一种带化学提质蓄热的光伏温差发电联合储能系统
阅读说明：本技术 一种带化学提质蓄热的光伏温差发电联合储能系统 (Photovoltaic temperature difference power generation combined energy storage system with chemical upgrading and heat storage functions ) 是由 冉鹏 董坤 于 2021-07-24 设计创作，主要内容包括：一种基于化学提质蓄热的光伏温差发电联合储能系统,属于储能技术领域。本发明所述系统包括光伏温差发电子系统和化学提质蓄热子系统。本发明所述系统具有太阳能利用、中低温热能提质、中高温热能储存和中高温热能释放等功能,同时可显著提高温差电池热端传导面温度,从而提高温差电池发电功率,具有良好的经济效益。(A photovoltaic temperature difference power generation combined energy storage system based on chemical upgrading and heat storage belongs to the technical field of energy storage. The system comprises a photovoltaic temperature difference power generation and generation subsystem and a chemical quality-improving and heat-accumulating subsystem. The system has the functions of solar energy utilization, medium and low temperature heat energy upgrading, medium and high temperature heat energy storage, medium and high temperature heat energy release and the like, and can obviously improve the temperature of the hot end conduction surface of the thermoelectric cell, thereby improving the power generation power of the thermoelectric cell and having good economic benefit.)
技术领域
本发明涉及一种带化学提质蓄热的光伏温差发电联合储能系统，属于储能技术领域。
背景技术
太阳能是可再生能源之中应用较为广泛的一种。太阳能的利用方式包括光伏发电、光热利用等形式。其中光伏发电的主要原理是利用半导体的光电效应。目前来说，光伏发电虽然应用广泛，但是光伏发电效率受温度影响较大，温度过高时，光伏发电的效率会显著降低。如果对光伏电池板进行降温，产生的低品位热能由于温度较低一般也难以直接利用，直接排放则造成较大能量损失及热污染。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种带化学提质蓄热的光伏温差发电联合储能系统，本发明所述系统包括两个子系统，分别是光伏温差发电子系统和化学提质蓄热子系统。本发明所述系统在实现光伏发电的同时，利用冷却介质降低光伏电池板的温度，保证了较高的光伏发电效率，并将升温后的冷却介质经太阳能集热器及化学提质蓄热子系统对冷却介质进行两次提质，最后使用经提质的高品位热能驱动温差电池，从而提高温差电池的发电功率。
本发明的技术方案如下：
一种带化学提质蓄热的光伏温差发电联合储能系统，其特征在于：本发明所述系统由光伏温差发电子系统和化学提质蓄热子系统构成；所述光伏温差发电子系统包括太阳能利用单元和温差发电单元；其中，太阳能利用单元主要负责将太阳能转换为电能和热能，温差发电单元主要将经过提质的热能转换为电能；所述化学提质蓄热子系统包括化学热泵提质单元和中高温蓄热单元两部分。其中，化学热泵提质单元完成中低温余热存储过程，然后，由中高温蓄热单元完成中高温品位热能储存过程。
一种带化学提质蓄热的光伏温差发电联合储能系统，其特征在于：所述化学提质蓄热子系统包括化学热泵提质单元和中高温蓄热单元两部分；其中，所述化学热泵提质单元包括吸热反应装置、精馏塔、分离装置、回热器和中高温品位热能存储装置，所述吸热反应装置内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可在低温环境中发生正向吸热反应(在高温环境中发生逆向反应，该逆向反应为放热反应)；所述中高温蓄热单元包括中高温品位热能存储装置、中高温储热装置、中高温生成物储罐、阀门和压气机；所述中高温品位热能存储装置内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)；所述光伏温差发电子系统，其包括太阳能利用单元和温差发电单元两部分，其中，所述温差发电单元包括温差电池和蓄电池，所述太阳能利用单元包括抛物型聚光器、光伏电池和太阳能真空集热器。
