基于磁热转化相变材料储热的超高温热发电系统及其方法

本发明涉及电热转换储能，具体涉及一种基于磁热转化功能相变材料储能的基于磁热转化相变材料储热的超高温热发电系统及其方法。

背景技术：

1、我国实现“双碳”目标意味着必须进行颠覆性的能源革命、科技革命和经济转型。储能作为电能的载体，可有效地平抑大规模新能源发电接入电网带来的波动性，促进电力系统运行中电源和负荷的平衡，提高电网运行的安全性、经济型和灵活性。2022年2月，国家发展改革委、国家能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》提出，到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段，具备大规模商业化应用条件；到2030年，新型储能全面市场化发展，全面支撑能源领域碳达峰目标如期实现。因此，储能也是实现可再生能源规模应用和构建以新能源为主体的新型电力系统，实现“双碳”目标的关键核心技术。

2、目前，由于峰谷电价之间的差距，在峰电时电价过高的情况下用电，会造成用电成本较高，在谷电时的电能没有效利用，造成电能的浪费，因此，亟需发展储能技术。目前抽水储能是较为成熟并且成本较低的储能技术，但是其需要地理上的高度差和水资源，因此具有地理位置上的限制；电化学储能价格相对较高；储氢存在运输和储存危险性较大等缺点，压缩氢气存储运输需要额外电能，经济性较弱；储存液氢需要耐低温高压容器，材料要求高。储热作为储能技术中的一种关键形式，将对能源利用效率的提高以及新能源行业的发展发挥着巨大的作用。同时，人类生活、生产都与热能应用息息相关，热能存储能实现冷热电联供，在储能技术中极具优势。然而，目前熔融盐储能由于本身温度低和蒸汽动力循环的效率低，使得其成本高和能量利用效率低下，热循环效率仅35％，造成了大量能源损失。

技术实现思路

1、鉴于以上所述，本发明提供一种基于磁热转化功能相变材料储能的基于磁热转化相变材料储热的超高温热发电系统及其方法，以节约用电成本并实现电能的高效利用。

2、本发明的技术方案：

3、本发明提供一种基于磁热转化相变材料储热的超高温热发电系统，包括发电机组余热回收装置、一级储热单元、二级储热单元、磁感应线圈、磁性复合相变储热材料、余热潜热回收单元、溴化锂制冷机组、蒸发器、压缩机、冷凝器、汽轮机、发电机以及若干连接管；发电机组余热回收装置通过连接管与一级储热单元底部输入端连接导通，以将火电或太阳热发电系统产生的热流体输入至一级储热单元内；一级储热单元及二级储热单元内均具有磁性复合相变储热材料；一级储热单元及二级储热单元的外周面均缠绕有磁感应线圈，磁感应线圈与电网连接供电以加热磁性复合相变储热材料；一级储热单元顶部输出端通过连接管与二级储热单元底部输入端连接导通；二级储热单元顶部输出端通过连接管与一级储热单元底部输入端连接导通；一级储热单元顶部输出端通过连接管与蒸发器的第一输入端连接导通，蒸发器的第一输出端通过连接管与二级储热单元底部输入端连接导通；蒸发器的第二输入端通过连接管与压缩机输出端连接导通，蒸发器的第二输出端通过连接管与汽轮机输入端连接导通；汽轮机输出端通过连接管与冷凝器输入端连接导通，冷凝器输出端通过连接管与压缩机输入端连接导通；发电机与汽轮机传动连接；二级储热单元顶部输出端通过连接管与余热潜热回收单元输入端连接导通，余热潜热回收单元输出端通过连接管与发电机组余热回收装置的连接管形成循环管路；余热潜热回收单元的一部分热量可通过供热管网直接给用户供热或供应给溴化锂制冷机组以对用户供冷。

4、本发明还提供一种上述基于磁热转化相变材料储热的超高温热发电系统的方法，包括如下步骤：

5、一、发电机组余热回收阶段：在火电或太阳热发电系统低负荷运行期间，火电或太阳热发电系统产生的热流体先被一级储热单元内部的磁性复合相变储热材料进行一级存储，对磁性复合相变储热材料进行预热，此时磁性复合相变储热材料的温度可达到500℃；随后热流体进入二级储热单元，热量被其内部的磁性复合相变储热材料吸收，控制二级储热单元出口热流体温度不高于120℃；然后热流体进入余热潜热回收单元，余热潜热回收单元的一部分热量可给用户供热或供给溴化锂制冷机组以对用户供冷；

6、二、谷电利用阶段：利用电网的谷电通过磁感应线圈对一级储热单元和二级储热单元内部的磁性复合相变储热材料进行加热，使其温度上升至1000℃以上；

7、三、超高温热发电阶段：冷流体从蒸发器通过连接管进入二级储热单元与其中磁性复合相变储热材料进行一级换热，随后进入一级储热单元进而二次换热，最后在蒸发器内与超临界co2进行换热，实现蒸发，超临界co2随后进入汽轮机推动汽轮机做功，进行发电，供应给用户，汽轮机做功后的超临界co2与冷凝器进行换热后进入压缩机，再次在蒸发器蒸发进行发电。

