CN104661350B - 三腔电蓄热器及风光电蓄热互补电站 - Google Patents

三腔电蓄热器及风光电蓄热互补电站 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种三腔体电蓄热器，至少包含有一个容器，容器内部设置有至少三个腔体，一个为蓄热腔体，一个为换热腔体，在蓄热腔体内设置有蓄热材料；在蓄热材料内设置有将电能转换为热能的器件，将电能转换为热能，经转换的热能储存在蓄热材料内；实现热能的储存和利用。本发明将电热转换与蓄热和利用通过一个容器实现结合和利用，特别是可以实现不同温度以及高温的使用，采用固体粒块、混凝土蓄热可以实现1500度以内的蓄热和换热，从而使的电能被高效的利用和转换。本发明还提供一种利用三腔体蓄热器实现风光电蓄热互补电站，通过将风光电产生的电能转换为热能，然后再将其利用三腔体电蓄热器进行储存后发电。

Description

三腔电蓄热器及风光电蓄热互补电站
技术领域
本发明涉及利用电能进行蓄热以及蓄热发电，特别是蓄热材料实现电的转换与热能的储存，并利用太阳能光伏、风电、传统波谷电的互补发电系统。
背景技术
现有的太阳能发电主要有光伏和光热两种，光伏发电需要硅或其他特殊材料进行发电，光热发电有槽式、塔式和蝶式。热电主要是大规模的发电，缺乏小规模、家庭化、低成本化的热发电系统，同时现有的太阳能真空集热管主要应用于太阳能热水器，还没有采用太阳能真空集热管为采集能源进行热发电的系统。
现有的风力发电已经非常的成熟，以及太阳能光伏发电也是非常成熟，但是由于光伏和风力发电主要技术问题在于其发电都是波动电力，由于风力及太阳能的强度无法控制，因而其发出的电力也是无法控制，因而波动是必然的，这样给电力传输带来困难，为了防止电网被摧毁，因而很多的风力发出的电力以及光伏所发出的的电力被抛弃，每年中国现在弃电达到百亿元，为了将其电力能够使用，采用了很多的技术方案。
采用压缩控制进行对电力进行储存，这是现有的正在进行的技术，但是其效率仅仅可以到达70％，及其可以将70％的风力或光伏的电力转换为平稳的电力。
发明内容
本发明的目的是提供一种三腔体电蓄热器，至少包含有一个容器，容器内部设置有至少三个腔体，一个为蓄热腔体，一个为换热腔体，在蓄热腔体内设置有蓄热材料；在蓄热材料内设置有将电能转换为热能的器件，将电能转换为热能，经转换的热能储存在蓄热材料内；实现热能的储存和利用。
本发明将电热转换与蓄热和利用通过一个容器实现结合和利用，特别是可以实现不同温度以及高温的使用，采用固体粒块、混凝土蓄热可以实现1500度以内的蓄热和换热，从而使的电能被高效的利用和转换。
本发明的另外一个目的是提供一种利用三腔体蓄热器实现风光电蓄热互补电站，通过将风光电产生的电能转换为热能，然后再将其利用三腔体电蓄热器进行储存后发电。
具体发明内容如下：
三腔电蓄热器，包括发电系统、电热转换器、固体粒块、壳体和保温材料，其特征是：
至少包含有一个容器，容器内部设置有至少三个腔体，一个为蓄热腔体，一个为换热腔体，一个为加热腔体，在蓄热腔体内设置有蓄热材料；在加热腔体内设置有将电能转换为热能的器件，将电能转换为热能；在加热腔体与蓄热腔体之间设置有换热器件，可以将加热腔体的热能与蓄热腔体进行交换，将热能加热蓄热腔体，实现热能的储存；
在换热腔体上设置有流体进口以及出口，流体从进口进入到容器内部，并通过换热器件与蓄热材料进行换热，换热后的高温流体从出口流出，实现热能的利用。
所述的将电能转换为热能的器件选择自下列一种或多种：
A、电阻丝，利用金属的电阻产生热能的器件；
B、电热陶瓷；
C、电感加热器，电磁感应产生热能的器件；
D、微波电热转换器，设置有微波发生器，可以将电能转换为热能；
E、通过电解水装置将电能转换为氢气以及氧气，然后再通过燃烧产生热能。
所述的加热腔体与蓄热腔体的换热器件或者蓄热腔体与换热腔体的换热器件，选择下列一种：
A、流体管道换热：设置有蓄热材料与加热腔体之间的多个管道，或者蓄热腔体与换热腔体之间的管道的多个管道，管道的进口与出口相互连通，使得流体可以在管道内流动；管道的一部分设置在蓄热腔体内，另一部分设置在换热腔体内或换热腔体内；利用电能转换为热能的器件加热流体，将流体在流体管道内进行循环，实现热能的交换；
