CN103836795A - 一种单罐电能蓄能装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单罐电能蓄能装置。所述装置包括蓄能罐罐体、蓄热介质入口、蓄热介质出口、释能介质入口、释能介质出口、电加热器、电加热器连接口、能量利用装置；所述蓄热介质入口设在所述蓄能罐罐体的顶部；所述蓄热介质出口设在所述蓄能罐罐体的底部；所述释能介质入口、释能介质出口以及电加热器连接口设在所述蓄能罐罐体上，其中所述释能介质入口在所述释能介质出口下方；所述电加热器设在蓄能罐罐体内的底部；所述能量利用装置串联连接在所述释能介质入口与释能介质出口之间。所述装置一方面提高了风电和光伏发电的利用效率，另一方面解决了电网的峰谷问题，同时解决了城市污染严重的问题，提高了风电和太阳能光伏发电及电网的电能利用效率。

Description

一种单罐电能蓄能装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及风力发电/光伏发电和电网低谷电的有效利用技术领域，特别涉及一种风电/光伏发电和电网低谷电的单罐蓄能装置及其使用方法。

背景技术

雾霾已经笼罩中国，能源紧缺及环境污染已成为我国面临的空前挑战，发展可再生能源是我国的战略国策。2012年7月，我国发布了《可再生能源十二五发展规划》，到2015年，我国风电和太阳能并网装机分别达到1亿kw和1500万kw；到2020年，风电和太阳能并网装机分别达到2亿kw和5000万kw。但风能和太阳能等可再生能源固有的间歇性和波动性，对电网的冲击很大，导致我国风电和光伏发电未并网比例高，弃风/光严重。例如：2011年我国风电未并网率达到28%；光伏未并网率达到29%；三北地区平均弃风率约为16%，而2012年的全国总弃风量达200亿kWh，为2011年的一倍，平均弃风率为20%，局部地区达40%。如果不解决风能和太阳能的大规模接入问题，到2015年和2020年，每年将分别损失3300万吨和7000万吨标准煤。因此，蓄能技术是可再生能源大规模并网的迫切需求。

另外，我国电网昼夜峰谷差日益扩大，目前的日负荷率约为50%～60%。而随着负荷增长，当某一线路负荷超过其容量时，则需要对电网进行升级或者增建，传统的措施包括升级或者增建变电站变压器、输配电线路等。这样的升级和扩建成本很高，尤其是在拥挤的城市区域，传统的升级方法甚至无法实现，比如无线路走廊，或者考虑环境和美观因素等不能铺设线路等。因此，装置装机容量越来越难以满足峰值负荷的需求，导致电网在负荷高峰时拉闸限电，而低谷时，要停掉很多机组，机组频繁启停不仅增加能耗，而且影响机组寿命，使电力设备平均利用时间下降、发电效率下降、经济效益降低。如果将电网低谷电通过蓄能装置储存起来，在用电高峰时使用，则可以减小电网的峰谷差，起到达到移峰填谷的目的，所节约的电力资产额将是十分巨大。借助一定的技术手段减小峰谷差，大幅提升电力资产的利用率，是未来电网发展的主要发展方向，蓄能即可实现这样的目的，所以利用蓄能技术将可再生能源大规模的并网是迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简单的单罐蓄能装置及其使用方法，以提高风力发电/太阳能光伏发电电能并网问题，也可以提高风电/光伏发电、电网低谷电的电能利用效率，以充分利用可再生能源，并大幅度降低蓄电成本，所述的电能可以为来自于风力/光伏发电的不稳定电能，也可以是晚间的低谷用电。

针对上述技术的不足之处，本发明提供一种蓄能装置，包括蓄能罐罐体、传热介质入口、传热介质出口、释能介质入口、释能介质出口、电加热器、电加热器连接口、能量利用装置；

所述传热介质入口设在所述蓄能罐罐体的顶部；所述传热介质出口设在所述蓄能罐罐体的底部；

所述释能介质入口、释能介质出口以及电加热器连接口设在所述蓄能罐罐体上的，其中所述释能介质入口在所述释能介质出口下方；

所述电加热器设在蓄能罐罐体内的底部，若所述电加热器为螺旋管型加热器，则所述电加热器连接口就包括电加热器电源入口和电加热器电源出口，若所述电加热器为圆柱形加热棒，则所述电加热器连接口就为电加热器入口；

所述能量利用装置串联连接在所述释能介质入口与释能介质出口之间。

另外，在所述蓄能罐罐体内部还设有阻止高低温热量混合的绝热圆柱隔板，所述绝热隔板可以为中间抽真空的圆柱套管，也可以是绝热材料制作的绝热圆柱，固定在蓄能罐罐体的中央，所述绝热圆柱隔板的底部与蓄能罐罐体不完全接触，以形成蓄能罐内介质流动的通道，所述通道可以是矩形，方形、圆形、半圆形，在所述隔板上套有释能换热器，所述释能换热器为浸没式螺旋管换热器，在所述浸没式螺旋管换热器管壁外部可以设有用于强化换热的翅片或者不设有翅片，所述浸没式螺旋管换热器管内设有用于强化传热的强化管或者为普通管。

