CN102062052A - 风光互补的储能与发电一体化系统及流程 - Google Patents

风光互补的储能与发电一体化系统及流程 Download PDF

Info

Publication number
CN102062052A
CN102062052A CN2009102380790A CN200910238079A CN102062052A CN 102062052 A CN102062052 A CN 102062052A CN 2009102380790 A CN2009102380790 A CN 2009102380790A CN 200910238079 A CN200910238079 A CN 200910238079A CN 102062052 A CN102062052 A CN 102062052A
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
heat
air
wind
storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2009102380790A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102062052B (zh
Inventor
徐玉杰
陈海生
谭春青
张冬阳
杨征
刘佳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gezhouba Zhongke Energy Storage Technology Co ltd
Original Assignee
Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Engineering Thermophysics of CAS filed Critical Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority to CN2009102380790A priority Critical patent/CN102062052B/zh
Publication of CN102062052A publication Critical patent/CN102062052A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102062052B publication Critical patent/CN102062052B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Abstract

本发明公开了一种风光互补的储能与发电一体化系统及流程,包括风力发电子系统、太阳能储热子系统、液化空气子系统和动力子系统。该流程是太阳能通过集热器聚集为热能,并储存到蓄热介质中,风能转换为电能,用风电去液化空气,将风电储存到液态空气中。需要电力时,将液态空气增压后并回收其冷能提供给空气液化过程,然后再被储存太阳能的高温蓄热介质加热,得高温高压空气,最后到多级再热透平中膨胀做功。本发明回收液态空气冷能,降低了空气液化耗功;用泵提升工质压力,降低了工质压缩耗功;透平排气用回热,有效利用热能;用太阳能加热透平进口工质,提升透平膨胀效率;实现风能与太阳能互补利用,储能与发电的一体化,应用前景广阔。

