CN111156060A - 复合式环保火力产电储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合式环保火力产电储能系统，其包含一锅炉装置与一发电模组连接在一蒸气导流管的二端，以及该锅炉装置与该发电模组连接在一蓄热管的二端，且该锅炉装置使用改性甲醇燃料。复数热电转换模组安装在该蓄热管的表面。一储能装置电性连接该热电转换模组及/或该发电模组。藉此达到提高发电效益及减少空污产生的功效。

Description

复合式环保火力产电储能系统

技术领域

本发明关于一种产电及储能的技术领域，特别是锅炉藉燃烧甲醇燃料以产生高温蒸气并进行热发电的复合式环保火力产电储能系统。

背景技术

由于石化能源的日趋短少，各方皆积极寻找替代方案。其中绿能发电一直是替代方案中的首选，然而不论是太阳能发电还还是风力发电，其皆有发电量不稳定及发电效益不佳的缺点。

气涡轮机被常规地使用于发电系统以及方法中。其从燃烧气体流中取得能量，该燃烧气体被引导穿过存在于该涡轮机中的叶片，以旋转涡轮轴。能量可藉由发电机而从该旋转轴取得，以提供为电力形式的动力。然而气涡轮机组件典型地需由高性能材料形成，因此气涡轮机常为发电设备的高成本组件。

利用高温蒸气也是常将见的发电手段。其主要藉由加热锅炉来产生高温蒸气，并將高温蒸气导向预定的发电机组。然而此种方式会有大量的热能在传导过程中散失，故发电效益未能达到最佳化。此外加热锅炉所需要的燃料多为石化燃料或煤，因此除了成本较高及数量日渐减少的考量外，还会有产生空污的缺点。

发明内容

本发明提供一种复合式环保火力产电储能系统，其具有能夠以适当的绿油为燃料以产生高温蒸气以进行热发电，再配合适当的蓄热手段及热电转换手段进行热电转换发电，藉此达到提高发电效益及减少空污产生的功效，据此解决先前技术的缺点。

为达上述的目的与功效，本发明提供的复合式产电储能系统包含一锅炉装置、一蒸气导流管、一发电模组、一蓄热管、复数热电转换模组及一储能装置的组合。

所述锅炉装置包含一炉本体，以及一燃烧器结合所述炉本体，所述燃烧器使用甲醇燃料提供热能，致使所述炉本体提供高温蒸气；所述蒸气导流管具有一第一端及第二端，其中所述第一端连接所述锅炉装置；所述发电模组连接所述蒸气导流管的所述第二端，致使所述锅炉装置所输出的高温蒸气进入所述发电模组进行发电；所述蓄热管具有一第一入口端及一第二入口端，其中所述第一入口端连接所述锅炉装置，所述第二入口端连接所述发电模组，致使所述锅炉装置所输出的高温蒸气及所述发电模组发电后的剩余高温蒸气流向所述蓄热管内；各所述热电转换模组安装在所述蓄热管的表面，藉由吸收所述蓄热管表面所传导出的热量进行电热转换；所述储能装置电性连接各所述热电转换模组，用以储存各所述热电转换模组所产生的电能。

作为上述技术方案的优选，较佳的，所述蓄热管为连续弯曲结构，且所述蓄热管表面具有复数贴置面，所述贴置面为平面构造用以供超热传导介面安装/涂覆，以及供所述热电转换模组安装定位。

作为上述技术方案的优选，较佳的，所述储能装置电性连接所述发电模组，用以储存所述发电模组所产生的电能。

作为上述技术方案的优选，较佳的，更包含一第一排气管，所述第一排气管的一端连接所述蓄热管且连通所述发电模组。

作为上述技术方案的优选，较佳的，更包含一冷暖机组，所述冷暖机组具有一导管，且所述导管连接所述第一排气管，致使所述第一排气管中的部份高温蒸气被导入所述冷暖机组。

作为上述技术方案的优选，较佳的，更包含一第二排气管，所述第二排气管的一端连接所述蓄热管，另一端为开放口用以排放蒸气。

作为上述技术方案的优选，较佳的，所述第二排气管为连续弯曲结构，且所述第二排气管的表面具有复数贴置面，所述贴置面为平面构造用以供所述热电转换模组安装定位。

作为上述技术方案的优选，较佳的，所述甲醇燃料的组成包含：甲醇占比95-99％；助溶剂包含异丁醇，其占比0.1-0.5％；稳定剂占比0.05-0.15％；净化剂占比0.05-0.15％；润滑剂占比0.08-0.22％；增溶剂占比0.08-0.22％；防锈腐缓制剂占比为0.05-0.15％。

