安全性，为其大规模应用提供了保证。

(3)氨分解储热反应器内部采用壁载反应催化剂的微通道结构，氨合成放热反应器内部采用排布内翅片管的固定床结构，可以有效解决反应进行中的快速移放热问题，提高反应转化率。

附图说明

图1为本发明的新型氨基热化学储能系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明的新型氨基热化学储能系统利用氨基热化学可逆反应 。在电力低谷、可再生能源发电冗余时，通过电加热使氨气在催化剂和高压作用下发生吸热分解反应，再经过压缩，将接受的能量以化学能和压力能的形式储存在气态分解产物氮气和氢气中；在用电高峰、可再生能源发电不符合要求时，再将氮气和氢气在催化剂和高压作用下发生逆向热化学反应，将氮气和氢气中所储存的化学能转变为高品位热能释放产生蒸汽发电，并利用反应产物气体中的压力能膨胀发电。

实施例：

图1为本发明的新型氨基热化学储能系统实施例1。包括氨分解储热反应器1，回热器2，调压罐3，调压压缩机4，气体冷却器5，低压液氨储罐6，给氨泵7，低压压缩机8，电动机9，蓄热罐10，高压压缩机11，电动机12，高压气体储罐13，回热器14，氨合成放热反应器15，高压膨胀机16，发电机17，低压膨胀机18，发电机19，过程冷凝器20，蒸汽轮机21，发电机22，过程冷凝器23，给水泵24，液氨开关阀26，液氨减压阀29，调压开关阀35，气体开关阀46，管路(25、27、28、30、31、32、33、34、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58)等。具体操作过程为：

低压压缩机8、高压压缩机11由电动机(9、12)驱动，电动机的电能可以来自富余电力或风能等可再生能能源；高压膨胀机16、低压膨胀机18、蒸汽轮机21驱动发电机(17、19、22)发电。

储能阶段，低压液氨储罐6中存储的常温液氨，由液氨开关阀26和给氨泵7控制液氨供应。液氨开关阀26打开，低压常温液氨由给氨泵7输送，通过液氨减压阀29进一步降压，进入回热器2。在回热器2中，常温液氨与氨分解产生的高温氢气氮气换热后变为气态氨，进入氨分解储热反应器1。氨分解储热反应器1中，电加热装置进行加热，电能来自富余电力或风能等可再生能源。在高温、催化剂条件下，氨气吸热分解成为氢气氮气，高温氢气氮气经过回热器2与常温液氨换热后，进入调压罐3。调压罐3与低压液氨储罐6通过管路连接，管路中间设有调压压缩机、气体冷却器、调压开关阀，以保持低压液氨储罐6中的压力保持恒定。调压罐3中的氢气氮气经低压压缩机8压缩后进入蓄热罐10，将压缩热储存在蓄热介质中，接着由高压压缩机11压缩后再次进入蓄热罐10，将压缩热储存在蓄热介质中，最终进入高压气体储罐13。

释能阶段，高压气体储罐13储存的高压氢气氮气，由气体开关阀46控制供应。气体开关阀46打开，氢气氮气在回热器14与氨合成反应生成的高温混合气体换热后，进入氨合成放热反应器15。氨合成放热反应器15中，在高温、高压、催化剂条件下，氢气氮气反应合成氨气并放热。给水泵24将水送至氨合成放热反应器15吸收反应热生成水蒸汽，通过蒸汽轮机21做功发电后，经过程冷凝器23冷凝成水继续进入给水泵24中，整个过程组成朗肯循环。反应生成的高压高温氨气、氢气、氮气混合气体在回热器14中与常温氢气氮气换热后，进入高压膨胀机16膨胀做功。接着，混合气体进入蓄热罐10中经蓄热介质加热后，进入低压膨胀机18膨胀做功。膨胀后的混合气体在过程冷凝器20中经循环冷却水冷却后变为液氨，最终进入低压液氨储罐6。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内的，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。

氨基热化学储能系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。