一种带化学提质蓄热的光伏温差发电联合储能系统，其特征在于：所述太阳能利用单元、化学热泵提质单元、中高温蓄热单元、温差发电单元依次串联连接。在光伏发电的同时，对维持光伏发电系统效率产生的低品位热能经太阳能集热器及化学提质蓄热子系统两次提质，最后使用经提质的高品位热能驱动温差电池，从而提高发电功率。
一种带化学提质蓄热的光伏温差发电联合储能系统，其设备连接特征如下：
所述化学提质蓄热子系统中，所述吸热反应装置的反应原料-反应产物出口依次通过管道与所述精馏塔的反应原料-反应产物入口、分离装置的反应原料-反应产物入口连接；所述分离装置的反应产物出口通过管道经回热器的反应产物通道与中高温品位热能存储装置的内部反应器管道入口连接；所述中高温品位热能存储装置的内部反应器管道出口通过管道经回热器的反应原料通道与吸热反应装置的反应原料入口连接；所述分离装置的反应原料出口通过管道与精馏塔的反应原料入口连接；所述精馏塔的反应原料出口通过管道与吸热反应装置的反应原料入口连接。
所述化学提质蓄热子系统中，中高温蓄热单元的中高温品位热能存储装置的反应产物出口通过管道与中高温储热装置的热源入口连接；所述中高温储热装置的热源出口通过管道与压气机的入口连接；所述压气机的出口通过管道与中高温生成物储罐的入口连接；所述中高温生成物储罐的出口通过管道与中高温储热装置的中高温反应产物入口连接；所述中高温储热装置的中高温反应产物出口通过管道与中高温品位热能存储装置的反应产物入口连接。
所述光伏温差发电子系统中，太阳能利用单元中的聚光式太阳能光伏电池板背面通过管道与水源连接；所述光伏电池背面管道出口通过管道与太阳能真空集热器入口连接；所述光伏电池及温差电池与蓄电池通过导线连接；中高温品位热能存储装置内设有内部换热器，其出口通过管道与温差电池的热端连接；所述温差电池冷端传导面与热端传导面通过多个半导体发电模块连接而成；
一种带化学提质蓄热的光伏温差发电联合储能系统，其特征在于系统按如下步骤进行：
在太阳光照充分的时段，聚光式太阳能光伏电池吸收太阳能发电，同时光伏电池板受到太阳辐照的影响温度升高，为保证光伏发电效率，向光伏电池板背面布置的换热管道通入冷却水，换热完成后的冷却水被送入到太阳能真空集热器被进一步加热。
所述化学热泵提质单元中，经太阳能真空集热器加热后的水进入吸热反应装置的内部换热器进行换热，其热量被吸热反应装置中的反应原料吸收，换热完成后，水的温度降低并排出，吸热反应装置内部的反应原料吸热升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物与部分未反应的反应原料被输送至精馏塔；在所述精馏塔中，根据反应产物和反应原料沸点的不同，将反应产物与反应原料进行分离，沸点较高的大部分反应原料留在精馏塔中，随后被排回至吸热反应装置，具有一定温度且沸点较低的反应产物和少量反应原料排出精馏塔，进入分离装置；在所述分离装置中，将反应原料和反应产物进行进一步分离，得到高纯度反应产物，被分离出的反应原料回到精馏塔，高纯度反应产物进入回热器；在所述回热器中，高纯度反应产物吸热升温，随后进入中高温品位热能存储装置的内部反应器管道；在所述中高温品位热能存储装置的内部反应器管道中，高纯度反应产物在合适的温度及压力下发生逆向放热反应，放出的热量被中高温品位热能存储装置的内部反应器管道外部填充的反应原料吸收，同时逆向放热反应生成的具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物被输送至回热器；在所述回热器中，具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物与来自分离装置的高纯度反应产物进行换热，换热完成后，具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物降温并被输送至吸热反应装置，从而完成中低温品位热能的提质循环过程。
所述中高温蓄热单元中，中高温品位热能存储装置的内部反应器管道外部填充的反应原料吸收热量后升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物中包含固态、气态或液态的生产物，随后根据生成物相态及密度的不同，将生成物分离，密度大的固态生成物留在中高温品位热能存储装置中，具有一定温度且密度小的气态或液态的生成物在压气机的吸入作用下排出中高温品位热能存储装置；具有一定温度且密度小的气态或液态的生成物经过中高温储热装置进行换热，其热量被储存在中高温储热装置中，换热完成后，经压气机送入中高温生成物储罐进行储存，从而完成中高温热能储存过程。
