[发明专利]一种联合电解铝和铝水反应制氢的调峰储能系统

说明书

技术领域

本发明属于储能技术领域，具体涉及一种联合电解铝和铝水反应的调峰储能系统及调峰储能方法。

背景技术

生产生活用电都具有用电高峰和用电低谷，这导致电网需要专门的电力储能设施来缓冲用电峰谷冲击。而太阳能、风能等新能源发电，由于受外界条件限制，在不同时间输出功率也存在巨大差异，也需要通过专门的电力储能设施对电能缓冲后才能进入电网供居民使用。

储能技术目前可分为机械储能、电磁储能、化学储能以及热电储能。机械储能的主要应用形式为抽水蓄能、空气压缩储能和飞轮储能。抽水蓄能选址要求较高，需要大面积土地，且对环境造成一定影响。空气压缩储能能量密度较低，且适合地点有限。飞轮储能持续时间短，具有机械损耗，存在自放电问题。电磁储能的主要应用形式为超导储能和超级电容器。超导储能能量密度低，持续时间秒级，成本高。超级电容器储能容量有限，投资成本高，且有一定的自放电率。化学储能主要是各种金属电池。目前大功率大容量储能电池主要有铅酸电池、锂离子电池和液态钒氧化还原电池等几个方向。其中铅酸电池价格低廉、但重量大，寿命短。锂离子电池充放电速度较快，比能量大，但其价格昂贵，资源总量有限，且安全风险较高。全钒液流电池可以按需定制，但高成本，且钒资源有限，难以大规模应用。热储能技术需要各种高温化学热工质，应用场合受限。

发展储能系统对降低环境污染，提高能源利用率、开发利用可再生能源、实现可持续发展起着重要作用。因此，开发一种低成本具有普适意义的储能系统十分有价值，这也必定是智能电网的关键技术之一。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种可用适用于广泛领域的调峰储能系统，联合电解铝和铝水反应制氢技术，用在如大型电厂的调峰储能，旨在解决现有存在的用电高低峰集中的问题以及利用可再生能源的不稳定性。

本发明的第二个目的是提出一种调峰储能方法。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种联合电解铝和铝水反应制氢的调峰储能系统，包括高温电解铝和铝水反应制氢两个子系统；其中，高温电解铝子系统包括设置在加热炉内的电解槽以及电解槽顶部的电解原料进料口，电解槽底部设置铝液成型装置，所述铝液成型装置连接有铝单质容器；铝水反应制氢子系统包括铝水反应室和分离装置，所述铝水反应室设置有进料口，所述进料口用于投入电解生成的铝单质、液态金属和水溶液，所述分离装置位于铝水反应室底部，所述分离装置设置有氢氧化铝出料口和液态金属出料口，所述氢氧化铝出料口连接所述电解槽的电解原料进料口，所述液态金属出料口连接铝水反应室进料口。

其中，所述高温电解铝子系统包括阳极和阴极，所述阳极和阴极连接有直流电源，所述直流电源通过整流器连接于电网或发电厂；或所述直流电源为可持续能源发电装置。

进一步地，所述高温电解铝子系统包括阳极、阴极、加热元件、控温热电偶、电解槽和排气口；所述阳极为碳阳极，所述阴极为惰性阴极，所述电解槽放置于加热炉中，电解槽内设置有控温热电偶，电解槽的顶部设置所述排气口。电解槽底部连接铝液成形装置。

电解槽可以是石英材质、石墨材质、或内衬石英、石墨或陶瓷层的复合材质。电解铝生成的铝为高温单质，不便储存，因此先凝固成型，固体便于储存和携带。

所述的电解电极采用碳阳极和惰性阴极。阳极上的反应为碳电极被氧化生成二氧化碳，阴极反应为氧化铝被还原生成铝单质。

所述的冰晶石为六氟铝酸钠，用来溶解氧化铝，使氧化铝更容易呈现熔融状态，便于分解为铝单质和氧气。

其中，所述铝水反应制氢子系统包括铝水反应室，所述铝水反应室内放置有液态金属，液态金属上为水溶液层，水溶液层液面高度不超过所述铝水反应室的2/3，铝水反应室顶部设置有氢气集气口，铝水反应室底部连接有离心结构的分离装置。

本发明进一步优选技术方案为，所述液态金属为镓，或是以镓为基底，添加了铟、锡、锌、铋中的一种或多种形成的液态金属合金。

其中，所述的水溶液层可通过加入纯水构成、或通过加入卤族离子水溶液构成，所述卤族离子的水溶液为钠盐、钾盐、氢卤酸溶液中的一种或多种。所述卤族离子的水溶液的浓度为0.05-0.6mol/L。

反应物中，为使金属铝充分活化参与反应，液态金属的质量应大于铝的质量。考虑到反应热会使部分水蒸发，水溶液的质量应大于四倍铝的质量。

其中，所述氢气集气口连接于氢气收集系统，所述氢气收集系统包括储氢罐，或，所述氢气收集系统通过缓冲罐连接有氢气燃料电池。