作为上述技术方案的优选，较佳的，所述储能装置为一石墨烯电池，其包括一正极、一负极、一隔膜配置在所述正极与所述负极间，以及一电池壳体用以容置所述正极、所述负极及所述隔膜的组合，其中所述正极由一正极活性材料、一黏着剂、一导电剂和一正极集流体组成，所述正极活性材料选自铝包覆镍钴锰酸锂或锂包覆镍钴铝的其中一项，混合锰酸锂或烯矽包覆锰酸锂的其中一项，或采用石墨碳材与金属氧化物制成的复合材料；所述黏着剂采用聚偏氟乙烯；所述导电剂采用导电碳黑、紫铜粉、石墨烯、纳米碳管、导电石墨及纳米碳纤维的至少二种；所述正极集流体采用包覆矽三维石墨烯及苯环碳氢氯的铝箔；所述负极由负极材料，导电剂、增稠剂、黏着剂和负极集流体组成，所述负极材料为石墨碳材，或石墨碳材与金属氧化物所制成的复合材料；所述负极集流体采用包覆矽三维石墨烯及苯环碳氢氯的铜箔的结构。

作为上述技术方案的优选，较佳的，更包含一电池管理系统用以电性连接所述储能装置及所述热电转换模组。

本发明提供一种复合式环保火力产电储能系统，其包含一锅炉装置与一发电模组连接在一蒸气导流管的二端，以及该锅炉装置与该发电模组连接在一蓄热管的二端，且该锅炉装置使用改性甲醇燃料。复数热电转换模组安装在该蓄热管的表面。一储能装置电性连接该热电转换模组及/或该发电模组。藉此达到提高发电效益及减少空污产生的功效。以下即依本发明的目的与功效，通过举出较佳实施例并配合附图，详细说明本发明实施例的结构与组态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明发电系统的配置示意图。

图2为本发明蓄热管与热电转换模组的配置示意图。

图3为本发明蓄热管与热电转换模组的组合状态示意图。

图4本发明热电转换模组与发电模组电性连接储能装置的示意图。

图5本发明蓄热管与第二排气管的配置示意图。

图6为本发明储能装置的结构示意图。

其中，10-锅炉装置；12-炉本体；14-燃烧器；20-蒸气导流管；22-第一端；24-第二端；30-发电模组；40-蓄热管；42-第一入口端；44-第二入口端；46-贴置面；47-超热传导介质；50-热电转换模组；60-储能装置；62-电池管理系统；70-第一排气管；72-冷暖机组；74-导管；80-第二排气管；82-开口；84-贴置面；90-正极；900-正极活性材料；902-正极集流体；92-负极；920-负极材料；922-负极集流体；94-隔膜；96-电池壳体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例所提供的产电系统包含一锅炉装置10、一蒸气导流管20、一发电模组30及一蓄热管40。其中该锅炉装置10为包含一炉本体12，以及一燃烧器14结合该炉本体12。其中该燃烧器14使用预定的甲醇燃料提供热能，致使该炉本体12能夠提供高温蒸气。该蒸气导流管20为具有一第一端22及第二端24。该蒸气导流管20的该第一端22用以连接该锅炉装置10的该炉本体12。

该发电模组30可以是一温差动力发电机模组。该发电模组30连接该蒸气导流管20的该第二端24，如此一来，该锅炉装置10所输出的高温蒸气可经过该蒸气导流管20进入该发电模组30以进行发电。

该蓄热管40为具有一第一入口端42及一第二入口端44。该第一入口端42为用以连接该锅炉装置10的该炉本体12；该第二入口端44用以连接该发电模组30。如此该锅炉装置10所输出的部分高温蒸气及该发电模组30发电后的剩余高温蒸气，皆可以流向该蓄热管40内。

如图2图3所示，本实施例所提供的该蓄热管40为为连续弯曲结构，且该蓄热管40的表面具有复数贴置面46，且该贴置面46为平面构造，藉此有助于在该表面安装或涂覆超热传导介质47(详见图3)，例如石墨烯材料。本实施例还包含复数热电转换模组50。各该热电转换模组50安装及定位在该蓄热管40表面的该贴置面46。如此，各该热电转换模组50可藉由吸收该蓄热管40表面所传导出的热量进行电热转换。

