CN105910390A - 一种多段储热装置和使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多段储热装置和使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统，所述储热装置包括：至少两个储热器，相邻所述储热器之间借助输热通道串联，至少一个所述储热器和热能的输出端相连接；在储热过程中，前一级所述储热器储热过程中溢出的热能借助所述输热通道进入后一级所述储热器中，为后一级所述储热器预热,前一级储热器中释放的尾气仍包含一定的热能，再对后一级储热器预热后，尾气中的热能能够较大限度的交换给储热器中的储热介质，从而较大程度的提高热能的存储率，避免热能浪费。

Description

一种多段储热装置和使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统

技术领域

本发明涉及热能存储和输送技术领域，具体涉及一种多段储热装置和一种使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置。

背景技术

深热液化空气储能技术是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式，液态空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、占地小不依赖于地理条件等优点。储能时，电能将空气压缩、热却并液化，同时存储该过程中释放的热能，用于释能时加热空气；释能时，液态空气被加压、气化，推动膨胀发电机组发电，同时存储该过程的热能，用于储能时热却空气。

现有的深热液化空气储能技术中，被储存的热能常用于气态空气液化过程中对气态空气进行热却降温，然而气态空气液化所需要消耗的热能有限，而多余的热能则被排出，从而造成了热能的浪费。为此，本领域技术人员通常使用储热装置来将热能收集存储，再将热能进行定向的输送，例如为室内输送热气等。实际使用过程中，一个储热装置能够储存的热能是有限的，要使用多个储热装置协同储热，通常在一个储热装置储热完成以后，再对下一个储热装置进行储热，这种储热方法存在以下缺陷:1.前一级储热过程中将会有热能不断逸出，使得热能的储存率较低；2.后一级的储热装置由于是在后存储，因此其内的热能存量常常比前一级储热装置的存量更多，也即是，通过后一级储热装置释放出的热能温度更低，这样就造成了热能释放时，输出的温度不同，输出的热能品质不均匀。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的储热装置中热能的储存率较低，以及在输出热能时，其输出的温度不同，输出的热能品质不均匀的技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多段储热装置，其特征在于，包括：

至少两个储热器，相邻所述储热器之间借助输热通道串联，至少一个所述储热器和热能的输出端相连接；在储热过程中，前一级所述储热器和后一级所述储热器分别用于储存不同温度区间的热能。

上述的多段储热装置中，若干个相邻的所述储热器为一组，且每组所述储热器中在在前的一级连接所述热能的输出端。

上述的多段储热装置中，位于串联第一级的所述储热器连接所述热能的输出端。

上述的多段储热装置中，还包括释热通道，所述释热通道将所述储热器一一串联。

上述的多段储热装置中，所述释热通道与所述输热通道为同一通道。

本发明还提供一种使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置，包括能量输入装置，用于为储能系统中输入能量；

空气压缩装置，受所述能量输入装置驱动将气态空气压缩成液态空气；

气化装置，将所述液态空气气化；

以及，上述的多段储热装置，将所述空气压缩装置中气态空气液化过程中产生的热能存储。

上述的使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置中，所述空气压缩装置包括：第一级空气压缩机、空气净化机、以及第二级空气压缩机，所述第一级空气压缩机为低压压缩机，所述第二级为高压压缩机，所述空气净化装置将经过低压压缩的空气净化，并输入至所述第二级空气压缩机中进一步压缩为液态空气。

上述的使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置中，所述气化装置通过所述输热通道和所述储热器相连接。

上述的使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置中，所述气化装置为蒸发器。

本发明还提供一种电力存储输热系统，包括上述的使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置，还包括膨胀机组，所述膨胀机组为至少一级，且所述膨胀机组和发电机组的输入轴相连接，从而带动所述发电机组运转发电。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明的多段储热装置中,至少两个储热器，相邻所述储热器之间借助输热通道串联，至少一个所述储热器和热能的输出端相连接；在储热过程中，前一级所述储热器和后一级所述储热器分别用于储存不同温度区间的热能，这样在将热能输出时，可以根据不同储热器中储存热能的温度的不同，而将热能按照需求混合输出，从而提供更高品质的热能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例1中所述的多段储热装置储热过程的原理示意图；

图2为本发明的实施例1中所述的多段储热装置释热过程的原理示意图；

图3为本发明的实施例3中所述的使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置的原理示意图；

图4为本发明的实施例4中所述的电力存储输热系统的原理示意图。

附图标记说明：

1-储热器；2-输热通道；3-释热通道；4-能量输入装置；5-空气压缩装置；6-气化装置；7-膨胀机组。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

参考图1，本实施例提供一种多段储热装置，包括若干储热器1，储热器1的数量不少于2，任一储热器1和热能输出端相连接，从而接收热能输出端输出的热能并存储，并且，相邻的存储器1之间借助输热通道2进行串联，这样在储热过程中，前一级储热器1储热过程中逸出的热能能够通过输热通道2进入到后一级的储热器1中，从而为后一级储热器1进行预热。并且，前一级所述储热器1和后一级所述储热器1分别用于储存不同温度区间的热能，这样在将热能输出时，可以根据不同储热器中储存热能的温度的不同，而将热能按照需求混合输出，从而提供更高品质的热能。