其中，本装置还包括能量利用换热器，所述能量利用装置串联连接在释能介质入口与释能介质出口之间，而所述能量利用换热器与能量利用装置之间并联连接。

其中，所述能量利用装置选自传统的热电转换装置、常规建筑物供暖装置中的任意一种。

如上所述的蓄能装置的使用方法，包括蓄能阶段和释能阶段，具体为：

（1）蓄能阶段：将蓄热介质从传热介质入口加入蓄能罐罐体，电能通过电加热器加热蓄能罐内的蓄热介质，使其温度升高，将电能转换成热能传递给蓄热介质，储存在蓄能罐内，直到整个蓄能罐内充满了高温蓄热介质，蓄能结束；所述传热介质可以为熔融盐、水或其他导热油等。

（2）释能阶段：低温释能介质从释能介质入口进入蓄能罐内，与高温蓄热介质交换热量，温度升高，升温后的高温释能介质从释能介质出口排出，排出的高温释能介质或者直接进入能量利用装置被利用起来，或者经过能量利用换热器，通过能量利用换热器与能量利用装置将能量利用起来。

其中，所述蓄能阶段和释能阶段可以同时进行。

关于释能阶段，如果本装置中还包括隔板以及释能换热器，所述释能过程如下：低温释能介质从释能介质入口进入蓄能罐内后，在释能换热器内部与周围高温蓄热介质交换热量，温度升高，升温后的高温释能介质从释能介质出口排出。释能过程中，由于通过释能换热器带走了从高温蓄热介质中获得的热量，释能换热器周围高温蓄热介质温度降低，由于低温介质密度较大有向下运动的趋势，高温介质密度相对较小有向上运动的趋势，故此时温度降低后的低温蓄热介质就沿着隔板与蓄能罐之间的通道向蓄能罐底部运动，同时推动隔板内部的高温蓄热介质向上运动，从而保持释能换热器周围传热介质长时间保持高温状态，提高释能效率。当整个蓄能罐内熔融盐温度一致时，释能结束。

本发明的有益效果在于：

（1）单罐蓄能释能装置结构简单、紧凑，使用方便。

（2）单罐蓄能装置制造成本较低。与双罐蓄能相比，只有一个储罐使得其制造成本降低。同时单罐蓄能释能装置，装置运行过程简单，维护成本降低。

（3）工作温区范围宽广。根据实际蓄能温度需求，选择合适熔点和使用范围的传热介质作为蓄能材料，使得单罐蓄能、释能过程中罐内传热介质处于较高的温度范围，减小了蓄能罐的大小，同时达到了较好的蓄能、释能效果。

（4）提高了风电和太阳能光伏发电及电网的电能利用效率，同时也解决了电网的峰谷问题，以及城市污染严重的问题。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1隔板的结构示意图；

图3为实施例2的结构示意图；

图4为实施例3的结构示意图；

图5为实施例4的结构示意图；

主要元件符号说明：

1-蓄能罐罐体；2-蓄热介质入口；3-蓄热介质出口；4-释能介质入口；5-释能介质出口；6-隔板；7-释能换热器；8-电加热器电源出口；9-电加热器电源入口；10-电加热器；11-能量利用换热器；12-能量利用装置

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示的单罐蓄能装置，包括蓄能罐罐体1、蓄热介质入口2、蓄热介质出口3、释能介质入口4、释能介质出口5、电加热器10、电加热器连接口、能量利用装置12；

所述蓄热介质入口2设在所述蓄能罐罐体1的顶部；所述蓄热介质出口3设在所述蓄能罐罐体1的底部；

所述释能介质入口4、释能介质出口5以及电加热器连接口设在所述蓄能罐罐体1上的，其中所述释能介质入口4在所述释能介质出口5下方；

所述电加热器10设在蓄能罐罐体1内的底部，若所述电加热器10为螺旋管型加热器，则所述电加热器连接口就包括电加热器电源入口9和电加热器电源出口8，若所述电加热器10为圆柱形加热棒，则所述电加热器连接口就为电加热器入口；

所述能量利用装置12串联连接在所述释能介质入口4与释能介质出口5之间，所述能量利用装置12为传统的热电转换装置。

另外，在所述蓄能罐罐体1内部还设有阻止高低温热量混合的隔板6，如图2所示，所述隔板6为绝热板，固定在蓄能罐罐体1的中央，所述圆柱套管的底部与蓄能罐罐体1不完全接触，以形成蓄能罐内介质流动的通道，有利于释能后的介质流过蓄能罐的下部，驱动高温传热介质向上运动；在所述隔板6上套有释能换热器7，所述释能换热器7为浸没式螺旋管换热器，在所述浸没式螺旋管换热器管壁外部可以设有用于强化换热的翅片，所述浸没式螺旋管换热器管内可以设有用于强化传热的强化管。