如图4所示，本实施例还包含一储能装置60电性连接各该热电转换模组50及/或该发电模组30，如此该储能装置60能夠用以储存各该热电转换模组40及/或该发电模组30所产生的电能。进一步，为使电能的收集行为更为确实及管理，在该热电转换模组50与该储能装置60间可配置且电性连接一或多个电池管理系统(BMS)62；同理，也可以在该发电模组30与该储能装置60间配置且电性连接一或多个电池管理系统(BMS)62。

根据上述内容，本实施例以该发电模组30及各该热电转换模组50利用锅炉装置10所提供的高温蒸气及管路表面的高温状态，进行复合式的发电模式，使锅炉装置10所提供热能夠充分地或大幅度地被应用于发电行为。特别是，该蓄热管40二端分别连接该炉本体10及该发电模组30，致使热能被刻意的留置在预定的管路内部，加上该蓄热管40采用连续弯曲结构，不但能夠提高该蓄热管40内的高温蒸气的留置量，还能夠降低管内高温蒸气的流动速率，因此各该热电转换模组50吸收高温热能的时间可以被增长，进而提高热电转换效益，达到空间(弯曲结构)换取时间，时间换取热能大幅提高发电效益的功效。由于该蓄热装管40装置的结构特性，使热对流及热传导的效果增益，其中热传量可增益25～30％，热电转换模组50的发电效益可增益20％～25％。

再如图1所示，本实例包含一第一排气管70。该第一排气管70的一端连接该蓄热管40且连通该发电模组30。更进一步，一冷暖机组72具有一导管74，且该导管74连接该第一排气管70。如此该第一排气管70中的部份高温蒸气可被导入该冷暖机组72，据以使得该冷暖机组72提供制冷或制暖。

如图1图5所示，本实例还包含一第二排气管80。该第二排气管80的一端连接该蓄热管40，另一端为开放口82用以排放蒸气。值注意的是，该第二排气管80可为连续弯曲结构，且该第二排气管80的表面具有平面构造的复数贴置面84，且该热电转换模组50能夠安装及定位在该贴置面84。如此一来，可以更提高本实施例的发电量。

上述的该甲醇燃料是指一种完全不含汽油的燃料，其组成包含甲醇占比95-99％；助溶剂为包含异丁醇，其占比0.1-0.5％；稳定剂占比0.05-0.15％；净化剂占比0.05-0.15％；润滑剂占比0.08-0.22％；增溶剂占比0.08-0.22％；防锈腐缓制剂占比为0.05-0.15％。

更具体而言，一种可实施的改性甲醇燃料的成分组成为甲醇占比95-99％；助溶剂包含异丁醇，其占比0.1-0.5％；稳定剂为乙炔基甲醇，其占比0.05-0.15％；净化剂为三羟基三乙胺，其占比0.05-0.15％；润滑剂包含油酸，其占比0.08-0.22％；增溶剂包含聚山梨醇脂80，其占比0.08-0.22％；防锈腐缓制剂包含甲基苯丙三氮唑，其占比为0.05-0.15％。

另一可行实施例为甲醇占比95-99％；助溶剂包含异丁醇，其占比0.1-0.5％；稳定剂为乙炔基甲醇，其占比0.05-0.15％；净化剂为三羟基三乙胺，其占比0.05-0.15％；润滑剂包含油酸，其占比0.08-0.22％；增溶剂包含聚山梨醇脂80，其占比0.08-0.22％；防锈腐缓制剂包含甲基苯丙三氮唑，其占比为0.05-0.15％；动力增进剂，其占比为0.4-0.6％。

该动力增进剂包含水、硝酸钾及杂醇油，其中水占在动力增进剂中的质量占比为30-50％。是以水在总体的占比可以小于1％。其次水与甲醇混合反应后可以具备动力增进的效果。