B、热管换热：采用重力热管或循环热管，重力热管的蒸发段设置在加热腔室内，冷凝段设置在蓄热腔体内，并与蓄热材料进行紧密连接进行换热；对于循环热管热管的部分壳体设置在蓄热材料腔室内，其余部分设置在加热腔室，并与流体进行换热；热管工作介质根据需要选取10-1200度的热管工作介质；将电能转换为热能的器件直接加热重力热管的蒸发段或者循环热管的吸热部分，通过热管加热蓄热材料；
所述的蓄热材料选择自下列一种或多种：
A、固体粒块蓄热材料；所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在的沙粒、鹅卵石或小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形或不规则形状；在固体粒块上加工有凹或/和凸部位，或者在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；
B、流体蓄热材料；包括液体、气体、等离子体或其混合物；
C、液态金属蓄热材料；
D、混凝土蓄热材料；
E、熔融盐蓄热材料。
所述的电能包括至少下列一种发电系统所产生的电能：
A、太阳能光伏发电系统；
B、风电发电系统；
C、太阳能光伏发电系统和风电发电系统；
D、传统煤、油或气发电方式所发电系统；
E、生物质发电的发电系统。
所述的流体选择自至少下列一种：
A、气体；
B、液体，包括导热油；
C、熔融盐；
D、液态金属，包括温度500度以下为液态的金属；
E、等离子体；
F、超临界体。
一种风光电制蓄热互补电站，其特征是：包括上述的一体化蓄热器，以及至少包含有一组第一发电系统，选择自下列一种：
A、太阳能光伏发电系统；
B、风电发电系统，
C、太阳能光伏发电系统和风电发电系统；
D、传统发电方式所发出的波谷电；
以及至少一个将电能转换为热能的设备，将第一发电系统的电能转换为热能通过权利要求上述的一体化蓄热器进行储存；
以及至少包含第二发电系统，将储存的热能转换为电能。
设置有多个发电机组，多个发电机组与多个蓄热器进行连接，多台蓄热器可以并行共同发电；高温采用背压发电机组，背压发电机组与低温发电机组进行连接，将背压发电机组的余热进行利用。
从多个不同的区域，将太阳能光伏发电系统、风电发电系统、太阳能光伏发电系统和风电发电系统、传统发电方式所发出的波谷电的电力输送到一个中央转换站中，利用中央转换站的设备，实现将电能转换为热能，将多个不同的能源形式转换的热能集中成为大型蓄热器，大型蓄热器直接转换为电能，实现分布式采集集中发电。
从多个不同的区域，将太阳能光伏发电系统、风电发电系统、太阳能光伏发电系统和风电发电系统、传统发电方式所发出的波谷电力，再去发电区域内设置电热转换装置，将电能转换热能后以热能形式进行储存，将储存在不同的区域的蓄热器的集中到一个中央蓄热器中，将多个蓄热器的热能集中到一个中央蓄热器中，再将中央蓄热器的热能转换为电能。
采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：
1、本发明采用双腔蓄热技术，实现了电能的转换、储存与利用的高效结合，可以达到1500度的进行高温蓄热和转换，这样可以实现高效的电能的储存和转换。
2、本发明高温蓄热转换技术，可以将多种形式的电能进行转换，并进行高效的结合储存后利用，实现了风光电有效的互补发电。
3、本发明可以高效的利用垃圾电力后储存利用，解决了将垃圾电力转换为优质电力的问题。
附图说明
图1是三腔电蓄热器示意图。
图2是三腔风光电互补电站示意图。
图中标号含义：
1：容器，2：进口，3：出口，4：蓄热材料，5：流体管道，6：电阻丝，7：微波器件，8：电磁感应器件，9：热管，10：蓄热腔体，11：换热腔体，12：电控制器件，13：煤发电，14：太阳能光伏发电，15：风力发电，16：沼气发电，17：背压机组，18：螺杆机组，19：加热腔体。
具体实施方式
实施例1、双腔电蓄热器
