專利名稱：一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于單質(zhì)硅的可再生能源儲能循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
可再生能源泛指多種取之不竭的可長期持續(xù)利用的能源，包括太陽能、風(fēng)能、水能、潮汐能、地?zé)崮芎蜕锬艿?，可再生能源可以通過直接或間接的方式轉(zhuǎn)化為電能，從而供人類使用。其中水力發(fā)電是大家最為熟悉的可再生能源發(fā)電方式，而太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電近年來隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求而大力發(fā)展起來，可再生能源發(fā)電在未來電力格局中的地位將日益加重。氫能作為一種極為優(yōu)越的二次能源，其主要優(yōu)點(diǎn)有燃燒熱值高，每千克氫燃燒后的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3. 9倍，焦炭的4. 5倍。燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最干凈的能源。資源豐富，氫氣可以由水制取，而水是地球上最為豐富的資源，演義了自然物質(zhì)循環(huán)利用、持續(xù)發(fā)展的經(jīng)典過程。同時(shí)，氫能作為“含能體能源”，具有汽油、柴油一樣的直接存儲、運(yùn)輸、使用的特性，而克服了電能等“過程性能源”無法大量直接存儲的缺陷。燃料電池是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置?？朔藲錃庵苯尤紵苿?dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的熱損失和卡諾循環(huán)限制，具有能量轉(zhuǎn)換率高、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)。目前國內(nèi)外已經(jīng)有可再生能源與蓄電池或與氫能燃料電池綜合利用的報(bào)道，但尚未有將可再生能源發(fā)電-還原二氧化硅-硅粉體組成物-制取氫氣-燃料電池發(fā)電作為可再生能源一體化綜合利用的報(bào)道，尤其是針對獨(dú)立單元(如基站、艦船、應(yīng)急等)應(yīng)用的面向商業(yè)化所需要的可再生能源綜合利用裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于單質(zhì)硅的可再生能源儲能循環(huán)系統(tǒng)， 也就是利用可再生能源發(fā)電將二氧化硅還原成單質(zhì)硅，通過單質(zhì)硅將可再生能源儲存、運(yùn)輸，在通過硅跟堿反應(yīng)制取氫氣，氫氣通過燃料電池將氫能轉(zhuǎn)化為電能，加以綜合利用。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于可再生能源通過相應(yīng)的發(fā)電裝置轉(zhuǎn)化為電能，利用電能通過木炭、木屑做還原劑將二氧化硅還原成單質(zhì)硅，再將單質(zhì)硅制成硅粉體組成物，從而將可再生能源通過硅粉體組成物進(jìn)行儲藏、運(yùn)輸，再通過硅粉體組成物與水接觸平穩(wěn)產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣通過燃料電池將氫能轉(zhuǎn)化為電能，加以利用。所述二氧化硅還原成單質(zhì)硅的方法采用電弧爐還原法。所述硅粉體組成物由硅粉末、含有可在水中溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的化合物質(zhì)以及堿性物質(zhì)混合后，吸附水預(yù)先同硅粉末反應(yīng)完成后而成。所述硅粉末通過木炭、木屑做還原劑將二氧化硅還原成單質(zhì)硅，單質(zhì)硅的平均粒徑在0. 05至100 μ m之間，單質(zhì)硅含量為50%至99. 9999%之間。
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所述含有可在水中形成溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的化合物質(zhì)可為堿土金屬或稀土金屬的氫氧化物、氧化物、硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、醋酸鹽、碳酸鹽和鋁酸鹽，并可從中至少選擇出一種以上的物質(zhì)。所述堿性物質(zhì)為堿性金屬氫氧化物、氫氧化銨、有機(jī)胺、氫氧化季銨，并可從中至少選擇出一種以上的物質(zhì)。所述含有可在水中形成溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的物質(zhì)可為氫氧化鈣。所述堿性物質(zhì)為氫氧化鈉。所述含有可在水中形成溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的化合物質(zhì)同硅粉末重量之比為100/100至1/100。所述堿性物質(zhì)同硅粉末重量之比為100/100至1/100。