[发明专利]一种热化学储能方法

说明书

本发明公开了一种热化学储能方法，包括如下步骤：高价态金属氧化物吸收热能，发生还原反应，生成低价态金属氧化物；所述低价态金属氧化物吸收热能，与含碳物质发生重整反应，生成金属单质和合成气；所述金属单质发生氧化反应，生成高价态金属氧化物，释放热能。本发明利用了金属氧化物与含碳物质互补储能的方式，将太阳能等外界热源以化学能形式稳定存储，并根据用户需求，对外稳定供热。本发明的方法不仅降低了热化学储能过程中金属氧化物的反应温度、提高了储能密度，并在温和的反应条件下利用金属单质制备氢气、同时实现了多能互补以及含碳物质的化学能的梯级利用。

技术领域

本发明涉及热化学储能技术领域，尤其涉及一种热化学储能方法。

背景技术

提高能源转化率和效率，降低二氧化碳和污染物排放是我国实现节能减排和可持续发展战略的重大课题。目前，能够利用的能源包括光能、机械能、电能、化学能以及热能，其他形式能量都可以通过热能的形式利用，另外，全球能源预算中的90％是围绕热的转换、传输和储存。因此，发展储热技术进行热能的综合有效利用至关重要。储热材料不仅对可再生能源(风能、太阳能等)热动系统具有重要意义，而且可以通过高温余热利用的方式解决工业生产中热效率较低的问题。

以太阳能为例，全球太阳能辐射总量约1.7×10¹⁷W，其中我国约占1％(1.8×10¹⁵W，相当于1.9万亿吨标煤/年)，是我国目前年能耗总量的680倍，太阳能蕴藏着巨大的开发潜力。但是太阳能能流密度比较低，能量波动比较大，储存费用高，如采用光伏并网发电，对电网的冲击又比较大，这些问题一直影响着太阳能的进一步开发利用。太阳能热发电可以利用廉价储能技术，稳定发电功率的输出，既可以作为基础负荷供电，又可以作为调峰电源，因此太阳能热发电在未来具有巨大潜力。

储能技术按照储能方式一般可以分为显热储能，潜热储能和热化学能储能。显热储能是在不改变物质形态通过温度提升将热能存储起来，储能密度较低，常见的显热储能材料有砂石，熔融盐等。而潜热储能通过相变形式将能量存储起来，一般相变热所需吸收热量较大，因此潜热储能密度比显热储能高，常见的潜热储能材料有相变金属。而利用化学能将太阳能存储起来不仅使得储能密度高，比显热储能高一个数量级，而且可以常温长时间存储，便于运输。常见热化学储能材料有碳酸盐、金属氧化物、金属氢化物、氨、有机物以及氢氧化物等。

目前开展的中高温太阳能热化学储能的研究多以制取清洁燃料氢气为目的，常见的有金属氧化物两步水解制氢，由于第一步金属氧化物热分解还原所需温度较高，通常在1500℃左右，对太阳能集热装置要求很高，造成热损失较大。此外利用金属氧化物的氧化还原反应进行热化学储能也是目前研究的一个重点。当金属氧化物被加热时，发生还原反应，吸收热量，释放氧气，将热量以化学能的形式存储。当放热时，还原的金属氧化物与氧气反应，释放热量，将存储的化学能以热能形式对外放出。目前高温太阳能储能系统设计单一，仅考虑一种热化学反应，反应条件较苛刻，储能形式单一，经济性和适用性有待验证，限制了其商业化推广。

发明内容

本发明的目的在于针对现有热化学储能技术形式单一、对储能过程中的化学反应要求严格、成本高等不足，提出一种金属氧化物与含碳物质互补储能的热化学储能方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供一种热化学储能方法，包括如下步骤：高价态金属氧化物吸收热能，发生还原反应，生成低价态金属氧化物；所述低价态金属氧化物吸收热能，与含碳物质发生重整反应，生成金属单质和合成气。

本发明所提供的热化学储能方法，还包括热释放过程，所述金属单质发生氧化反应，生成高价态金属氧化物，释放热能。

所述金属单质发生氧化反应，生成高价态金属氧化物的方式可以为：金属单质与氧气发生氧化放热反应，生成高价态金属氧化物；也可以为：金属单质与水发生放热反应，生成氢气和低价态金属氧化物，生成的所述低价态金属氧化物与氧气发生氧化放热反应，生成高价态金属氧化物。