1.本實(shí)用新型屬于綠色發(fā)電和先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃用鋁的發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2.隨著全球大氣污染和氣候變暖形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻，傳統(tǒng)的以化石能源為主的發(fā)電系統(tǒng)將面臨前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。從世界范圍來(lái)看，各國(guó)都在努力提高自身電力結(jié)構(gòu)中可再生能源發(fā)電的比例。未來(lái)，世界能源領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)必然是可再生能源逐步替代化石能源。然而，可再生能源由于自身的間歇性、不穩(wěn)定性和不確定性等特點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了可再生能源發(fā)電的發(fā)展。未來(lái)要實(shí)現(xiàn)可再生能源替代化石能源，必須依賴大規(guī)模和長(zhǎng)周期儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和支撐。

3.目前，儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的研究十分活躍，各種儲(chǔ)能技術(shù)迅猛發(fā)展，如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、鋰電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、儲(chǔ)氫等。然而，現(xiàn)有的儲(chǔ)能技術(shù)難以同時(shí)滿足儲(chǔ)能密度大、可移動(dòng)性、自耗損失小和全球能源貿(mào)易的要求。因此，需要開發(fā)一種新的儲(chǔ)能技術(shù)，從而使可再生能源發(fā)電在全世界范圍內(nèi)向更深、更廣方向發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種燃用鋁的發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)將基于鋁燃料儲(chǔ)能、鋁燃燒發(fā)電、氫燃燒發(fā)電和氧化鋁電解制鋁等進(jìn)行有效地耦合，具有儲(chǔ)能密度高、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn)永久儲(chǔ)存、燃料循環(huán)再生無(wú)消耗和便于開展全球能源貿(mào)易等優(yōu)點(diǎn)。

5.為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

6.一種燃用鋁的發(fā)電系統(tǒng)，包括鋁燃燒發(fā)電子系統(tǒng)和鋁燃料電解再生子系統(tǒng)；

7.所述鋁燃燒發(fā)電子系統(tǒng)包括制粉裝置1、鋁水燃燒裝置2、氣固分離裝置3、混合工質(zhì)透平4、發(fā)電機(jī)5、氫燃燒裝置6、空氣壓縮機(jī)7、蒸汽透平8、發(fā)電機(jī)9和冷凝器10；鋁燃料通過(guò)輸送管路與制粉裝置1的物料進(jìn)口相連接，制粉裝置1的出口與鋁水燃燒裝置2的燃料進(jìn)口相連接，鋁水燃燒裝置2的氧化劑進(jìn)口與氧化劑水輸送管路相連接，在鋁水燃燒裝置 2中，鋁粉與水發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)，反應(yīng)方程式為2al+3h2o＝al2o3+3h2，反應(yīng)過(guò)程中氧化劑水是過(guò)量的，反應(yīng)產(chǎn)物為固體al2o3、蒸汽和氫氣；鋁水燃燒裝置2的出口與氣固分離裝置3的進(jìn)口相連通，完成氣固分離后，蒸汽和氫氣的混合氣體經(jīng)氣固分離裝置3的氣體出口與混合工質(zhì)透平4的進(jìn)口相連通，高溫高壓的混合氣體在混合工質(zhì)透平4中膨脹做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)5旋轉(zhuǎn)發(fā)電，發(fā)電機(jī)5與混合工質(zhì)透平4同軸連接，固體al2o3經(jīng)氣固分離裝置3的固體物料出口進(jìn)行收集；混合工質(zhì)透平4的工質(zhì)出口與氫燃燒裝置6的燃料進(jìn)口相連接，氫燃燒裝置6的空氣進(jìn)口與空氣壓縮機(jī)7 的出口相連接，氫氣在氫燃燒裝置6燃燒并放出熱量，產(chǎn)生的高溫蒸汽經(jīng)氫燃燒裝置6的出口與蒸汽透平8的進(jìn)口相連通，高溫蒸汽在蒸汽透平8 中膨脹做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)9旋轉(zhuǎn)發(fā)電，發(fā)電機(jī)9與蒸汽透平8同軸連接，蒸汽透平8的出口與冷凝器10的

進(jìn)口相連接，蒸汽在冷凝器10中被冷凝形成水，水被收集后可進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)繼續(xù)使用或用作其他用途；