Description

风光互补的储能与发电一体化系统及流程
技术领域
本发明涉及绿色能源技术领域,基于风力发电、液化空气储能、太阳能储热和动力循环的有机整合,能有效实现风能与太阳能互补利用的新型储能与发电一体化系统及流程。
背景技术
目前与本发明相关的系统与技术主要包括:风力发电、风光互补发电、电力储能及太阳能储热技术等,其各自技术的发展状况和特征如下。
(1)风力发电
风电是目前比较成熟的可再生能源发电技术,也是风能规模化开发利用的主要方式,世界各国都把发展风电作为重要的替代能源技术。随着风力发电向机组单机容量大型化和机组型式多元化方向发展,风电机组关键部件技术也得到了相应的发展,围绕提高效率、保证可靠性、降低成本、减轻重量、增加寿命和扩大应用等发面开展研究。
但是,风电最大缺点是不可控性和间歇性,对电网的调度、运行方式、可靠性、电能品质和运行成本都会带来影响。目前风电在发电结构中所占的比重不大,风电的间歇性和波动性对电网的影响基本被电网本身所调节,电网企业未收购风电场发出的电量的比例不大,但是随着风电规模的日益增大,风电与电网的相容性问题将越发突出,风电浪费现象越发严重,所以急需寻求可行性技术方案。
为了改善风电对电网的影响和扩大风能的应用,有两种解决的技术途径。一种是将风能与其他能源组成互补系统,如技术已较成熟的风电/光伏发电互补系统、风电/柴油发电互补系统等;一种是将风电的直接应用与大规模储能技术相结合。
(2)风光互补发电
风光互补发电系统是利用当地风能和太阳能资源的互补性,将风力发电机组和太阳能光伏电池组为一体的发电系统。该系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池组、逆变器、直流交流负载等部件组成。
虽然已有的风光互补系统采用的都是可再生的清洁能源,具有极好的环保效益,但是仍存在一些发展障碍:太阳能和风能都具有不稳定性,不连续性的缺点,并网发电时也会产生与风电发展相似的一系列问题;已有的风光互补发电系统均采用光伏发电,成本较高,难以大规模发展;已有的风光互补发电系统实质上风力发电与太阳能发电互为两个独立发电系统,未将风能与太阳能进行综合利用,利用效率较低。
(3)电力储能技术
目前已经使用或可能使用的电力储能系统有抽水蓄能电站、压缩空气蓄能系统、蓄电池、超导磁能、飞轮和电容等。
抽水电站储能系统在用电低谷通过水泵将水从低位水库送到高位水库,从而将电能转化为水的势能存储起来,其储能总量同水库的落差和容积成正比。在用电高峰,水从高位水库排放至低位水库驱动水轮机发电。抽水电站储能系统的工作方式同常规水电站类似,具有技术成熟、效率高、容量大、储能周期不受限制等优点,是目前广泛使用的电力储能系统。但是,抽水电站储能系统需要优越的地理条件建造水库和水坝,需要的建设周期很长(一般约10-15年),初期投资巨大。不仅如此,建造两个大型水库会淹没大面积的植被甚至城市,造成生态破坏和移民问题,因此能够建造抽水电站储能系统的电站非常少。
压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术的新型储能系统。其工作原理是,在用电低谷,将空气压缩(4-8Mpa)并存于储气室中,使电能转化为空气的内能存储起来;在用电高峰,高压空气从储气室释放,经回热器预热后,进入燃气轮机燃烧室燃烧,然后驱动透平发电。压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、效率高和投资相对较小等优点,目前已在德国和美国得到应用,在日本、以色列、芬兰等国家也开展了有关研究。但是,压缩空气储能系统不是一项独立的技术,它必须同燃气轮机电站配套使用,不能适合其他类型,如燃煤电站、核电站、风能和太阳能等电站,特别不适合我国以燃煤发电为主,不提倡燃气燃油发电的能源战略。而且,压缩空气储能系统仍然依赖燃烧化石燃料提供热源,一方面面临化石燃料逐渐枯竭和价格上涨的威胁,另一方面其燃烧仍然产生氮化物、硫化物和二氧化碳等污染物,不符合绿色(零排放)、可再生的能源发展要求。此外,同抽水电站类似,压缩空气储能系统也需要特殊的地理条件建造大型储气室,如岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等,从而大大限制了压缩空气储能系统的应用范围。
蓄电池将电能转换为电池的化学能存储起来,它不仅不需要燃烧化石燃料从而大大减小环境污染,而且具有对负荷反应快、容易同多种电站组合及能够增加电力系统的稳定性等优点。同时,建造蓄电池设备不需要特殊的地理条件,建设周期短(1-2年),而且进行增扩容改造(模块化)方便等,因此特别适合作为电力系统储能设备。但是,目前的蓄电池技术仍存在价格昂贵、使用寿命短、能量密度低和废弃物化学污染难于消除等缺点。虽然蓄电池在短时间(几小时)、小容量备用电源(几十到几百千瓦时)等得到应用,但仍无法满足大型电力储能系统的要求。