图1是容器1，其内部设置有三个腔体，一个为换热腔体11，一个为蓄热腔体10，一个为加热腔体19，换热腔体11上设置有流体进口2以及出口3，蓄热腔体10内设置有蓄热材料4；在加热腔体内设置有将电能转换为热能的器件，将电能转换为热能，经转换的热能通过换热器件与蓄热材料进行换热；电热转换器件为电阻丝6，采用流通管道5与蓄热材料进行换热，微波器件7采用流体管道与蓄热材料进行换热，电磁感应器件8其产生的热能通过热管实现与蓄热材料的换热，在最右侧为热管9加热，电热首先加热热管9的蒸发端，然后通过设置在蓄热材料内部的冷凝端进行换热，实现对蓄热材料的加热，
换热腔体11上设置有流体进口2以及出口3，并设置有连接进口与出口的管道5，管道的一部分设置在容器的蓄热材料内，并与蓄热材料进行紧密连接，流体从进口进入到容器内部，并与蓄热材料进行换热，后实现热能的储存和利用。
本实施例中可以采用水为低温的蓄热材料，采用导热油作中温100-400度的蓄热材料，采用熔融盐进行400-600度的蓄热，采用混凝土或固体陶瓷粒块实现600-1500度的蓄热，流体低温采用水或导热油，400-1500度可以采用空气或者液态金属如镓。
实施例2、风光电互补电站
图2中容器1，其内部设置有三个腔体，一个为换热腔体11，一个为蓄热腔体10，一个为加热腔体19，换热腔体11上设置有流体进口2以及出口3，蓄热腔体10内设置有蓄热材料4；在加热腔体内设置有将电能转换为热能的器件，将电能转换为热能，经转换的热能通过换热器件与蓄热材料进行换热；电热转换器件为电阻丝6，采用流通管道5与蓄热材料进行换热，微波器件7采用流体管道与蓄热材料进行换热，电磁感应器件8其产生的热能通过热管实现与蓄热材料的换热，在最右侧为热管9加热，电热首先加热热管9的蒸发端，然后通过设置在蓄热材料内部的冷凝端进行换热，实现对蓄热材料的加热。
换热腔体11上设置有流体进口2以及出口3，腔体内设置有热管9进行换热，热管的蒸发段设置在蓄热材料内并与蓄热材料进行紧密连接，冷凝端设置在换热腔体内，流体从进口进入到容器内部，并与热管9冷凝端换热，后实现热能的储存和利用。
本实施例中可以采用水为低温的蓄热材料，采用导热油作中温100-400度的蓄热材料，采用熔融盐进行400-600度的蓄热，采用混凝土或固体陶瓷粒块实现600-1500度的蓄热，流体低温采用水或导热油，400-1500度可以采用空气或者液态金属如镓。
本实施例中，有四组进出口与蓄热腔体进行连接，
第一组(图中最左面)为传统煤发电13所产生的电能，采用流体换热管道实现与蓄热材料的换热；
第二组(图中左2)为光伏发电所产生的电能14，由微波器件7将电能转换为热能，利用换热流体将热能加热蓄热材料；
第三组为风电所产生的电能15，由电磁感应器件8直接加热热管的蒸发段实现对蓄热材料的加热；
第四组为生物质产生的电能，由电热丝直接加热热管9的蒸发端，其冷凝端设置在蓄热材料内，实现将蓄热材料进行加热。
换热容器上设置有流体进口2以及出口3，换热腔体内设置有热管9，其蒸发段设置在蓄热材料内并与蓄热材料进行紧密连接，冷凝段设置在换热腔体内，流体从进口进入到容器内部，并与蓄热材料进行换热，后实现热能的储存和利用。
在使用热能时，将流体从进口内进入到蓄热腔体内，沿着连接进口与出口的流体管道换热，最后从出口流出，流体经蓄热腔体流出后将热能传递给流体，流体采用水，直接产生高温蒸汽450度的蒸汽，首先进入到背压机组，然后再进入到螺杆机组，实现多级的发电，发电后的蒸汽经过冷凝后再次的进入到蓄热器内成为蒸汽，再次进入到发电机组实现发电。
通过本实施例的技术内容，实现了多能源互补的蓄热和发电，从而实现了多能源互补的利用。特别是将各种不同可再生发电进行和有机的结合和发电。
根据本发明的原理及结构，可以设计其他的实施案例，只要符合本发明的原理及结构，都属于本发明的实施。

Claims (8)

1.三腔电蓄热器，包括发电系统、电热转换器、固体粒块、壳体和保温材料，其特征是：
至少包含有一个容器，容器内部设置有至少三个腔体，一个为蓄热腔体，一个为换热腔体，一个为加热腔体，在蓄热腔体内设置有蓄热材料；在加热腔体内设置有将电能转换为热能的器件，将电能转换为热能；在加热腔体与蓄热腔体之间设置有换热器件，可以将加热腔体的热能与蓄热腔体进行交换，将热能加热蓄热腔体，实现热能的储存；