8.所述鋁燃料電解再生子系統(tǒng)包括運(yùn)輸裝置11和氧化鋁電解裝置12；鋁與水燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的固體al2o3經(jīng)運(yùn)輸裝置11運(yùn)送到工業(yè)電解鋁工廠，固體al2o3與氧化鋁電解裝置12的氧化鋁物料進(jìn)口相連接，氧化鋁電解裝置12的另一個(gè)物料進(jìn)口與助熔劑冰晶石輸送管路相連接，氧化鋁電解裝置12的電源與電網(wǎng)中富余的可再生能源電力供應(yīng)13相連接，氧化鋁在氧化鋁電解裝置12中發(fā)生電解反應(yīng)，在氧化鋁電解裝置12的陰極上又重新生成燃料鋁。

9.所述的燃用鋁的發(fā)電系統(tǒng)的工作方法，該發(fā)電系統(tǒng)以氧化鋁為原料，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電過(guò)剩或富余時(shí)，通過(guò)氧化鋁電解裝置12對(duì)熔融的氧化鋁進(jìn)行電解，將可再生能源電力通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成鋁燃料的化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)存。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電不足或世界上其他某地理位置需要電力供應(yīng)時(shí)，通過(guò)鋁燃燒發(fā)電子系統(tǒng)將鋁燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，對(duì)外實(shí)現(xiàn)供電；具體的將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的過(guò)程為：鋁燃料和水在鋁水燃燒裝置2中發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為固體al2o3、高溫高壓的蒸汽和氫氣混合氣體，高溫高壓的混合氣體在混合工質(zhì)透平4中膨脹做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)5旋轉(zhuǎn)發(fā)電；此外，混合工質(zhì)中的氫氣在氫燃燒裝置 6燃燒并放出熱量，產(chǎn)生的高溫蒸汽在蒸汽透平8中膨脹做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)9旋轉(zhuǎn)發(fā)電；鋁燃燒后的固體al2o3經(jīng)回收后再經(jīng)氧化鋁電解裝置12 可重新獲得燃料鋁，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，整個(gè)過(guò)程中氧化鋁無(wú)消耗。

10.本實(shí)用新型的有益效果：

11.本實(shí)用新型所述的一種燃用鋁的發(fā)電系統(tǒng)及其工作方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)金屬燃料鋁的能量密度高；(2)鋁燃料中不含碳，且系統(tǒng)整個(gè)工作過(guò)程不產(chǎn)生污染物，是一種綠色低碳的發(fā)電技術(shù)；(3)通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將可再生能源電力轉(zhuǎn)化為金屬燃料鋁的化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)存，具有儲(chǔ)能周期長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)永久儲(chǔ)存的優(yōu)點(diǎn)；(4)整個(gè)過(guò)程中鋁燃料燃燒反應(yīng)后，其燃燒產(chǎn)物通過(guò)電解再生可重新得到金屬燃料鋁，整個(gè)過(guò)程燃料鋁循環(huán)再生、無(wú)消耗；(5)通過(guò)金屬燃料鋁進(jìn)行儲(chǔ)能，便于開展全球范圍內(nèi)的能源貿(mào)易。

附圖說(shuō)明

12.圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

13.其中，1為制粉裝置、2為鋁水燃燒裝置、3為氣固分離裝置、4為混合工質(zhì)透平、5為發(fā)電機(jī)、6為氫燃燒裝置、7為空氣壓縮機(jī)、8為蒸汽透平、9為發(fā)電機(jī)、10為冷凝器、11為運(yùn)輸裝置、12為氧化鋁電解裝置、 13為電網(wǎng)中富余的可再生能源電力供應(yīng)。

具體實(shí)施方式

14.下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

15.參考圖1，一種燃用鋁的發(fā)電系統(tǒng)，包括鋁燃燒發(fā)電子系統(tǒng)和鋁燃料電解再生子系統(tǒng)；

16.所述鋁燃燒發(fā)電子系統(tǒng)包括制粉裝置1、鋁水燃燒裝置2、氣固分離裝置3、混合工質(zhì)透平4、發(fā)電機(jī)5、氫燃燒裝置6、空氣壓縮機(jī)7、蒸汽透平8、發(fā)電機(jī)9和冷凝器10；鋁燃料通過(guò)輸送管路與制粉裝置1的物料進(jìn)口相連接，制粉裝置1的出口與鋁水燃燒裝置2的燃料進(jìn)口相連接，鋁水燃燒裝置2的氧化劑進(jìn)口與氧化劑水輸送管路相連接，在鋁水燃燒裝置 2