超导磁能储能系统是目前唯一能将电能直接存储为电能的储能系统。它将电流导入环形电感线圈,由于该环形电感线圈由超导材料制成,因此电流在线圈内可以无损失地不断循环,直到导出为止。超导磁能储能系统具有极高的充放电效率(~90%)和负荷反应时间(<1秒),但价格非常昂贵,约为其他类型储能系统数十至数百倍,而且建设大规模的强磁场也会带来严重的环境问题,因此超导磁能储能系统还仅能应用于特殊的场合,在电力储能系统中还没有得到应用。
飞轮是一种古老的储能系统,它是将电能转换为飞轮的机械能进行存储,但长期以来由于能量密度太低和轴承损失太高而没有实用价值。最近高强度轻质材料和磁悬浮技术的发展,使飞轮的能量密度和摩擦损失性能大大改善。电容也是一种使用了很长时间的储能技术,已有小容量双层电容器在夏季用电高峰的成功应用范例,目前氧化还原超电容技术的进步使电容应用于大容量储能系统成为可能。但目前飞轮和电容储能系统还存在储能容量小、自耗散严重(自放电或摩擦损失)等问题,还不能满足电力储能系统的要求。
可见,当前已有的电力储能系统均存在不同的缺点,迫切需要一种能量密度高、储能周期长、单位储能投资小、效率高、寿命长的新型储能系统,而且这种储能系统必须不受地理条件的限制、适用于各种类型电站、对环境友好并能够带来商业利润。
(4)太阳能储热
太阳能具有显著的稀薄性、间歇性和不稳定性等特征,为了满足供热或供电装置的稳定连续运行,需要蓄热装置把太阳能储存起来。太阳能蓄热技术分为潜热蓄热、化学反应热蓄热和显热蓄热。
潜热蓄热主要是利用蓄热材料发生相变时吸收或放出的热量来实现能量的储存,具有蓄热密度大、充放热过程温度波动范围小、结构紧凑等优点。化学反应热蓄热主要是通过化学反应的反应热来进行蓄热,具有储能密度高、可长期储存优点。但目前这两种蓄热技术都处于实验室研究阶段,在大规模应用前需要解决许多问题。
显热蓄热主要是通过蓄热材料温度的上升或下降而储存热能,是原理最简单、技术最成熟的一种蓄能技术,被广泛用于太阳能热发电等高温蓄热场合。目前使用较多的蓄热材料是导热油,但是它最大的缺点是蓄热温度低,一般在400℃以下,限制了需加热工质温度的提升。而熔融盐传热蓄热技术是一种先进的传热蓄热技术,它的蓄热温度目前能达到600℃,随着材料的进步将会进一步提高。熔融盐传热蓄热技术已在太阳能2号和意大利ENEA工程上得到成功应用,该技术对于提高系统发电效率,降低太阳能热发电成本,提高系统发电稳定性和可靠性具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是公开一种风光互补的储能与发电一体化系统及流程,以克服风能和太阳能的间歇性、不稳定性等因素导致其发电对电网的不良影响,减少电网调度而限制风电等上网造成的巨大浪费,并解决目前已有的电力储存技术皆存在的成本高、效率低、使用寿命短、能量密度低、受地理条件的限制或环境污染等问题,以及解决已有风光互补发电技术的上网投资成本高、难以大规模化发展等问题。
为达到上述目的,本发明的技术解决方案是:
一种风光互补的储能与发电一体化系统,其包括:风力发电子系统、太阳能储热子系统、空气液化子系统、动力子系统;
风力发电子系统包括风力发电机组、变频器和变压器;
太阳能储热子系统包括太阳能集热器、太阳能吸收器、热罐和冷罐;
空气液化子系统包括空气液化装置、液态空气罐和储冷装置;
动力子系统包括泵、大气换热器、回热器、蓄热换热器和透平;
其中,
风力发电子系统的风力发电机与变频器、变压器连接,输出端电连接于空气液化装置;空气液化装置输入口通大气,输出端顺序经液态空气罐、泵、储冷装置、大气换热器与回热器的第一输入口相通连,回热器的第一输出口经蓄热换热器与多级再热透平的初级透平的进气口相通连,末级透平的排气口与回热器的第二输入口相通连,回热器的第二输出口通大气;
多级再热透平同轴布置,或分轴布置,各透平入口工质均在蓄热换热器中加热;
风力发电机组中的风轮经齿轮箱驱动风力发电机;
太阳能储热子系统的吸热器输出端顺序经热罐、蓄热换热器、冷罐与吸热器输入端构成回路;
集热器将太阳光聚焦于吸热器。
所述的风光互补的储能与发电一体化系统,其所述储冷装置经管道与空气液化装置相通连。
所述的风光互补的储能与发电一体化系统,其所述液态空气罐带有进出口阀门,液态空气罐上游经进口阀门与空气液化装置相连,下游经出口阀门与泵相连,风电液化空气储能过程与太阳能加热高压空气膨胀做功过程都是非连续运行的,并且这两个过程可以不同时进行,当风电液化空气储能过程运行时,打开进口阀门,当太阳能加热高压空气膨胀做功过程进行时,打开出口阀门。
所述的风光互补的储能与发电一体化系统,其所述储冷装置,用的蓄冷介质为低温蓄冷介质,当液态空气流经储冷子系统时,液态空气冷能传给蓄冷介质并储存起来,当空气液化子系统运行时,储存在蓄冷介质中的冷能传给空气液化装置的温度对口地方。
所述的风光互补的储能与发电一体化系统,其所述蓄热换热器,其放热侧为热罐出口的高温蓄热介质,高温蓄热介质为导热油、熔融盐,吸热侧为各级透平进口空气。
所述的风光互补的储能与发电一体化系统,其所述回热器,其放热侧物质流是末级透平排气,经回热后的排气直接排入大气;其吸热侧物质流是大气换热器出口的高压空气,经加热的高压空气输出到蓄热换热器作为吸热侧物流。
