Development of Fluidized Bed Heat Storage Unit with PCM particles that can rapidly store and release heart and Biomass Power Generation Systems

开发具有PCM颗粒的流化床蓄热装置，可快速存储和释放心脏和生物质发电系统

基本信息

批准号：
22K04815
负责人：
伏見千尋
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

1. 化学蓄熱粒子(CaO/Ca(OH)2/Alumina)を流動層に用いてバイオマス発電所に統合したモデルについて、発電サイクルがorganic Rankine cycle（ORC, タービン作動温度約90℃）の場合とsteam Rankine cycle（SRC, タービン作動温度約420℃）の2つの場合において、熱効率と経済性を試算した。その結果、充電での電気代が0.05 USドル/kWheであれば、化学蓄熱システムのみの蓄電のlevelized cost of storage (LCOS)は0.92～2.4 USドル/kWhe (ORCの場合）、 0.23-0.78 USドル/kWheと試算できた。また、充電での電気代がLCOSに占める割合が半分を超えることも明らかにした。システム全体の熱効率については、反応ガス・流動化ガスに用いる水蒸気の顕熱と潜熱の回収と、タービンの発電効率に大きく依存することが明らかとなった。2.SRCにおいて、類似の系としてsteam accumulatorを蓄熱設備としてバイオマス発電所に統合したシステムのLCOSも試算した。3. ORCについて類似の系として地熱発電に流動層蓄熱部を統合したシステムを構築して、蓄熱発電の経済性を試算した。4.流動層反応器を用いて、モデル粒子としてMgO粒子の水和反応を行った。MgO粒子(粒径350～500 μm)に流動化ガスである窒素と反応物である水蒸気を導入した際の粒子層の温度変化を測定した。粒子層初期温度・入口ガス温度を下げ水蒸気分圧を上げることにより反応率が上昇することを示した。5. 乾式前駆体作製法と酸化熱処理を組み合わせることで、蓄熱密度が500 kJ/L、融点190℃程度、過冷度ほぼゼロのZn-Sn系MEPCMの開発を達成した。

1. 对于在流化床中使用化学蓄热颗粒（CaO/Ca(OH)2/氧化铝）并集成到生物质发电厂的模型，发电循环是有机朗肯循环（ORC，涡轮运行）温度约90℃），并在两种蒸汽朗肯循环（SRC，汽轮机运行温度约420℃）情况下估算了热效率和经济效率。因此，如果充电电费为0.05美元/kWhe，仅使用化学热存储的储能的平准化成本（LCOS）为0.92-2.4美元/kWhe（对于ORC），0.23-0.78美元能够将其估算为美元/千瓦时。另据透露，充电电费占LCOS的一半以上。很明显，整个系统的热效率高度依赖于从用于反应气体和流化气体的蒸汽中回收显热和潜热，以及涡轮机的发电效率。 2.在SRC，我们还计算了类似系统的LCOS，该系统将蒸汽蓄热器集成到生物质发电厂作为蓄热设施。 3.作为与ORC类似的系统，我们构建了一个将地热发电与流化床蓄热部分集成的系统，并估算了蓄热发电的经济效益。 4.使用流化床反应器进行作为模型颗粒的MgO颗粒的水合反应。我们测量了当将氮气（流化气体）和水蒸气（反应物）引入到 MgO 颗粒（粒径 350 至 500 μm）中时颗粒层的温度变化。结果表明，降低颗粒床初始温度和入口气体温度以及提高水蒸气分压可提高反应速率。 5. 通过将干法前驱体制备方法与氧化热处理相结合，我们实现了蓄热密度为500 kJ/L、熔点约为190℃、过冷度几乎为零的Zn-Sn基MEPCM。