该改性甲醇燃料在预定的质量占比内，还可以包含乙醇、丙醇或丁醇；进一步，乙醇、丙醇或丁醇的各别质量或加总的和小于甲醇质量。

本实施例还包含防冻增溶剂占比为0.06-0.10％。该防冻增溶剂可以是丙三醇。

本实施的该助溶剂在预定的质量占比内，还可以包含异丙醚、2-甲基丙醇或四氢呋喃。

本实施例的该润滑剂在预定的质量占比内，还可以包含二硫代氨基甲酸钼或油酸铜。

根据以上的组成，本发明提供另一改性甲醇燃料为甲醇占比98.5％；助溶剂为异丁醇，其占比0.3％；稳定剂为乙炔基甲醇，其占比0.1％；净化剂为三羟基三乙胺，其占比0.1％；润滑剂为油酸，其占比0.18％；增溶剂为聚山梨醇脂80，其占比0.18％；防锈腐缓制剂为甲基苯并三氮唑，其占比为0.1％；动力增进剂，其占比为0.47％。其余依实际需求选择添加防冻剂增溶剂、助燃剂、增氧剂、沸点调整剂、热值增强剂、清净剂、调味剂或闪点调节剂的其中之一或复数成分。

该助燃剂可选自乙醇、丙酮或醚类的其中之一或组合。该助燃剂用以辅助及提升该甲醇汽油的燃烧效率。

该增氧剂可选自高锰酸钾、过氧化氢、硝酸钾的其中之一或组合。该增氧剂用以辅助及提升该甲醇汽油的燃烧效率。

该沸点调整剂可选自丙酮、乙醚、二甲醚、石油醚或丁烷的其中之一或组合。液体的沸点至关重要，一般在65度C左右。然而甲醇汽油加了水和其他助剂后，沸点便会有变化而需加以调整。本发明可藉由上述的该沸点调整剂适当的调整该甲醇汽油的沸点，该甲醇汽油能顺利汽化及获得应用。

该热值增强剂可选自杂醇、石油醚或酮类的其中之一或组合。主燃剂(甲醇)与助燃剂有时不会提高热值，此种情形会让使用过程产生麻烦，所以必须增加热值以提高使用效率。

该清净剂可选自正丙醇、异丙醇、柠檬烯、环已环的其中之一或组合。该调味剂可选自樟脑油、丁酸乙酯、薰衣草油或其他可燃性香料的其中之一或组合。甲醇汽油调制后，有时会产生异味，藉由清净剂及调剂可以到调整气味及助燃的效果。

该闪点调节剂可选自石油醚、乙醚、二甲醚或丙酮的其中之一或组合。藉由该闪点调节剂可提高甲醇汽油的蒸发量，从而增加容器内的压力，并使闪点降低易于点燃及易于供料进行燃烧。

上述的该防冻剂增溶剂、助燃剂、增氧剂、沸点调整剂、热值增强剂、清净剂、调味剂或闪点调节剂的其中之一或复数成分可被称为添加性助剂，且该添加性助剂可依实际需求适度添加。

如图6所示，本实施例所指示的该储能装置60为具有电容特性的石墨烯电池，其包括一正极90、一负极92、一隔膜94配置在该正极90与该负极92间，以及一电池壳体96用以容置该正极90、该负极92及该隔膜94的组合。特别是，该正极90由一正极活性材料900、一黏着剂、一导电剂和一正极集流体902组成；其中该正极活性材料900选自铝包覆镍钴锰酸锂或锂包覆镍钴铝的其中一项，混合锰酸锂或烯矽包覆锰酸锂的其中一项，或采用石墨碳材与金属氧化物制成的复合材料；该黏着剂采用聚偏氟乙烯；该导电剂采用导电碳黑、紫铜粉、石墨烯、纳米碳管、导电石墨及纳米碳纤维的至少两种；该正极集流体902采用包覆矽三维石墨烯及苯环碳氢氯的铝箔；该负极92由负极材料920，导电剂、增稠剂、黏着剂和负极集流体922组成，其中：该负极材料920为石墨碳材，或石墨碳材与金属氧化物所制成的复合材料；该负极集流体922采用包覆矽三维石墨烯及苯环碳氢氯的铜箔的结构。

以该甲醇燃料应用于该锅炉装置10且以燃烧量3.84T/hr的燃烧率进行烧燃，可测得热值为8920/9300(Kcal/Kg)、该蒸气导管20的蒸气流量为100T/hr、蒸气热量5.39×10⁷Kcal/hr；该发电模组30为一个7500Kw温差动力发电机组模组、该热电转换模组50为2500Kw超热导温差发电模组，其发电结果可获得10Mw/hr的发电量。

