[发明专利]热化学储能测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明化学储能技术领域，具体涉及一种充分利用太阳能驱动(Ca(OH)₂ (s)?CaO (s)+ H₂O (g)) 热化学反应的热化学储能测试装置及测试方法。

背景技术

随着社会的飞速发展，有限的化石燃料显得更加匮乏，不能满足现代工业发展的需求，并且燃烧所产生的环境问题也日益突出。能源结构改革的新方向主要是开发新能源以及采用新型技术提高燃料的利用率。太阳能发电由于具有费用低、来源广、不污染环境以及不需远距离输送等优点而成为人类理想的替代能源。大力开发利用太阳能，将会有效缓解能源紧缺的问题，并改变我国不合理的能源结构，使能源供应多样化。然而，由于太阳能具有间歇性、低密度和不稳定性、难以持续供应的缺点，利用太阳能进行热发电目前仍有许多问题需要解决，其中如何实现太阳能高效、大规模的储存，保证太阳能一天24h持续供给是太阳能热发电技术的关键。在太阳能热发电中，高温储热的作用是调节负荷、降低设备容量和投资成本，进一步提高太阳能资源利用效率和设备可用率，提高热电系统的可靠性和经济性。目前，主要的热能储存方式包括显热储能、潜热储能和热化学储能。在选择储能方式时需要考虑很多因素，主要包括储存时间、经济性、储能密度、热损失、供能温度等。

显热储热指通过改变储能介质的温度来储能。储能材料可选用水、岩石、土壤等，方法简单、成本低，但其储能密度小和放热温度不恒定，且所需的储能系统结构庞大。潜热储能又称相变储能，如水受热气化，固体石蜡受热融化等，它是当今世界的研究热点。潜热储能的储能密度较显热高一个数量级，且放热温度恒定，但其储热介质一般有导热系数较小、易老化和过冷相分离等缺点。显热储能和潜热储能均具有高温下热损失过大的不足，不能长期储存高温热能。

化学储能实际上就是利用储能材料相接触时发生化学反应而将储存的化学能释放出来。如C+热量? A+B，在这个反应中储能材料C吸收能量转化成A和B单独储存起来。当需要供能时，将A和B充分接触发生反应生成C，同时也完成了能量的释放过程。一般的，热化学储能过程可以分为三个步骤：储热、储存和热释放过程。

对比其他储热方式，热化学储能具有以下的优势：(1) 热化学储能方法能够实现在室温下长期无热损储存；(2) 储能密度高，分别相当于显热储热和潜热储热的10倍和5倍；(3) 适合长距离运输。这些特性为太阳能的高效转换、储存及传输提供了一种极具前景的方法，并能实现太阳能一天24h的连续供给，特别适用于电厂峰谷负荷调节，并于尖峰发电时释放出热能，推动汽轮机发电。目前已经研究过70多种热化学反应，但很理想的反应体系并不多。典型的热化学储能体系有无机氢氧化物热分解，主要是Ca(OH)₂/CaO+H₂O、Mg(OH)₂/MgO+H₂O，此外还有NH₃的分解、碳酸化合物分解、硫酸盐分解、甲烷-二氧化碳催化重整、铵盐热分解、有机物的氢化和脱氢反应等，其中Ca(OH)₂/CaO体系以及NH₃的分解是研究的比较多的储能反应，也是最有前景的应用储能体系。选择化学储能材料时要考虑以下因素：(1) 反应温度适当；(2) 反应热效应大；(3) 反应不产生副反应，安全，循环寿命长；(4) 储能材料价格低廉，无毒，无腐蚀；(5) 反应时材料的体积变化要小；(6) 可逆化学反应速率要适当，以便于能量存储与释放；(7) 反应操作成熟，反应条件要求不苛刻。

世界范围内的能源日趋紧张与燃烧化石燃料所带来的环境污染问题以及我国目前的能源结构调整策略为热化学储能的应用带来了很大的契机，热化学储能由于自身具有的独特优势，在大规模千兆瓦级电力调峰、太阳能热力发电、工业和民用废热和余热的回收利用等领域具有广泛的应用前景。

热化学储能是一种高密度、高能量的储能方式，其储能密度较显热和潜热高，而且此种储能体系通过催化剂或产物分离方法极易用于长期能量储存，但在实用时存在的一次性投资大、技术复杂及整体效率低等缺点。目前热化学储能式太阳能热发电仍处于小试阶段，还没有建成大规模热电站，要想让热化学储能真正成为造福人类的实用技术，还必须解决好以下问题：(1) 储能材料的选择，附带的反应控制，反应的可逆性，催化剂寿命；(2) 反应器、热交换器的设计，各种化学床体的特性，气体、固体等介质的导热性；(3) 运行循环的描述，最佳循环效率；(4) 技术和经济分析，投资/收益研究，负载要求等；(5)储能材料腐蚀性、经济性。