采用來自可再生能源發(fā)生的電能，通過木炭、木屑等還原劑轉(zhuǎn)換二氧化硅成單質(zhì)硅，所得到的單質(zhì)硅同氫氧化鈉和氫氧化鈣混合生成氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物，在與水接觸發(fā)生氫氣，所生成的氫氣通過燃料電池轉(zhuǎn)換成電能，且氫氣發(fā)生時(shí)生成的含鈉和鈣的氫氧化硅水合物經(jīng)鹽酸中和，析出的氧化硅同氯化鈉、氯化鈣水溶液分離，以及氯化鈉和氯化鈣水溶液經(jīng)電解同時(shí)分離成氫氧化鈉、氫氧化鈣和氯氣、氫氣，還有使得氯氣同氫氣反應(yīng)生成鹽酸，參加反應(yīng)的物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，不排放來自化石燃料的二氧化碳?？稍偕茉崔D(zhuǎn)換成電能的方法已有多種。例如，利用儲存在水庫中的從海水蒸發(fā)來的降雨水所形成的水的落差進(jìn)行水力發(fā)電，利用太陽能電池的直接發(fā)電，將植物等作為燃料進(jìn)行轉(zhuǎn)換的熱力發(fā)電等。這些電能都可利用在將二氧化硅轉(zhuǎn)換為單質(zhì)硅時(shí)使用，但考慮到全球規(guī)模的能源系統(tǒng)時(shí)水力發(fā)電最適宜。本發(fā)明具有的有益效果是1.本發(fā)明涉及的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，模塊化設(shè)計(jì)，可同時(shí)滿足微型化和規(guī)模化大生產(chǎn)要求。2.目前太陽能風(fēng)能等可再生能源通過鉛蓄電池儲能，儲能密度低，占地面積大，維護(hù)成本高，存在環(huán)境污染問題，而采用本發(fā)明的儲能循環(huán)系統(tǒng)，清潔環(huán)保，穩(wěn)定高效運(yùn)行。3.本發(fā)明不需要涉及儲氫的過程，并且使用時(shí)可以平穩(wěn)的產(chǎn)生氫氣，更便于汽車、 產(chǎn)業(yè)機(jī)械、日常生活的電氣機(jī)器等利用。4.由硅粉末、氫氧化鈉、氫氧化鈣構(gòu)成的氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物，在氫氣發(fā)生的同時(shí)還生成含有鈉、鈣等氧化硅水合物的泥漿物。將其用鹽酸等酸性物質(zhì)中和，析出的氧化硅水合物可同氯化鈉、氯化鈣等無機(jī)鹽水溶液分離，并且中和使用的酸性物質(zhì)沒有特別限制。電解氯化鈉、氯化鈣等水溶液后則分解成氫氧化鈉、氫氧化鈣和氯氣和氫氣。氫氧化鈉、氫氧化鈣可用于氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物的制造。而且，氫氣在氯氣中燃燒后變成鹽酸，其可用于含有鈉、鈣等氧化硅水合物的泥漿物的中和上，形成對能源的儲藏、運(yùn)輸和可循環(huán)系統(tǒng)。


圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的示意圖； 圖2為本發(fā)明第二種實(shí)施例的示意圖；圖3為本發(fā)明第三種實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，可再生能源通過相應(yīng)的發(fā)電裝置轉(zhuǎn)化為電能，利用電能通過木炭、木屑做還原劑將二氧化硅還原成單質(zhì)硅，再將單質(zhì)硅制成硅粉體組成物，從而將可再生能源通過硅粉體組成物進(jìn)行儲藏、運(yùn)輸，再通過硅粉體組成物與水接觸平穩(wěn)產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣通過燃料電池將氫能轉(zhuǎn)化為電能，加以利用。硅粉體組成物由硅粉末、含有可在水中溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的化合物質(zhì)以及堿性物質(zhì)混合后，吸附水預(yù)先同硅粉末反應(yīng)完成后而成。單質(zhì)硅形態(tài)為粉末，單質(zhì)硅也可以預(yù)先進(jìn)行粉碎，也可以同含有可在水中形成溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的化合物質(zhì)以及堿性物質(zhì)一起混合粉碎。粉碎后的硅粉末的粒徑最好在0. 05至100 μ m 范圍內(nèi)。硅粉末純度最好大于50 %，則有利于氫氣的生成量，大于99. 9999 %的則因制造成本會(huì)增大，所以不是最好的選擇。含有可在水中形成溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的化合物質(zhì)可為堿土金屬或稀土金屬的氫氧化物、氧化物、硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、醋酸鹽、碳酸鹽和鋁酸鹽，并可從中至少選擇出一種物質(zhì)。含有可在水中形成溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的化合物質(zhì)同硅粉末重量之比為100/100至1/100。堿性物質(zhì)可選擇堿性金屬的氫氧化物、氫氧化銨、有機(jī)胺、氫氧化季胺?？紤]到價(jià)格和循環(huán)利用方面。堿性物質(zhì)的添加量最好是堿性物質(zhì)同含硅粉末的重量之比為100/100 至1/100的范圍。