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通过将铁-空气氧化还原Discover蓄电池集成至CSP-CaL系统实现混合电能与热能存储
经过储能技能发展可再生能源已有用处理了能量波动问题。但是，电网消纳才能缺少导致严峻的弃电现象。本研讨将固体氧化物铁-空气氧化复原电池（SOIARB）集成于钙循环（CaL）体系的聚光太阳能热发电（CSP）中，完成电热混合储能。在三种集成方案中，方案1（CaCO3流加热Fe流）展现出最高的往返功率（RTE）。当电流密度从100 A/m²2磁场强度升至2000安培/米2，电池的能效从91.99%下降至53.60%。能量剖析标明，当铁流量为15.01千克/秒且横截面积为74554.44平方米时，CSP-CaL-SOIARB体系功能到达最佳状态2整体体系与SOIARB子体系的RTE（往返功率）分别到达48.77%和61.01%。铁空气电池的集成使体系总供电才能提升31.37兆瓦，增幅达72.55%。火用剖析标明，整体体系的火用功率到达50.04%，在电热混合储能范畴展现出明显潜力。
导言
近年来，可再生能源的使用减少了二氧化碳排放，缓解了全球气候变化的压力[1]。但是，电网消纳才能缺少导致风能和太阳能的大规模弃用[2]。最新数据显现，欧洲国家（如意大利、丹麦和德国）的平均弃风率已接近4%[3]。因而，具有大容量、低本钱特性的储能技能对于保障电力供应稳定性、进步能源使用功率至关重要。
在很多储能技能中，电化学储能（ECES）被视为进步风能和太阳能使用功率的可行方案。具有大规模储能潜力的电池主要包括铅酸电池[4]、锂离子电池[5]、液流电池[6]、钠硫电池（Na-S）[7]以及金属空气电池[8]。详细而言，铅酸电池的能量密度较低，而锂离子电池的本钱较高，这使得它们不适合大规模储能使用[9]。液流电池和钠硫电池具有长循环寿数，但较高的本钱特性使其适合作为平衡负载与削峰的备用电源[10]。金属空气电池是一种新型化学电池，其负极与正极活性资料分别为金属和空气（氧气）。该电池以高能量密度、长使用寿数和环境友好性著称[11]。特别是依据Form Energy公司的评价，铁空气电池的本钱仅为锂离子电池的10%左右[12]。铁空气电池依据氧化复原电对分为两类：Fe/Fe3和Fe/FeO体系。前者在550℃下可完成约1150 Wh/kg·Fe的能量密度[13]，但其较低电流密度（<300 A/m4）[14]无法满足快速供电需求。后者在约800℃时能供给高电流密度（500-5000 A/m2）[15]，但对高温热源的持续需求约束了其大规模使用。值得重视的是，热化学储能（TCES）技能的高工作温度特性为这一窘境供给了潜在处理方案。2) [15] at around 800 °C, but the sustained demand for high-temperature heat sources limits its large-scale application. Fortunately, the high working temperature characteristic of thermochemical energy storage (TCES) technology offer a promising solution to this dilemma.
热化学储能（TCES）技能是一种根据可逆化学反应完成能量存储与释放的先进储能方法，具有储热时间长、能量密度高级特点[16]。将该技能使用于聚光太阳能发电（CSP）电站时，可满足Fe/FeO型电池对800℃接连热源的需求。在各类TCES体系中，碳酸钙循环（CaL）工艺中的CaCO3/CaO体系相较于SrCO3/SrO和BaCO体系展现出明显的本钱优势3 /BaO体系[17]。更重要的是，集成碳钙循环(CaL)进程的聚光太阳能发电(CSP)体系不仅处理了太阳热发电波动性问题[18]，还完成了39.5%的发电功率[19]。因而，将铁-空气电池集成到CSP-CaL体系中，在电热混合储能范畴展现出宽广的发展前景。
刘等人[21]研讨了一种将氨燃料SOFC集成于抛物面槽式集热器的新型体系。因为太阳能集热器降低了燃料耗费，该体系完成了50.52%的燃烧功率。但缺少ESS体系导致供电稳定性降低。混合储能体系是进步能源使用率并保持稳定供电的有用途径。冉等人[22]规划了一套与SOFC集成的太阳能驱动沼气发电体系。3该体系因增加熔盐储热设备可完成持续稳定供电，并到达43.29%的能效。吴等人[23]经过耦合蒸汽甲烷重整器与钙循环（CaL）生产合成气用于发电。将SOFC归入联合循环体系可完成60.56%的发电功率。但是上述体系的发电进程均伴随着COWenger等人[24]提出了一种根据锌空气电化学体系的新型发电设备。该设备可完成高达60%的太阳能至电能转化功率。Mirmoghtadaei等人[25]构建了一个混合体系，将铁空气电池与Fe/Fe氧化复原对集成到钙循环（CaL）进程中。整个体系与电池的往返功率（RTE）分别为74%和22%。虽然铁空气电池具有本钱低价和环境友好的优势，但其在聚光太阳能热发电厂中的使用受限于较低的功能体现。2虽然铁空气电池具有本钱低价和环境友好的优势，但其在聚光太阳能热发电厂中的使用受限于较低的功能体现。3O4 redox couples into the CaL process. The whole system and the battery exhibit round-trip efficiency (RTE) of 74 % and 22 %, respectively. Despite the advantages of low cost and environmental friendliness, the application of iron-air batteries in CSP plants is limited by their lower performance.
在本研讨中，一种根据Fe/FeO氧化复原对的新型固体氧化物铁-空气氧化复原电池（SOIARB）被引进CSP-CaL体系。该体系旨在完成太阳能驱动的高效电能与热能存储。首先，研讨了运转参数（铁使用率、空气使用率、温度和压力）对电池功能的影响；其次，剖析了SOIARB与CSP-CaL体系的三种集成方案；再次，经过能量剖析考察了最优集成方案的体系功能。最后，经过㶲剖析评价了体系中各组件的㶲功率。