一种所述的风光互补的储能与发电一体化系统的流程,其具体流程为:
a)低能流密度的太阳能经集热器聚集为高能流密度的中高温热能,并向吸热器提供热能,来自冷罐中的蓄热介质在吸热器中吸热,变为高温蓄热介质储存在热罐中,在蓄热换热器中放热后的低温蓄热介质储存在冷罐中,完成一次循环;
b)风能通过风力发电机组转变为电能,然后经变频器、变压器调整成符合空气液化装置标准的电能;
c)空气液化装置利用风电将空气液化,液态空气储存在液态空气罐中;
d)当电网或用户需要电时,打开液态空气罐出口阀门,利用泵将其增至高压;
e)回收冷能后的高压空气先经大气换热器被大气加热,然后,大气温度下的高压空气在回热器中被透平排气加热;
f)被加热的高压空气在蓄热换热器中被加热到透平进口温度,然后高温高压空气在多级再热透平中膨胀做功;
其中,各级再热透平进口工质均在蓄热换热器中被加热;为了提高能源利用率,在回热器中回收末级透平排气余热,回热后的末级透平排气直接排入大气。
所述的一体化系统的流程,其为了降低空气液化耗功,储冷装置回收增压后液态空气的冷能,并将该冷能提供给液化空气装置。
所述的一体化系统的流程,其以储存在液态空气罐中的液态空气作为动力循环工质,用泵将其增至高压后回收其冷能,再被大气加热至大气温度,然后在回热器中进一步被加热,最后到蓄热换热器中被加热至透平进口温度后进入透平膨胀做功。
本发明具有以下有益效果:
1、本发明实现了风能与太阳能的综合互补利用。一般情况,夜间风较大,而白天太阳能充足,同时夜晚为用电低谷,白天为用电高峰,利用太阳能与风能的天然互补特性,并考虑电网用电规律,晚间将风电储存在液态空气中,而白天利用太阳能加热储存了风能的高压空气,提高其做功能力,然后使同时存储了太阳能和风能的高温高压空气在动力循环中完成热功转化,向电网供电。
2、本发明将不连续、不稳定的风能与太阳能通过储能方式实现连续、稳定发电,解决了风电与太阳能发电的上网难题。风能通过风电液化空气储存在液态空气中,太阳能通过集热储存在高温的蓄热介质中,两种方式均可实现长时间储能,当电网或用户需电时,再将储存在两种介质中的风能和太阳能通过动力循环释放出稳定连续的电能。
3、本发明消除了已有的电力储能系统存在的受地理条件限制、储能周期短、单位储能投资大、效率低、寿命短、环境污染等缺点。
4、本发明提高了风能与太阳能的转换效率。本发明将不同品位的能量实现对口利用,降低过程不可逆损失:回收液态空气冷能,降低空气液化耗功;回收透平排气余热,减少排气损失;太阳能加热做功工质,提高工质做功能力。另外,本发明采用泵提升工质压力,减少压缩耗功。
5、本发明将太阳能发电与风力发电集成到一个系统中,同时实现了储能与发电两个功能,降低了投资成本,并提高了使用寿命。传统风光互补发电系统是风力发电和太阳能发电两套独立系统,而且太阳能发电采用昂贵的光伏发电,难以大型化,投资成本高;另外传统风光互补发电系统的储能采用蓄电池,寿命短,造价高。
附图说明
图1为本发明的风光互补的储能与发电一体化系统及流程示意图。
具体实施方式
本发明的一种风光互补的储能与发电一体化系统,该系统包括:
风力发电子系统,用于将风能转换为电能,并调整为符合空气液化装置所需频率和电压的电能,并将该电能提供给空气液化子系统作为动力;
太阳能储热子系统,用于将太阳能转换为中高温的热能,储存在蓄热介质中,并将该热能提供给动力子系统去提升透平进口高压空气的温度;
空气液化子系统,利用风电和回收的液态空气冷能去液化大气条件下的空气,被液化的空气储存在液态空气罐中,实现将风能储存在液态空气中,当电网或用户需电时,液态空气作为循环工质提供给动力子系统;
动力子系统,将液态空气加压加热,转变为高温高压空气作为循环工质,到回热式多级再热透平中膨胀做功,将储存在液态空气中的风能和储存在蓄热介质中的太阳能转换为连续稳定的电能。
风力发电子系统由风力发电机组(包括风轮机、齿轮箱、发电机等)、变频器和变压器等组成,风力发电机组将风能转换为电能,再通过变频器、变压器将风力发电机组发出的电调整为空气液化装置所要求电压和频率的电。
太阳能储热子系统由太阳能集热器、太阳能吸收器、热罐和冷罐等组成,太阳能集热器将低能流密度的太阳能聚集成高能流密度的中高温热能,并向太阳能吸收器提供热量,来自冷罐的蓄热介质在太阳能吸收器中吸热升至中高温后存储在热罐中,高温蓄热介质将热量提供给动力子系统,然后蓄热介质储存到冷罐中,完成一次蓄热放热循环。
空气液化子系统可以为任何液化方法和流程(如常规液化方法、超临界压缩空气液化方法),由空气液化装置、液态空气罐、储冷装置等组成,利用风力发电子系统提供的电能和储冷装置提供的冷能将空气液化,并将液态空气储存到液态空气罐中。
液态空气罐带有进出口阀门,液态空气罐上游经过进口阀门与空气液化装置相连,下游经过出口阀门与泵相连,风电液化空气储能过程与太阳能加热高压空气膨胀做功过程都是非连续运行的,并且这两个过程可以不同时进行,当风电液化空气储能过程运行时,打开进口阀门,当太阳能加热高压空气膨胀做功过程进行时,打开出口阀门。