在电力负荷紧张时，中高温蓄热单元将其内部存储的化学能转化为热能并输出。中高温生成物储罐中的气态或液态的生成物排出，经过中高温储热装置进行换热，被预热至一定温度后，进入中高温品位热能存储装置，在合适的温度及压力下与中高温品位热能存储装置中原有的固态生成物发生逆向放热反应，放出的热量通过中高温品位热能存储装置的内部换热器被导热介质吸收，导热介质被预热至一定温度，具有一定温度的导热介质进入温差电池热端传导面进行换热，温差电池冷端传导面布置散热片，温差电池热端传导面与温差电池冷端传导面形成较大的温差进行发电。
本发明具有以下优点及突出性技术效果：
1.本发明所述系统利用冷水对光伏电池背部进行降温，提高发电效率，既有效的利用了光伏电池板产生的废热，同时基于化学提质蓄热原理，对中低温热能进行提质。
2.本发明所述系统具有太阳能利用、中低温热能提质、中高温热能储存和中高温热能释放等功能，同时使用经提质的低品位热能来加热温差电池热端传导面导热介质，显著提高温差电池热端传导面温度，从而提高温差电池发电功率，具有良好的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种带化学提质蓄热的光伏温差发电联合储能系统。
图中各标号清单为：1-蓄电池；2-抛物型聚光器；3-光伏电池；4-温差电池；5-太阳能真空集热器；6-吸热反应装置；7-精馏塔；8-分离装置；9-回热器；10-中高温品位热能存储装置；11-中高温储热装置；12-中高温生成物储罐；13-阀门；A-压气机；B，C-内部换热器。
具体实施方式
一种带化学提质蓄热的光伏温差发电联合储能系统，其特征在于：系统由光伏温差发电子系统和化学提质蓄热子系统构成。所述光伏温差发电子系统包括太阳能利用单元和温差发电单元。所述光伏温差发电子系统包括太阳能利用单元和温差发电单元。其中，太阳能利用单元将太阳能转换为电能和热能，并将电能存储在蓄电池中；温差发电单元主要将经过提质的热能转换为电能，其电能也存储在蓄电池中；所述化学提质蓄热子系统，其包括化学热泵提质单元和中高温蓄热单元两部分，其中化学热泵提质单元完成中低温余热存储过程，然后由中高温蓄热单元完成中高温品位热能储存过程。
所述化学提质蓄热子系统，其特征在于：化学提质蓄热子系统包含化学热泵提质单元和中高温蓄热单元。所述化学热泵提质单元包括吸热反应装置6、精馏塔7、分离装置8、回热器9和中高温品位热能存储装置10，所述吸热反应装置6内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可在低温环境中发生正向吸热反应(在高温环境中发生逆向反应，该逆向反应为放热反应)；所述中高温蓄热单元包括中高温品位热能存储装置10、中高温储热装置11、中高温生成物储罐12、阀门13和压气机A，所述中高温品位热能存储装置10内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)。
所述化学提质蓄热子系统的化学热泵提质单元，其连接特征在于：所述吸热反应装置6的反应原料-反应产物出口6a通过管道与精馏塔7的反应原料-反应产物入口7a连接；所述精馏塔7的反应原料出口7d通过管道与吸热反应装置6的反应原料入口6c连接，精馏塔7的反应原料-反应产物出口7b通过管道与分离装置8的反应原料-反应产物入口8a连接；所述分离装置8的反应产物出口8b通过管道与回热器9的反应产物入口9a连接，分离装置8的反应原料出口8c通过管道与精馏塔7的反应原料入口7c连接；所述回热器9的反应原料出口9d通过管道与吸热反应装置6的反应原料入口6b连接，回热器9的反应产物出口9b通过管道与中高温品位热能存储装置10的内部反应器管道入口10a连接；所述中高温品位热能存储装置10的内部反应器管道出口10b通过管道与回热器9的反应原料入口9c连接。
所述化学提质蓄热子系统的中高温蓄热单元，其连接特征在于：所述中高温品位热能存储装置10的反应产物出口10d通过管道与中高温储热装置11的热源入口11c连接；所述中高温储热装置11的热源出口11d通过管道与压气机A的入口连接；所述压气机A的出口通过管道与中高温生成物储罐12的入口连接；所述中高温生成物储罐12的出口通过管道、阀门13与中高温储热装置11的中高温反应产物入口11b连接；所述中高温储热装置11的中高温反应产物出口11a通过管道与中高温品位热能存储装置10的反应产物入口10c连接。
所述光伏温差发电子系统包括太阳能利用单元和温差发电单元，其中，太阳能利用单元包括光伏电池3、抛物型聚光器2、太阳能真空集热器5；温差发电单元包括蓄电池1和温差电池5。
所述光伏温差发电子系统，其连接特征在于：所述中高温品位热能存储装置10的内部换热器B出口通过管道与温差电池热端传导面入口4a连接；所述温差电池热端传导面出口4b通过管道与内部换热器B入口连接；所述温差电池冷端布置散热片，并在温差电池与散热片之间设置导热硅脂层；所述光伏电池背面管道出口2b与太阳能真空集热器入口5a连接；所述太阳能真空集热器5的出口5b与吸热反应装置6的内部换热器C入口连接；所述光伏电池2与温差电池4分别与蓄电池1连接。