此外，本装置还包括能量利用换热器11，所述能量利用换热器11与所述能量利用装置12并联连接在释能介质入口4与释能介质出口5之间。

本装置的使用方法如下：风电/光伏发电或晚上低谷电加热蓄热介质，温度升高，电能转换成蓄热介质的热能储存起来；当蓄能罐内温度达到预定的温度时，低温释能介质从释能介质入口4进入蓄能罐罐体1中，释能换热器7与周围的蓄热介质进行热量交换，温度升高，升温后的介质从释能介质出口5流出，进入外部的能量利用换热器11完成释能过程，热能被用于发电或建筑物供暖、供热水，其释能介质可以是水、空气或其他导热油等介质，释能后的低温释能介质由释能介质入口4进入蓄能罐，完成一个循环。在释能过程中，由于释能换热器7内的释能介质与储存在蓄能罐罐体1中的高温蓄热介质交换热量，释能换热器7周围蓄热介质温度降低，沿蓄能罐与隔板6形成的环形通道向下运动，驱动下部高温蓄热介质沿隔板6的中心向上流动，高温蓄热介质从上部流入环形通道，这样在释能换热器7周围的蓄热介质会长时间保持高温，提高了蓄热介质的释能效率。

实施例2：

与实施例1相类似，只是将电加热器改为圆柱形加热器，此时连接口就为电加热器电源入口9，其他过程与实施例1相同，如图3所示。

实施例3：

如图4所示，与实施例2类似，只是将能量利用装置12改为常规的供暖/供热水装置，去掉了能量利用换热器11，其他过程与实施例2相同。以水为释能介质，水由释能介质入口4进入蓄能罐内的释能换热器7，温度升高，压力增大，由释能介质出口5出，进入常规的供暖/供热水装置，实现热能的有效利用。

实施例4：

如图5所示，与实施例2类似，不同的是，蓄热介质和释能介质相同，在蓄能罐罐体1内没有浸没式释能换热器和隔板6，罐内蓄热介质被电加热器10加热、融化，温度升高后，电能转换为蓄热介质的热能储存起来；释能时，蓄热介质从释能介质出口5被抽出，在能量利用换热器11内释放能量，供外部有效利用，释能后的低温蓄热介质从蓄能罐的底部释能介质入口4进入蓄能罐，在电加热器10的作用下，温度升高，向上运动。如此过程，实现电能的储存和利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种单罐电能蓄能装置，其特征在于，包括蓄能罐罐体、蓄热介质入口、蓄热介质出口、释能介质入口、释能介质出口、电加热器、电加热器连接口、能量利用装置；

所述蓄热介质入口设在所述蓄能罐罐体的顶部；所述蓄热介质出口设在所述蓄能罐罐体的底部；

所述释能介质入口、释能介质出口以及电加热器连接口设在所述蓄能罐罐体上，其中所述释能介质入口在所述释能介质出口下方；

所述电加热器设在蓄能罐罐体内的底部；

所述能量利用装置串联连接在所述释能介质入口与释能介质出口之间。

2.如权利要求1所述的蓄能装置，其特征在于，在所述蓄能罐罐体内部还设有阻止高低温热量混合的绝热隔板，绝热隔板固定在蓄能罐体的中央。

3.如权利要求2所述的蓄能装置，其特征在于，在所述隔板上部套有螺旋管释能换热器。

4.如权利要求3所述的蓄能装置，其特征在于，在所述浸没式螺旋管换热器管壁外部设有用于强化换热的翅片，所述浸没式螺旋管换热器管内可以设有用于强化传热的强化管。

5.如权利要求1所述的蓄能装置，其特征在于，还包括与所述能量利用装置并联连接的能量利用换热器。

6.如权利要求1所述的蓄能装置，其特征在于，所述能量利用装置选自传统的热电转换装置、常规建筑物供暖装置中的任意一种。

7.如权利要求1所述的蓄能装置，其特征在于，所述电加热器选自螺旋管型加热器、圆柱形加热棒中的任意一种。

8.如上任意一项权利要求所述的单罐蓄能装置的使用方法，其特征在于，包括蓄能阶段和释能阶段，具体为：

（1）蓄能阶段：将蓄热介质从蓄热介质入口加入蓄能罐罐体，通过电加热器加热蓄能罐内的蓄热介质，使其温度升高，将电能转化为蓄热介质的热能，储存在蓄能罐内，直到整个蓄能罐内充满了高温蓄热介质，蓄能结束；

（2）释能阶段：低温释能介质从释能介质入口进入蓄能罐内，与高温蓄热介质交换热量，温度升高，升温后的高温释能介质从释能介质出口排出。

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