储冷装置所用的蓄冷介质为低温蓄冷介质,当液态空气流经储冷子系统时,液态空气冷能传给蓄冷介质并储存起来,当空气液化子系统运行时,储存在蓄冷介质中的冷能传给空气液化装置的温度对口地方。
动力子系统由泵、大气换热器、回热器、蓄热换热器和透平组成,以储存在液态空气罐中的液态空气作为动力循环工质,用泵将其增至高压后回收其冷能,再被大气加热至大气温度,然后在回热器中进一步被加热,最后到蓄热换热器中被加热至透平进口温度后进入透平膨胀做功,透平排气余热在回热器中回收。
透平为回热式多级再热透平,每级透平进口工质都在蓄热换热器中被加热,并且末级透平排气作为回热器热源。
蓄热换热器放热侧为热罐出口的高温蓄热介质,蓄热介质可以为导热油、熔融盐和其他新型介质等,吸热侧为各级透平进口空气。
回热器放热侧物质流是末级透平排气,经回热后的排气直接排入大气;回热器吸热侧物质流是大气换热器出口的高压空气,经加热的高压空气输出到蓄热换热器作为吸热侧物流。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
图1为本发明的风光互补的储能与发电一体化系统实施例的结构和流程示意图。其中,A为风轮,B为齿轮箱,C为发电机,D为变频器,E为变压器,F为空气液化装置,G为液态空气罐,H为泵,I为储冷装置,J为大气换热器,K为回热器,L为蓄热换热器,M为多级再热透平,N为太阳能集热器,O为太阳能吸热器,P为热罐,Q为冷罐;1为电力,2为冷能,3~13为空气,14、15为蓄热介质。
本发明的风光互补的储能与发电一体化系统实施例,由风力发电子系统(包括风轮A、齿轮箱B、发电机C、变频器D和变压器E等)、太阳能储热子系统(包括集热器N、吸热器0、热罐P和冷罐Q等)、空气液化子系统(包括空气液化装置F、液态空气罐G和储冷装置I等)、动力子系统(包括泵H、大气换热器J、回热器K、蓄热换热器L和多级再热透平M等)组成。
风力发电子系统的风力发电机C与变频器D、变压器E连接,输出端电连接于空气液化装置F。空气液化装置F输入口通大气,输出端顺序经液态空气罐G、泵H、储冷装置I、大气换热器J与回热器K的第一输入口相通连。回热器K的第一输出口经蓄热换热器L与多级再热透平M的初级透平M8的进气口相通连,末级透平M11的排气口与回热器K的第二输入口相通连,回热器K的第二输出口通大气。多级再热透平M的透平M8、M9、M10、M11同轴布置,或分轴布置。各透平M8、M9、M10、M11进口工质均在蓄热换热器L中被加热。储冷装置I经管道与空气液化装置F相通连。
风轮A经齿轮箱B驱动风力发电机C。
太阳能储热子系统的吸热器O输出端顺序经热罐P、蓄热换热器L、冷罐Q与吸热器O输入端构成回路。
集热器N将太阳光聚焦于吸热器O。
本发明的风光互补的储能与发电一体化系统的具体流程为:
低能流密度的太阳能经集热器N聚集为高能流密度的中高温热能,并向吸热器O提供热能,来自冷罐Q中的蓄热介质在吸热器O中吸热,变为高温蓄热介质14储存在热罐P中,在蓄热换热器L中放热后的低温蓄热介质15储存在冷罐Q中,完成一次循环;风能通过风力发电机组(包括风轮A、齿轮箱B、发电机C)将其转变为电能,然后经变频器D、变压器E调整成符合空气液化装置标准的电能1;空气液化装置F利用风电将空气3液化,液态空气4储存在液态空气罐G中;当电网或用户需要电时,打开液态空气罐G出口阀门,利用泵H将其增至高压;为了降低空气液化耗功,储冷装置I回收增压后液态空气5的冷能,并将该冷能2提供给液化空气装置F;回收冷能后的高压空气先经大气换热器J被大气加热,然后大气温度下的高压空气6在回热器K中被透平排气12加热;被加热的空气7在蓄热换热器L中被加热到透平进口温度,然后高温高压空气8在多级再热透平M中膨胀做功,各级再热透平M9、M10、M11进口工质均在蓄热换热器L中被加热;为了提高能源利用率,在回热器K中回收末级透平排气12余热,回热后的排气13直接排入大气。
本实施例中,太阳能蓄热介质采用熔融盐(NaNO3:60%,KNO3:40%),熔融盐最高温度可达600℃,透平采用三级再热,透平进口初温和各级再热温度均为550℃,透平1~4级进口压力分别为200bar、53bar、14bar和3.7bar,各级透平效率均为90%,泵效率为78%。在这些参数假定条件下,本发明的风光互补的储能与发电一体化系统的储能效率为64%,即利用本发明系统将1kWh的不稳定、不连续的风电转换为0.64kWh高品质的电能。
还可以通过其他方法进一步提高本发明系统的效率,如系统流程和参数优化;采用低能耗空气液化流程;通过技术进步提高透平初参数。本发明可用于多种用途,不仅可以用于小规模的分布式能源系统,还可以作为大的储能系统用于可再生能源规模发电或电网的移峰平谷。
本发明的风光互补的储能与发电一体化系统及流程,将间歇性、不稳定性的风能、太阳能转变为连续的、稳定的电能。在风光互补的储能与发电一体化系统中,利用不连续、不稳定的风电去液化空气,将风能储存在液态空气中,并将太阳能储能到蓄热介质中;当电网或用户需要电时,液态空气经过增压,并被储存太阳能的蓄热介质加热后,通过透平膨胀做功手段来释放储存的风能和太阳能,从而实现将风能和太阳能转变为连续稳定的电能。