8、本发明提供的基于磁热转化相变材料储热的超高温热发电系统具有如下有益效果：

9、一、显著提高能源利用效率

10、超高温发电技术：本发明通过采用火电或太阳热发电系统产生的热流体先被一级储热单元内部的磁性复合相变储热材料进行一级存储，对磁性复合相变储热材料进行预热，并配合利用电网的谷电对磁感应线圈供电实现对预热后的磁性复合相变储热材料加热到1000℃以上高温，实现了超高温发电，显著提高了发电效率。这种技术能够将热流体中的热能高效地转化为电能，进一步提升了能源的利用价值。

11、冷热电联供系统：本发明不仅关注发电效率，还通过构建冷热电联供系统，实现了热能的梯级利用。通过余热回收和潜热回收技术，系统能够有效地回收并利用发电过程中产生的余热，进一步提高了能源利用效率。

12、热能的梯级利用：本系统通过一级储热单元和二级储热单元，实现了热能的梯级利用。这样可以在保证高效利用热能的同时，避免了能源的浪费。

13、二、降低发电成本，提高经济性

14、热能循环利用：本发明通过热能循环利用，减少了热能的损失，降低了发电过程中的能耗，从而降低了发电成本。

15、提高发电系统利用率：本发明通过利用电厂的热能和谷电，使超高温发电系统的利用率提高了10％。这不仅降低了发电成本，还提高了发电系统的经济效益。

16、利用谷峰电价差距，在谷电时期利用磁感应线圈对一级储热单元及二级储热单元内的磁性复合相变储热材料加热至高温，对热量进行存储；在峰电时期，利用发电机通过卡诺电池原理进行发电，以供企业使用，达到节能，降低用电成本的目的；在利用峰谷电价差距节约用电成本的同时，在寒冷的冬季时，余热潜热回收单元可通过供热管网参与城市供热；在炎热的夏季时，余热潜热回收单元对溴化锂制冷机组供热以实现制冷功能。这样，既实现了节约用电成本，又实现了电能的高效利用。

17、三、促进环保与可持续发展

18、减少污染排放：由于本发明提高了能源利用效率，减少了不必要的能源消耗，因此也相应地减少了污染物的排放，对环保具有积极意义。

19、可持续发展：通过实现冷热电联供和余热的回收利用，本发明为能源的可持续发展提供了有力支持。这种技术有助于推动能源结构的优化和绿色发展，促进社会的可持续发展。

20、四、技术创新与产业升级

21、技术创新：本发明提供了一种创新的超高温热发电技术，该技术具有先进性、创新性和实用性，为能源领域的技术创新提供了新的思路和方法。

22、产业升级：本发明的应用将有助于推动能源产业的技术升级和产业结构调整，促进相关产业的发展和壮大。

23、综上所述，本发明提供的基于磁热转化相变材料储热的超高温热发电系统具有显著的有益效果，包括提高能源利用效率、降低发电成本、促进环保与可持续发展以及推动技术创新与产业升级等方面。这些有益效果将为能源领域的发展带来积极的影响和推动作用。

24、与现有技术相比，本发明所提供的应用基于磁热转化相变材料储热的超高温热发电系统的方法，具有如下显著的有益效果：

25、一、提高能源利用效率，降低能量损失

26、本发明通过在火电或太阳热发电系统低负荷运行期间，利用一级储热单元和二级储热单元对热流体进行多级存储，有效避免了蒸汽外排造成的能量损失。同时，通过磁感应线圈对储热单元进行加热，实现能量的高效转化和利用，提高了整个系统的能源利用效率。

27、二、实现冷热电联供，提高能源利用灵活性

28、本发明的方法不仅能够实现高温热发电，而且能够利用余热潜热回收单元为用户提供供热或供冷服务，实现了冷热电联供。这种联供方式可以根据用户的需求灵活调整，提高了能源利用的灵活性和多样性。

29、三、优化谷电利用，降低发电成本

30、本发明充分利用电网的谷电对储热单元进行加热，提高了谷电的利用率，降低了发电成本。同时，由于超高温热发电技术的应用，使得发电效率更高，进一步降低了发电成本。

31、四、促进可持续发展，实现环保目标

32、本发明的应用基于磁热转化相变材料储热的超高温热发电系统的方法，通过提高能源利用效率、降低能量损失、优化谷电利用等方式，有助于减少能源消耗和环境污染，促进可持续发展，实现环保目标。

33、综上所述，本发明所提供的应用基于磁热转化相变材料储热的超高温热发电系统的方法，具有显著的有益效果，对于提高能源利用效率、降低发电成本、实现环保目标等方面具有重要的应用价值。

34、本发明的优选实施方案及其有益效果，将结合具体实施方式进一步详细说明。