在换热腔体上设置有流体进口以及出口，流体从进口进入到容器内部，并通过换热器件与蓄热材料进行换热，换热后的高温流体从出口流出，实现热能的利用；
所述的将电能转换为热能的器件选择自下列一种或多种：
A、电阻丝，利用金属的电阻产生热能的器件；
B、电热陶瓷；
C、电感加热器，电磁感应产生热能的器件；
D、微波电热转换器，设置有微波发生器，可以将电能转换为热能；
E、通过电解水装置将电能转换为氢气以及氧气，然后再通过燃烧产生热能；
所述的加热腔体与蓄热腔体的换热器件或者蓄热腔体与换热腔体的换热器件，选择下列一种：
A、流体管道换热：设置有蓄热材料与加热腔体之间的多个管道，或者蓄热腔体与换热腔体之间的多个管道，管道的进口与出口相互连通，使得流体可以在管道内流动；管道的一部分设置在蓄热腔体内，另一部分设置在换热腔体内；利用电能转换为热能的器件加热流体，将流体在流体管道内进行循环，实现热能的交换；
B、热管换热：采用重力热管或循环热管，重力热管的蒸发段设置在加热腔室内，冷凝段设置在蓄热腔体内，并与蓄热材料进行紧密连接进行换热；对于循环热管热管的部分壳体设置在蓄热材料腔室内，其余部分设置在加热腔室，并与流体进行换热；热管工作介质根据需要选取10-1200度的热管工作介质；将电能转换为热能的器件直接加热重力热管的蒸发段或者循环热管的吸热部分，通过热管加热蓄热材料。
2.根据权利要求1所述的三腔电蓄热器，其特征是：所述的蓄热材料选择自下列一种或多种：
A、固体粒块蓄热材料；所述的固体粒块为由金属或非金属或其混合物组成的颗粒或者/和砖块，或者自然界存在的沙粒、鹅卵石或小石块，固体粒块的形状为圆形、多边形、菱形、扇形或不规则形状；在固体粒块上加工有凹或/和凸部位，或者在固体粒块上设置有用于相互连接或者与其他器件连接的连接装置；
B、流体蓄热材料，包括液体、气体、等离子体或其混合物；
C、液态金属蓄热材料；
D、混凝土蓄热材料；
E、熔融盐蓄热材料。
3.根据权利要求1所述的三腔电蓄热器，其特征是：所述的电能包括至少下列一种发电系统所产生的电能：
A、太阳能光伏发电系统；
B、风电发电系统；
C、太阳能光伏发电系统和风电发电系统；
D、传统煤、油或气发电方式所发电系统；
E、生物质发电的发电系统。
4.根据权利要求1所述的三腔电蓄热器，其特征是：所述的流体选择自至少下列一种：
A、气体；
B、液体；
C、熔融盐；
D、液态金属；
E、等离子体；
F、超临界体。
5.一种风光电制蓄热互补电站，其特征是：包括权利要求1-4之一所述的任意三腔电蓄热器，以及至少包含有一组第一发电系统，选择自下列一种：
A、太阳能光伏发电系统；
B、风电发电系统；
C、太阳能光伏发电系统和风电发电系统；
D、传统发电方式所发出的波谷电；
以及至少一个将电能转换为热能的设备，将第一发电系统的电能转换为热能通过三腔电蓄热器进行储存；
以及至少包含第二发电系统，将储存的热能转换为电能。
6.根据权利要求5所述的一种风光电制蓄热互补电站，其特征是：设置有多个发电机组，多个发电机组与多个蓄热器进行连接，多台蓄热器可以并行共同发电；高温采用背压发电机组，背压发电机组与低温发电机组进行连接，将背压发电机组的余热进行利用。
7.根据权利要求5所述的一种风光电制蓄热互补电站，其特征是：从多个不同的区域，将太阳能光伏发电系统、风电发电系统、太阳能光伏发电系统和风电发电系统、传统发电方式所发出的波谷电的电力输送到一个中央转换站中，利用中央转换站的设备，实现将电能转换为热能，将多个不同的能源形式转换的热能集中成为大型蓄热器，大型蓄热器直接转换为电能，实现分布式采集集中发电。
8.根据权利要求5所述的一种风光电制蓄热互补电站，其特征是：从多个不同的区域，将太阳能光伏发电系统、风电发电系统、太阳能光伏发电系统和风电发电系统、传统发电方式所发出的波谷电力，再去发电区域内设置电热转换装置，将电能转换热能后以热能形式进行储存，将储存在不同的区域的蓄热器的集中到一个中央蓄热器中，将多个蓄热器的热能集中到一个中央蓄热器中，再将中央蓄热器的热能转换为电能。
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