本发明的风光互补的储能与发电一体化系统,能实现将间歇的、不稳定的风能和太阳能转变为高品质的电能,提供给电网;而且该系统采用较便宜的太阳能储热技术,而没有采用已有风光互补发电系统中高成本的太阳能光伏发电技术,大大降低了系统投资成本。
本发明的风光互补的储能与发电一体化系统,通过回收液态空气冷能来降低空气液化耗功;利用太阳能去加热循环工质(储存了风能的空气),提升了透平进口温度,提高转化效率,实现风能与太阳能互补高效利用;采用回热式多级再热透平,提高比功;采用泵提升循环工质压力,减少工质压缩耗功。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风光互补的储能与发电一体化系统,其特征在于,包括:风力发电子系统、太阳能储热子系统、空气液化子系统、动力子系统;
风力发电子系统包括风力发电机组、变频器和变压器;
太阳能储热子系统包括太阳能集热器、太阳能吸收器、热罐和冷罐;
空气液化子系统包括空气液化装置、液态空气罐和储冷装置;
动力子系统包括泵、大气换热器、回热器、蓄热换热器和透平;
其中,
风力发电子系统的风力发电机与变频器、变压器连接,输出端电连接于空气液化装置;空气液化装置输入口通大气,输出端顺序经液态空气罐、泵、储冷装置、大气换热器与回热器的第一输入口相通连,回热器的第一输出口经蓄热换热器与多级再热透平的初级透平的进气口相通连,末级透平的排气口与回热器的第二输入口相通连,回热器的第二输出口通大气;
多级再热透平同轴布置,或分轴布置,各透平入口工质均在蓄热换热器中加热;
风力发电机组中的风轮经齿轮箱驱动风力发电机;
太阳能储热子系统的吸热器输出端顺序经热罐、蓄热换热器、冷罐与吸热器输入端构成回路;
集热器将太阳光聚焦于吸热器。
2.如权利要求1所述的风光互补的储能与发电一体化系统,其特征在于,所述储冷装置经管道与空气液化装置相通连。
3.如权利要求1所述的风光互补的储能与发电一体化系统,其特征在于,所述液态空气罐带有进出口阀门,液态空气罐上游经进口阀门与空气液化装置相连,下游经出口阀门与泵相连,风电液化空气储能过程与太阳能加热高压空气膨胀做功过程都是非连续运行的,并且这两个过程可以不同时进行,当风电液化空气储能过程运行时,打开进口阀门,当太阳能加热高压空气膨胀做功过程进行时,打开出口阀门。
4.如权利要求1所述的风光互补的储能与发电一体化系统,其特征在于,所述储冷装置,用的蓄冷介质为低温蓄冷介质,当液态空气流经储冷子系统时,液态空气冷能传给蓄冷介质并储存起来,当空气液化子系统运行时,储存在蓄冷介质中的冷能传给空气液化装置的温度对口地方。
5.如权利要求1所述的风光互补的储能与发电一体化系统,其特征在于,所述蓄热换热器,其放热侧为热罐出口的高温蓄热介质,高温蓄热介质为导热油、熔融盐,吸热侧为各级透平进口空气。
6.如权利要求1所述的风光互补的储能与发电一体化系统,其特征在于,所述回热器,其放热侧物质流是末级透平排气,经回热后的排气直接排入大气;其吸热侧物质流是大气换热器出口的高压空气,经加热的高压空气输出到蓄热换热器作为吸热侧物流。
7.一种如权利要求1所述的风光互补的储能与发电一体化系统的流程,其特征在于,具体流程为:
a)低能流密度的太阳能经集热器聚集为高能流密度的中高温热能,并向吸热器提供热能,来自冷罐中的蓄热介质在吸热器中吸热,变为高温蓄热介质储存在热罐中,在蓄热换热器中放热后的低温蓄热介质储存在冷罐中,完成一次循环;
b)风能通过风力发电机组转变为电能,然后经变频器、变压器调整成符合空气液化装置标准的电能;
c)空气液化装置利用风电将空气液化,液态空气储存在液态空气罐中;
d)当电网或用户需要电时,打开液态空气罐出口阀门,利用泵将其增至高压;
e)回收冷能后的高压空气先经大气换热器被大气加热,然后,大气温度下的高压空气在回热器中被透平排气加热;
f)被加热的高压空气在蓄热换热器中被加热到透平进口温度,然后高温高压空气在多级再热透平中膨胀做功;
其中,各级再热透平进口工质均在蓄热换热器中被加热;为了提高能源利用率,在回热器中回收末级透平排气余热,回热后的末级透平排气直接排入大气。
8.如权利要求7所述的一体化系统的流程,其特征在于,为了降低空气液化耗功,储冷装置回收增压后液态空气的冷能,并将该冷能提供给液化空气装置。
9.如权利要求7所述的一体化系统的流程,其特征在于,以储存在液态空气罐中的液态空气作为动力循环工质,用泵将其增至高压后回收其冷能,再被大气加热至大气温度,然后在回热器中进一步被加热,最后到蓄热换热器中被加热至透平进口温度后进入透平膨胀做功。
CN2009102380790A 2009-11-18 2009-11-18 风光互补的储能与发电一体化系统及流程 Active CN102062052B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009102380790A CN102062052B (zh) 2009-11-18 2009-11-18 风光互补的储能与发电一体化系统及流程

