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本发明提供一种直接式氢氧化钙热化学储能系统及储能方法，包括太阳能集热装置、热化学储能装置、蒸汽朗肯发电装置和辅助装置，采用的热化学储能体系为Ca(OH)2/CaO，通过可逆反应CaO+H2O→Ca(OH)2实现高品位热能与化学能之间的相互转换进行储热；当太阳辐照充足时，吸收太阳能产生的高温水蒸气使Ca(OH)2达到反应温度，发生吸热分解反应，将接受的热量以化学能的形式储存于CaO和H2O中；当需要热量时，CaO和H2O发生逆向热化学反应，将CaO和H2O中的化学能逆转成热能并释放出来。本发明具有储能密度高、反应速度快、循环效率高、稳定、安全、环境友好、原材料价格低廉等特点，为保证太阳能高温热电站连续高效运行提供了一种可行方案。