實(shí)施例1如圖1所示，利用山地的水力發(fā)電的電力將石英用木炭、木屑、煤炭、焦煤等還原劑還原得到單質(zhì)硅。含有硅粉末和氫氧化鈣等可在水中形成溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的物質(zhì)和氫氧化鈉等堿性物質(zhì)混合可形成氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物。氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物運(yùn)輸?shù)叫枰茉吹牡攸c(diǎn)，在裝有混合裝置的容器內(nèi)，將上述氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物同水接觸來發(fā)生氫氣，并供燃料電池發(fā)電使用。所產(chǎn)生的電能可供汽車、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、日常生活的電氣機(jī)器等利用。排出含有鈉、鈣等氧化硅水合物用鹽酸等酸性物質(zhì)中和，將氧化硅水合物同氯化鈉、氯化鈣等無機(jī)鹽水溶液分離。所得的氧化硅水合物理論上可用于山地水力發(fā)電將石英用木炭、木屑等還原返回成單質(zhì)硅，但從地球上氧化硅的數(shù)量來考慮，直接判明沒有必要一定要這樣做。而且，使用鹽酸時(shí)排出的氯化鈉、氯化鈣的水溶液理論上也可電解分解成氫氧化鈉、氫氧化鈣和氯氣與氫氣，氯氣中燃燒氫氣后可得鹽酸。這樣制造的氫氧化鈉、氫氧化鈣可用于單質(zhì)硅制取氫氣的反應(yīng)，鹽酸可用于含有鈉、 鈣等氧化硅水合物的中和，但從地球上海水量和碳酸鈣的數(shù)量考慮，則認(rèn)為沒有必要一定要這樣進(jìn)行。實(shí)施例2如圖1所示，用太陽能發(fā)電的電力將石英用木炭、木屑、煤炭、焦煤等還原劑還原得到單質(zhì)硅。含有硅粉末和氫氧化鈣等可在水中形成溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的物質(zhì)和氫氧化鈉等堿性物質(zhì)混合可形成氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物。氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物運(yùn)輸?shù)叫枰茉吹牡攸c(diǎn)，在裝有混合裝置的容器內(nèi)，將上述氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物同水接觸來發(fā)生氫氣，并供燃料電池發(fā)電使用。所產(chǎn)生的電能可供汽車、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、日常生活的電氣機(jī)器等利用。排出含有鈉、鈣等氧化硅水合物用鹽酸等酸性物質(zhì)中和，將氧化硅水合物同氯化鈉、氯化鈣等無機(jī)鹽水溶液分離。所得的氧化硅水合物理論上可用于太陽能發(fā)電將石英用木炭、木屑等還原返回成單質(zhì)硅，但從地球上氧化硅的數(shù)量來考慮，直接判明沒有必要一定要這樣做。而且，使用鹽酸時(shí)排出的氯化鈉、氯化鈣的水溶液理論上也可電解分解成氫氧化鈉、氫氧化鈣和氯氣與氫氣，氯氣中燃燒氫氣后可得鹽酸。這樣制造的氫氧化鈉、氫氧化鈣可用于單質(zhì)硅制取氫氣的反應(yīng)，鹽酸可用于含有鈉、鈣等氧化硅水合物的中和，但從地球上海水量和碳酸鈣的數(shù)量考慮，則認(rèn)為沒有必要一定要這樣進(jìn)行。實(shí)施例3如圖2所示，用單質(zhì)硅為移動(dòng)電子產(chǎn)品提供能源，用太陽能發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電的電力將石英用木炭、木屑、煤炭、焦煤等還原劑還原得到單質(zhì)硅。 含有硅粉末和氫氧化鈣等可在水中形成溶解度小于1 %的硅酸鹽的金屬元素的物質(zhì)和氫氧化鈉等堿性物質(zhì)混合形成氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物。將氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物與水分別裝進(jìn)裝有混合裝置的氫氣發(fā)生盒內(nèi)，將上述氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物同水接觸來發(fā)生氫氣，并供燃料電池發(fā)電使用。所產(chǎn)生的電能提供給鋰電池使用，鋰電池可為移動(dòng)電腦、手機(jī)等移動(dòng)電子產(chǎn)品供電。實(shí)施例4如圖3所示，用單質(zhì)硅為汽車提供動(dòng)力能源，用太陽能發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電的電力將石英用木炭、木屑、煤炭、焦煤等還原劑還原得到單質(zhì)硅。單質(zhì)硅水漿料儲存容器中儲存的單質(zhì)硅和氫氧化鈣等可在水中形成溶解度小于1%的硅酸鹽的金屬元素的物質(zhì)混合與NaOH儲藏容器中的氫氧化鈉等堿性物質(zhì)在氫氣發(fā)生器中混合，并配以水儲藏容器中的水，就可在氫氣發(fā)生器中平穩(wěn)的產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣供燃料電池發(fā)電使用，產(chǎn)生的電能一部分直接提供給汽車發(fā)電機(jī)使用，一部分提供給鋰電池蓄能，鋰電池做為汽車的備用電源。