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009102380790A CN102062052B (zh) 2009-11-18 2009-11-18 风光互补的储能与发电一体化系统及流程

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102062052A true CN102062052A (zh) 2011-05-18
CN102062052B CN102062052B (zh) 2012-07-04

Family

ID=43997492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009102380790A Active CN102062052B (zh) 2009-11-18 2009-11-18 风光互补的储能与发电一体化系统及流程

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102062052B (zh)

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102278285A (zh) * 2011-07-05 2011-12-14 中国科学院广州能源研究所 一种高温蓄热型新能源利用系统
CN103606941A (zh) * 2013-11-25 2014-02-26 重庆大学 一种气液两相储能的功率分配装置
CN103967716A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 成都博昱新能源有限公司 一种风力发电与光热发电综合应用的方法
CN104141514A (zh) * 2013-05-06 2014-11-12 董鹏 组合式应用液氮来大面积节能减排的技术
CN104246217A (zh) * 2012-04-24 2014-12-24 O·尤格夫 利用太阳热能和风能源进行发电的混合系统
CN104747315A (zh) * 2015-01-28 2015-07-01 上海领势新能源科技有限公司 液化空气辅助储能发电装置
CN104870920A (zh) * 2012-07-06 2015-08-26 高维有限公司 用于液化过程中的冷却的方法和设备
CN105821997A (zh) * 2016-05-03 2016-08-03 宁波瑞凯太阳能技术有限公司 一种建筑一体化提水储能综合利用系统
CN106050571A (zh) * 2016-07-05 2016-10-26 西安交通大学 一种基于风光互补的通信基站综合能源供给系统及方法
CN106499599A (zh) * 2016-11-10 2017-03-15 清华大学 一种光热复合式非补燃压缩空气发电系统
CN106677988A (zh) * 2017-02-16 2017-05-17 中国科学院理化技术研究所 一种风光储能系统
CN106786760A (zh) * 2017-01-10 2017-05-31 刘春晓 一种分布式电‑热耦合蓄能供热系统
CN107975388A (zh) * 2017-12-28 2018-05-01 葛帅帅 一种废弃井巷抽水储能的系统及方法
CN108240241A (zh) * 2017-03-20 2018-07-03 华北电力大学(保定) 一种利用新能源液化空气的储能发电系统
CN108266324A (zh) * 2018-03-21 2018-07-10 济宁圣峰环宇新能源技术有限公司 一种风力发电机能源叠加存储系统和方法
CN108286496A (zh) * 2017-01-09 2018-07-17 华北电力大学(保定) 一种利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统
CN108286497A (zh) * 2017-01-09 2018-07-17 华北电力大学(保定) 一种风能和太阳能联合发电系统
CN108286500A (zh) * 2017-03-20 2018-07-17 华北电力大学(保定) 一种风能和太阳能联合储能发电系统
CN108736515A (zh) * 2018-05-30 2018-11-02 国网电力科学研究院(武汉)能效测评有限公司 基于神经网络的风电消纳相变储热站负荷预测系统和方法
CN109921520A (zh) * 2019-04-08 2019-06-21 清华大学 能量储存系统及其控制方法
CN111207436A (zh) * 2020-02-17 2020-05-29 中国科学院工程热物理研究所 一种热泵储电热电联供系统
CN111207049A (zh) * 2020-02-28 2020-05-29 西安热工研究院有限公司 一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统及方法
CN112282881A (zh) * 2020-10-23 2021-01-29 丁玉龙 低压运行的液态空气储能系统能效提升装置
CN113006889A (zh) * 2021-04-14 2021-06-22 西安交通大学 一种绝热的近等温压缩空气储能系统及其运行方法
CN113605892A (zh) * 2021-09-08 2021-11-05 安徽理工大学 一种共伴生废弃矿井多能互补系统及应用方法
CN114370896A (zh) * 2021-12-29 2022-04-19 贵州电网有限责任公司 一种膨胀发电系统蓄热罐加热发电能力监测方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES1062512Y (es) * 2006-02-22 2006-10-01 Ruiz Jonas Villarrubia Generador de corriente electrica, empleando aire y concentradores de luz solar
GB0603895D0 (en) * 2006-02-27 2006-04-05 Highview Entpr Ltd Energy storage system