中，鋁粉與水發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)，反應(yīng)方程式為2al+3h2o＝al2o3+3h2，反應(yīng)過(guò)程中氧化劑水是過(guò)量的，反應(yīng)產(chǎn)物為固體al2o3、蒸汽和氫氣；鋁水燃燒裝置2的出口與氣固分離裝置3的進(jìn)口相連通，完成氣固分離后，蒸汽和氫氣的混合氣體經(jīng)氣固分離裝置3的氣體出口與混合工質(zhì)透平4的進(jìn)口相連通，高溫高壓的混合氣體在混合工質(zhì)透平4中膨脹做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)5旋轉(zhuǎn)發(fā)電，發(fā)電機(jī)5與混合工質(zhì)透平4同軸連接，固體al2o3經(jīng)氣固分離裝置3的固體物料出口進(jìn)行收集；混合工質(zhì)透平4的工質(zhì)出口與氫燃燒裝置6的燃料進(jìn)口相連接，氫燃燒裝置6的空氣進(jìn)口與空氣壓縮機(jī)7 的出口相連接，氫氣在氫燃燒裝置6燃燒并放出熱量，產(chǎn)生的高溫蒸汽經(jīng)氫燃燒裝置6的出口與蒸汽透平8的進(jìn)口相連通，高溫蒸汽在蒸汽透平8 中膨脹做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)9旋轉(zhuǎn)發(fā)電，發(fā)電機(jī)9與蒸汽透平8同軸連接，蒸汽透平8的出口與冷凝器10的進(jìn)口相連接，蒸汽在冷凝器10中被冷凝形成水，水被收集后可進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)繼續(xù)使用或用作其他用途；

17.所述鋁燃料電解再生子系統(tǒng)包括運(yùn)輸裝置11和氧化鋁電解裝置12；鋁與水燃燒反應(yīng)生成的固體al2o3經(jīng)運(yùn)輸裝置11運(yùn)送到工業(yè)電解鋁工廠，固體al2o3與氧化鋁電解裝置12的氧化鋁物料進(jìn)口相連接，氧化鋁電解裝置12的另一個(gè)物料進(jìn)口與助熔劑冰晶石輸送管路相連接，氧化鋁電解裝置12的電源與電網(wǎng)中富余的可再生能源電力供應(yīng)13相連接，氧化鋁在氧化鋁電解裝置12中發(fā)生電解反應(yīng)，在氧化鋁電解裝置12的陰極上又重新生成燃料鋁。

18.本實(shí)用新型一種燃用鋁的發(fā)電系統(tǒng)以氧化鋁為原料，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電過(guò)?；蚋挥鄷r(shí)，通過(guò)氧化鋁電解裝置12對(duì)熔融的氧化鋁進(jìn)行電解，將可再生能源電力通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成鋁燃料的化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)存。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電不足或世界上其他某地理位置需要電力供應(yīng)時(shí)，通過(guò)鋁燃燒發(fā)電子系統(tǒng)將鋁燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，對(duì)外實(shí)現(xiàn)供電；具體的將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的過(guò)程為：鋁燃料和水在鋁水燃燒裝置 2中發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為固體al2o3、高溫高壓的蒸汽和氫氣混合氣體，高溫高壓的混合氣體在混合工質(zhì)透平4中膨脹做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)5旋轉(zhuǎn)發(fā)電；此外，混合工質(zhì)中的氫氣在氫燃燒裝置6燃燒并放出熱量，產(chǎn)生的高溫蒸汽在蒸汽透平8中膨脹做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)9旋轉(zhuǎn)發(fā)電。鋁燃燒后的固體al2o3經(jīng)回收后再經(jīng)氧化鋁電解裝置12可重新獲得燃料鋁，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，整個(gè)過(guò)程中氧化鋁無(wú)消耗。