一种带化学提质蓄热的光伏温差联合储能系统，其特征在于系统按如下步骤进行：
首先，在太阳光照充分的时段，聚光式太阳能光伏电池吸收太阳能发电，同时光伏电池3受到太阳辐照的影响温度升高，为保证光伏发电效率，向光伏电池3背面布置的换热管道通入冷却水，光伏电池3吸收光能发电，冷却水对光伏电池3进行降温，光伏电池3背面布置的换热管道出口水温度为50℃左右，随后进入太阳能真空集热器5进行吸热，水吸热至90℃左右进入吸热反应装置6的内部换热器C进行换热，换热后，温度降低，此水可用于供暖。
所述化学热泵提质单元中，吸热反应装置6中的化学储热介质为液态异丙醇，由太阳能真空集热器5而来的90℃左右的水进入吸热反应装置6的内部换热器C进行换热，90℃左右的水的热量被吸热反应装置6中的化学储热介质(液态异丙醇)吸收，吸热反应装置6中液态异丙醇吸热升温蒸发，然后在85℃左右的温度下发生正向吸热分解反应，催化剂为ZnO/CuO复合催化剂，反应公式为：
(CH3)2CHOH(l)→(CH3)2CHOH(g) ΔH＝45.4kJ/mol
(CH3)2CHOH(g)→(CH3)2CO(g)+H2(g) ΔH＝55.0kJ/mol
反应生成85℃左右的丙酮和氢气，随后，85℃左右的丙酮、氢气的混合气体以及部分未反应的气态异丙醇进入精馏塔7；在所述精馏塔7中，根据丙酮、氢气的混合气体和气态异丙醇沸点的不同，将大部分气态异丙醇冷凝液化从而与丙酮、氢气的混合气体进行分离，经冷凝液化得到的液态异丙醇随后被排回至吸热反应装置6，80℃左右的氢气、丙酮的混合气体以及少量未被冷凝液化的气态异丙醇排出精馏塔7，进入分离装置8；在所述分离装置8中，剩余气态异丙醇被分离并排回至精馏塔7，同时得到80℃左右的高纯度丙酮、氢气混合气体，随后，80℃左右的高纯度丙酮、氢气混合气体进入回热器9；在所述回热器9中，80℃左右的高纯度丙酮、氢气混合气体吸收热量，升温至200℃左右，随后，进入中高温品位热能存储装置10的内部反应器管道；所述中高温品位热能存储装置10中的化学储热介质为储氢合金Mg2NiH4；所述中高温品位热能存储装置10的内部反应器管道中填充固体催化剂雷尼镍(Raney Ni)，200℃左右的高纯度丙酮、氢气混合气体通过固体催化剂雷尼镍(Raney Ni)催化，发生逆向放热化合反应，反应生成250℃左右的气态异丙醇，反应公式为：
(CH3)2CO(g)+H2(g)→(CH3)2CHOH(g) ΔH＝-55.0kJ/mol
反应放出的热量被中高温品位热能存储装置10的内部反应器管道外部填充的反应原料储氢合金Mg2NiH4吸收，随后250℃左右的气态异丙醇和未反应的氢气、丙酮混合气体排回至回热器9；在所述回热器9中，250℃左右的气态异丙醇和未反应的氢气、丙酮与来自分离装置8的80℃左右的高纯度丙酮、氢气混合气体进行换热，换热完成后，250℃左右的气态异丙醇和未反应的氢气、丙酮混合气体的温度降至80℃左右并排回至吸热反应装置6，从而完成中低温品位热能提质过程。
所述中高温蓄热单元中，中高温品位热能存储装置10的内部反应器管道外部的填充反应物Mg2NiH4吸收热量后逐渐升温，在240℃左右的温度下发生正向吸热分解反应，反应公式为：
Mg2NiH4(s)→Mg2Ni(s)+2H2(g) ΔH＝65kJ/mol
反应生成240℃左右的氢气，随后240℃左右的氢气在压气机A的吸入作用下排出中高温品位热能存储装置10，进入中高温储热装置11；240℃左右的氢气经过中高温储热装置11进行换热，240℃左右的氢气的热量被储存在中高温储热装置11中，换热完成后，240℃左右的氢气的温度降低，随后经压气机A送入中高温生成物储罐12进行储存，从而完成中高温品位热能储存过程。
用电高峰负荷时，所述中高温蓄热单元中，中高温生成物储罐12中的之前存储的氢气释放并进入中高温储热装置11进行换热，完成换热后，氢气被预热至220℃左右并进入中高温品位热能存储装置10，在220℃左右的温度下与其中原有的固态生成物Mg2Ni发生逆向化合放热反应，反应公式为：
Mg2Ni(s)+2H2(g)→Mg2NiH4(s) ΔH＝-65kJ/mol
放出的热量通过换热器B被导热油THERMINOL 66吸收，导热油THERMINOL 66的温度升至210℃左右进入温差电池4的热端传导面，所述温差电池4冷端布置散热片与热端传导面的高温导热油形成温差，利用此温差发电。从而完成中高温品位热能释放利用过程。
最后说明的是，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方案及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本发明说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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