上述氫氣發(fā)生器發(fā)生氫氣產(chǎn)生的含鈉硅氫氧化物儲藏在含鈉硅氫氧化物儲藏容器中。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于可再生能源通過相應(yīng)的發(fā)電裝置轉(zhuǎn)化為電能，利用電能通過木炭、木屑做還原劑將二氧化硅還原成單質(zhì)硅，再將單質(zhì)硅制成硅粉體組成物，從而將可再生能源通過硅粉體組成物進(jìn)行儲藏、運(yùn)輸，再通過硅粉體組成物與水接觸平穩(wěn)產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣通過燃料電池將氫能轉(zhuǎn)化為電能，加以利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述二氧化硅還原成單質(zhì)硅的方法采用電弧爐還原法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述硅粉體組成物由硅粉末、含有可在水中溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的化合物質(zhì)以及堿性物質(zhì)混合后，吸附水預(yù)先同硅粉末反應(yīng)完成后而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述硅粉末通過木炭、木屑做還原劑將二氧化硅還原成單質(zhì)硅，單質(zhì)硅的平均粒徑在0. 05至 100 μ m之間，單質(zhì)硅含量為50 %至99. 9999 %之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述含有可在水中形成溶解度小于1 %的硅酸鹽的金屬元素的化合物質(zhì)可為堿土金屬或稀土金屬的氫氧化物、氧化物、硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、醋酸鹽、碳酸鹽和鋁酸鹽，并可從中至少選擇出一種以上的物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述堿性物質(zhì)為堿性金屬氫氧化物、氫氧化銨、有機(jī)胺、氫氧化季銨，并可從中至少選擇出一種以上的物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3和5所述的一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述含有可在水中形成溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的物質(zhì)可為氫氧化鈣。
8.根據(jù)權(quán)利要求3和6所述的一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述堿性物質(zhì)為氫氧化鈉。
9.根據(jù)權(quán)利要求3和5所述的一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述含有可在水中形成溶解度小于的硅酸鹽的金屬元素的化合物質(zhì)同硅粉末重量之比為 100/100 至 1/100。
10.根據(jù)權(quán)利要求3和6所述的一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述堿性物質(zhì)同硅粉末重量之比為100/100至1/100。
全文摘要
一種可再生能源單質(zhì)硅儲能循環(huán)系統(tǒng)，涉及新能源技術(shù)領(lǐng)域，可再生能源通過相應(yīng)的發(fā)電裝置轉(zhuǎn)化為電能，利用電能通過木炭、木屑做還原劑將二氧化硅還原成單質(zhì)硅，所得到的單質(zhì)硅同氫氧化鈉和氫氧化鈣混合得到氫氣發(fā)生使用的硅粉體組成物，從而將可再生能源通過硅粉體組成物進(jìn)行儲藏、運(yùn)輸，再通過硅粉體組成物與水接觸平穩(wěn)產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣通過燃料電池將氫能轉(zhuǎn)化為電能，加以利用。本發(fā)明涉及的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，模塊化設(shè)計(jì)，可同時(shí)滿足微型化和規(guī)?；笊a(chǎn)要求；而且本發(fā)明的儲能循環(huán)系統(tǒng)，清潔環(huán)保，穩(wěn)定高效運(yùn)行；便于汽車、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、日常生活的電氣機(jī)器等利用；參與反應(yīng)的中間物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。
文檔編號C01B3/04GK102229429SQ20111007611
公開日2011年11月2日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者楊原武, 蔣學(xué)鑫 申請人:蚌埠鑫源石英材料有限公司