19.以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種燃用鋁的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：包括鋁燃燒發(fā)電子系統(tǒng)和鋁燃料電解再生子系統(tǒng)；所述鋁燃燒發(fā)電子系統(tǒng)包括制粉裝置(1)、鋁水燃燒裝置(2)、氣固分離裝置(3)、混合工質(zhì)透平(4)、第一發(fā)電機(jī)(5)、氫燃燒裝置(6)、空氣壓縮機(jī)(7)、蒸汽透平(8)、第二發(fā)電機(jī)(9)和冷凝器(10)；鋁燃料通過(guò)輸送管路與制粉裝置(1)的物料進(jìn)口相連接，制粉裝置(1)的出口與鋁水燃燒裝置(2)的燃料進(jìn)口相連接，鋁水燃燒裝置(2)的氧化劑進(jìn)口與氧化劑水輸送管路相連接，鋁水燃燒裝置(2)的出口與氣固分離裝置(3)的進(jìn)口相連通，完成氣固分離后，蒸汽和氫氣的混合氣體經(jīng)氣固分離裝置(3)的氣體出口與混合工質(zhì)透平(4)的進(jìn)口相連通，高溫高壓的混合氣體在混合工質(zhì)透平(4)中膨脹做功并帶動(dòng)第一發(fā)電機(jī)(5)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，第一發(fā)電機(jī)(5)與混合工質(zhì)透平(4)同軸連接，固體al2o3經(jīng)氣固分離裝置(3)的固體物料出口進(jìn)行收集；混合工質(zhì)透平(4)的工質(zhì)出口與氫燃燒裝置(6)的燃料進(jìn)口相連接，氫燃燒裝置(6)的空氣進(jìn)口與空氣壓縮機(jī)(7)的出口相連接，氫氣在氫燃燒裝置(6)燃燒并放出熱量，產(chǎn)生的高溫蒸汽經(jīng)氫燃燒裝置(6)的出口與蒸汽透平(8)的進(jìn)口相連通，高溫蒸汽在蒸汽透平(8)中膨脹做功并帶動(dòng)第二發(fā)電機(jī)(9)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，第二發(fā)電機(jī)(9)與蒸汽透平(8)同軸連接，蒸汽透平(8)的出口與冷凝器(10)的進(jìn)口相連接，蒸汽在冷凝器(10)中被冷凝形成水；所述鋁燃料電解再生子系統(tǒng)包括運(yùn)輸裝置(11)和氧化鋁電解裝置(12)；鋁與水燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的固體al2o3經(jīng)運(yùn)輸裝置(11)運(yùn)送到工業(yè)電解鋁工廠，固體al2o3與氧化鋁電解裝置(12)的氧化鋁物料進(jìn)口相連接，氧化鋁電解裝置(12)的另一個(gè)物料進(jìn)口與助熔劑冰晶石輸送管路相連接，氧化鋁電解裝置(12)的電源與電網(wǎng)中富余的可再生能源電力供應(yīng)(13)相連接，氧化鋁在氧化鋁電解裝置(12)中發(fā)生電解反應(yīng)，在氧化鋁電解裝置(12)的陰極上又重新生成燃料鋁。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃用鋁的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：所述混合工質(zhì)透平(4)的進(jìn)口工質(zhì)中蒸汽與氫氣的質(zhì)量比范圍為(20

?

45)：1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃用鋁的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：所述電網(wǎng)中富余的可再生能源電力供應(yīng)(13)是電網(wǎng)中難以被利用的由可再生能源發(fā)出的電。

技術(shù)總結(jié)

本實(shí)用新型公開了一種燃用鋁的發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括鋁燃燒發(fā)電子系統(tǒng)和鋁燃料電解再生子系統(tǒng)；本實(shí)用新型通過(guò)將基于鋁燃料儲(chǔ)能、鋁燃燒發(fā)電、氫燃燒發(fā)電和氧化鋁電解制鋁等進(jìn)行有效地耦合，具有儲(chǔ)能密度高、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn)永久儲(chǔ)存、燃料循環(huán)再生無(wú)消耗和便于開展全球能源貿(mào)易等優(yōu)點(diǎn)。全球能源貿(mào)易等優(yōu)點(diǎn)。全球能源貿(mào)易等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：白文剛 張旭偉 高煒 顧正萌 張?zhí)煊?李紅智 姚明宇

受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安熱工研究院有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.02.07

技術(shù)公布日：2021/10/23