上述各实施例所提供仅为例示性说明本发明的技术及其功效，而非用于限制本发明。任何熟于此项技术人士均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，对上述实施例进行修改及变化。

Claims (10)

1.一种复合式环保火力产电储能系统，其特征在于，其包含：

一锅炉装置，其包含一炉本体，以及一燃烧器结合所述炉本体，所述燃烧器使用甲醇燃料提供热能，致使所述炉本体提供高温蒸气；

一蒸气导流管，具有一第一端及第二端，其中所述第一端连接所述锅炉装置；

一发电模组，连接所述蒸气导流管的所述第二端，致使所述锅炉装置所输出的高温蒸气进入所述发电模组进行发电；

一蓄热管，具有一第一入口端及一第二入口端，其中所述第一入口端连接所述锅炉装置，所述第二入口端连接所述发电模组，致使所述锅炉装置所输出的高温蒸气及所述发电模组发电后的剩余高温蒸气流向所述蓄热管内；

复数热电转换模组，安装在所述蓄热管的表面，藉由吸收所述蓄热管表面所传导出的热量进行电热转换；

一储能装置，电性连接各所述热电转换模组，用以储存各所述热电转换模组所产生的电能。

2.根据权利要求1所述的复合式环保火力产电储能系统，其特征在于，所述蓄热管为连续弯曲结构，且所述蓄热管表面具有复数贴置面，所述贴置面为平面构造用以供超热传导介面安装/涂覆，以及供所述热电转换模组安装定位。

3.根据权利要求1所述的复合式环保火力产电储能系统，其特征在于，所述储能装置电性连接所述发电模组，用以储存所述发电模组所产生的电能。

4.根据权利要求1所述的复合式环保火力产电储能系统，其特征在于，更包含一第一排气管，所述第一排气管的一端连接所述蓄热管且连通所述发电模组。

5.根据权利要求4所述的复合式环保火力产电储能系统，其特征在于，更包含一冷暖机组，所述冷暖机组具有一导管，且所述导管连接所述第一排气管，致使所述第一排气管中的部份高温蒸气被导入所述冷暖机组。

6.根据权利要求1所述的复合式环保火力产电储能系统，其特征在于，更包含一第二排气管，所述第二排气管的一端连接所述蓄热管，另一端为开放口用以排放蒸气。

7.根据权利要求6所述的复合式环保火力产电储能系统，其特征在于，所述第二排气管为连续弯曲结构，且所述第二排气管的表面具有复数贴置面，所述贴置面为平面构造用以供所述热电转换模组安装定位。

8.根据权利要求1所述的复合式环保火力产电储能系统，其特征在于，所述甲醇燃料的组成包含：甲醇占比95-99％；助溶剂包含异丁醇，其占比0.1-0.5％；稳定剂占比0.05-0.15％；净化剂占比0.05-0.15％；润滑剂占比0.08-0.22％；增溶剂占比0.08-0.22％；防锈腐缓制剂占比为0.05-0.15％。

9.根据权利要求1所述的复合式环保火力产电储能系统，其特征在于，所述储能装置为一石墨烯电池，其包括一正极、一负极、一隔膜配置在所述正极与所述负极间，以及一电池壳体用以容置所述正极、所述负极及所述隔膜的组合，其中所述正极由一正极活性材料、一黏着剂、一导电剂和一正极集流体组成，所述正极活性材料选自铝包覆镍钴锰酸锂或锂包覆镍钴铝的其中一项，混合锰酸锂或烯矽包覆锰酸锂的其中一项，或采用石墨碳材与金属氧化物制成的复合材料；所述黏着剂采用聚偏氟乙烯；所述导电剂采用导电碳黑、紫铜粉、石墨烯、纳米碳管、导电石墨及纳米碳纤维的至少二种；所述正极集流体采用包覆矽三维石墨烯及苯环碳氢氯的铝箔；所述负极由负极材料，导电剂、增稠剂、黏着剂和负极集流体组成，所述负极材料为石墨碳材，或石墨碳材与金属氧化物所制成的复合材料；所述负极集流体采用包覆矽三维石墨烯及苯环碳氢氯的铜箔的结构。

10.根据权利要求1所述的复合式环保火力产电储能系统，其特征在于，更包含一电池管理系统用以电性连接所述储能装置及所述热电转换模组。

Images