Cited By (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102278285A (zh) * 2011-07-05 2011-12-14 中国科学院广州能源研究所 一种高温蓄热型新能源利用系统
CN104246217A (zh) * 2012-04-24 2014-12-24 O·尤格夫 利用太阳热能和风能源进行发电的混合系统
CN104870920B (zh) * 2012-07-06 2017-10-03 高维有限公司 用于液化过程中的冷却的方法和设备
CN104870920A (zh) * 2012-07-06 2015-08-26 高维有限公司 用于液化过程中的冷却的方法和设备
CN104141514A (zh) * 2013-05-06 2014-11-12 董鹏 组合式应用液氮来大面积节能减排的技术
CN103606941A (zh) * 2013-11-25 2014-02-26 重庆大学 一种气液两相储能的功率分配装置
CN103967716A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 成都博昱新能源有限公司 一种风力发电与光热发电综合应用的方法
CN104747315A (zh) * 2015-01-28 2015-07-01 上海领势新能源科技有限公司 液化空气辅助储能发电装置
CN105821997A (zh) * 2016-05-03 2016-08-03 宁波瑞凯太阳能技术有限公司 一种建筑一体化提水储能综合利用系统
CN106050571A (zh) * 2016-07-05 2016-10-26 西安交通大学 一种基于风光互补的通信基站综合能源供给系统及方法
CN106050571B (zh) * 2016-07-05 2019-02-05 西安交通大学 一种基于风光互补的通信基站综合能源供给系统及方法
CN106499599A (zh) * 2016-11-10 2017-03-15 清华大学 一种光热复合式非补燃压缩空气发电系统
CN108286496A (zh) * 2017-01-09 2018-07-17 华北电力大学(保定) 一种利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统
CN108286497A (zh) * 2017-01-09 2018-07-17 华北电力大学(保定) 一种风能和太阳能联合发电系统
CN106786760A (zh) * 2017-01-10 2017-05-31 刘春晓 一种分布式电‑热耦合蓄能供热系统
CN106677988B (zh) * 2017-02-16 2023-06-20 中国科学院理化技术研究所 一种风光储能系统
CN106677988A (zh) * 2017-02-16 2017-05-17 中国科学院理化技术研究所 一种风光储能系统
CN108240241A (zh) * 2017-03-20 2018-07-03 华北电力大学(保定) 一种利用新能源液化空气的储能发电系统
CN108286500A (zh) * 2017-03-20 2018-07-17 华北电力大学(保定) 一种风能和太阳能联合储能发电系统
CN107975388A (zh) * 2017-12-28 2018-05-01 葛帅帅 一种废弃井巷抽水储能的系统及方法
CN108266324A (zh) * 2018-03-21 2018-07-10 济宁圣峰环宇新能源技术有限公司 一种风力发电机能源叠加存储系统和方法
CN108266324B (zh) * 2018-03-21 2024-02-13 济宁圣峰环宇新能源技术有限公司 一种风力发电机能源叠加存储系统
CN108736515A (zh) * 2018-05-30 2018-11-02 国网电力科学研究院(武汉)能效测评有限公司 基于神经网络的风电消纳相变储热站负荷预测系统和方法
CN109921520A (zh) * 2019-04-08 2019-06-21 清华大学 能量储存系统及其控制方法
CN111207436A (zh) * 2020-02-17 2020-05-29 中国科学院工程热物理研究所 一种热泵储电热电联供系统
CN111207436B (zh) * 2020-02-17 2021-03-30 中国科学院工程热物理研究所 一种热泵储电热电联供系统
CN111207049A (zh) * 2020-02-28 2020-05-29 西安热工研究院有限公司 一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统及方法
CN112282881B (zh) * 2020-10-23 2022-12-27 丁玉龙 低压运行的液态空气储能系统能效提升装置
CN112282881A (zh) * 2020-10-23 2021-01-29 丁玉龙 低压运行的液态空气储能系统能效提升装置
CN113006889A (zh) * 2021-04-14 2021-06-22 西安交通大学 一种绝热的近等温压缩空气储能系统及其运行方法
CN113605892A (zh) * 2021-09-08 2021-11-05 安徽理工大学 一种共伴生废弃矿井多能互补系统及应用方法
CN114370896A (zh) * 2021-12-29 2022-04-19 贵州电网有限责任公司 一种膨胀发电系统蓄热罐加热发电能力监测方法
CN114370896B (zh) * 2021-12-29 2024-03-19 贵州电网有限责任公司 一种膨胀发电系统蓄热罐加热发电能力监测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102062052B (zh) 2012-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102062052B (zh) 风光互补的储能与发电一体化系统及流程
CN102758690B (zh) 高效高压液态空气储能/释能系统
CN102758748B (zh) 高压液态空气储能/释能系统
CN104405599B (zh) 一种利用太阳能的燃气‑超临界二氧化碳联合动力发电系统
CN106907203A (zh) 风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统
CN109026241A (zh) 一种热泵压缩空气储能系统
CN202970911U (zh) 一种新型流程的超临界空气储能系统
CN103352830B (zh) 一种采用非稳态压缩流程的压缩空气储能发电系统
CN105114138B (zh) 一种低温储能发电系统及其运行方法
CN205356219U (zh) 一种风光气储互补的热电联产系统
CN108533476A (zh) 一种热泵超临界空气储能系统
CN207064027U (zh) 风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统
CN208870659U (zh) 一种热泵压缩空气储能系统
CN103016152A (zh) 一种新型流程的超临界空气储能系统
CN206582068U (zh) 一种光热复合式非补燃压缩空气发电系统
CN209558703U (zh) 一种光伏光热混合发电系统
CN104456528A (zh) 综合利用储能和智能电网的方法及其系统
CN202210708U (zh) 一种供电系统
CN110206600A (zh) 一种基于阵列化储冷储热的热泵储电系统及方法
CN111102143A (zh) 一种地热光热复合式连续发电系统
CN202811238U (zh) 高压液态空气储能/释能系统
CN105507971A (zh) 太阳能热动力储能系统
CN202811079U (zh) 高效高压液态空气储能/释能系统
Lee et al. Compressed air energy storage units for power generation and DSM in Korea
CN202545151U (zh) 一种利用太阳能和地热能的联合发电装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: CAS SHUANGLIANG ENERGY STORAGE TECHNOLOGY (BEIJING

Free format text: FORMER OWNER: ENGINEERING THERMO-PHYSICS INST., CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

Effective date: 20150505

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100080 HAIDIAN, BEIJING TO: 100044 HAIDIAN, BEIJING

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20150505

Address after: 100044 Beijing city Haidian District Road 9 No. 7 building 15 layer 1701

Patentee after: The division Shuangliang energy storage technology (Beijing) Co.,Ltd.

Address before: 100080 No. 11 West Fourth Ring Road, Beijing

Patentee before: Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences

CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 100044 Beijing city Haidian District Road 9 No. 7 building 15 layer 1701

Patentee after: GEZHOUBA ZHONGKE ENERGY STORAGE TECHNOLOGY CO.,LTD.

Address before: 100044 Beijing city Haidian District Road 9 No. 7 building 15 layer 1701

Patentee before: The division Shuangliang energy storage technology (Beijing) Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Wind and solar hybrid energy storage and power generation integration system and process

Effective date of registration: 20181220

Granted publication date: 20120704

Pledgee: CGGC EQUIPMENT INDUSTRY Co.,Ltd.

Pledgor: GEZHOUBA ZHONGKE ENERGY STORAGE TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: 2018990001237

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PP01 Preservation of patent right

Effective date of registration: 20230224

Granted publication date: 20120704

PP01 Preservation of patent right