例如：第一级储热器1中储存热能的温度为50度，第二级储热器1中储存热能的温度为60°，通过两个储热器1输出不同量的热能，即可得到任意50-60度之间温度的热能，同理，多段储热技术中使用的储热器1不仅限于是两个，还可以是三个、四个等等，在此则不一一赘述。

上述实施方式是本实施例的核心技术方案，通过将储热器1之间借助输热通道2串联的设计，将前一级储热器1在储热过程中一逸出的余热导入到后一级储热器1中，为后一级储热器1预热。

作为一种优选的实施方式，热能是借助于空气、液体或其他介质在储热器1中进行换热的，以空气为例，前一级储热器1中释放的尾气仍包含一定的热能，再对后一级储热器1预热后，尾气中的热能能够较大限度的交换给储热器1中的储热介质，从而较大程度的提高热能的存储率，避免热能浪费。

本实施例中优选将为于串联第一级的储热器1和热能的输出端相连，其后的多级储热器1也分别和热能的输出端通过输热通道2相连，并且在每条输热通道2上设置有可打开、关闭或调解热能流速的控制阀。

上述多段储热装置的储热过程为：

参考图1.首先打开位于第一级的储热器1和热能输出端之间的控制阀，以及第一级的储热器1和第二级的储热器1之间的控制阀，热能首先进入到第一级的储热器1中，在换热过程中尾气通过控制阀进入到第二级的储热器1中，从而对第二级的储热器1进行预热，保证了热能的充分利用。在第一级的储热器1储热完毕后，关闭第一级的储热器1和热能输出端之间的控制阀，以及第一级的储热器1和第二级的储热器1之间的控制阀，至此第一级的储热器1储热完毕。而后打开第二级的储热器1和热能输出端之间的控制阀，热能由输热通道2进入到第二级的储热器1中，并打开第二级的储热器1和第三级的储热器1之间的控制阀，第二级的储热器1在储热过程中逸出的带有余热的尾气进入到第三级的储热器1中，为其预热，从而完成了第二级的储热器1的储热，以及第三级的储热器1的预热过程。其后的第三级、第四级、第五级等的储热过程与之相同，在此则不一一赘述。

上述多段储热装置的释热过程为：

依次打开每个储热器1之间的控制阀，关闭每个储热器1和热能输出端之间的控制阀，以最后一级的储热器1为起始，以空气作为热能的输出介质。向最后一级的储热器1通入常温空气，常温气体依次通过每一级的储热器1后输出，从而使得输出的气体处于较小幅度变动的温度区间内，使得输出的热能品质更高，适用范围更广。

需要说明的是，本实施例中优选释能过程中所使用的释热通道3和储热通道2为同一通道，从而有助于简化结构和降低成本。但释热通道3也可以是和储热通道2不为同一通道，而单独进行设计的。以下则结合释热通道3和储热通道2为同一通道的实施方式，并结合图2对本实施例的释热过程进行解释说明。

而另一方面，在上述优选的多段储热装置中，只有其中一级储热器1是与热能的输出端相连通的，这样就使得该级储热器1始终处于接收热能的状态，因此其储存的热能最多。如不经过上述尾气预热过程，那么储热器中存储的热能将随着级数的递增而递减，这就造成了不同储热器1内储热温度不同，在需要释放热能时，就会使得输出热能的品质不均匀，影响到储热器1释放热能的适用范围。例如，利用储热器1输出热能对某些材料进行保藏时，热能输出不均匀就可能导致材料变质或发生物理状态的变化等等，在此则不一一举例说明。

实施例2

本实施例和实施例1不同的是，本实施例中，仅采用若干储热器1的其中之一和热能的输出端相连接，在储热过程中，依次储存在各级储热器1中，释能过程和实施例1相同。

这种储热方式相比于实施例1来说，逸出的尾气仍然包含较多的热能，但前一级储热器1中排出的尾气仍能为后一级的储热器1进行预热，因此相比于现有技术中的储热装置来说，仍能在一定程度上提高储热率，减少热能浪费。

实施例3

以下结合图3详细说明本实施例提供的使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置，该使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置包括：能量输入装置4，用于为储能系统中输入能量；

空气压缩装置5，受所述能量输入装置4驱动将气态空气压缩成液态空气；

气化装置6，将所述液态空气气化；

以及，实施例1或2中所述的多段储热装置，将所述空气压缩装置5中气态空气液化过程中产生的热能存储。

上述实施方式是本实施例的核心技术方案，将实施例1或2中所述的多段储热装置和液态空气储能装置相结合使用，实际工作过程是，气态空气首先经过空气压缩装置在特定的环境条件下压缩成液态空气，在此过程中收集储存热能,经过收集后的热能存储在实施例1或实施例2所述的多段储热装置中。

具体地，空气压缩装置5通过输热通道2和储热器1相连接，在图3中储热器1为三个独立的储热罐体，但在实际使用中，其既代表是如图1，图2所示的多个罐体结合连接的形式，也可以代表三个或者更多的储热罐体依照图1或图2所示的形式管道的连接。具体地所述空气压缩装置5包括：第一级空气压缩机、空气净化机、以及第二级空气压缩机，所述第一级空气压缩机为低压压缩机，所述第二级为高压压缩机，所述空气净化装置将经过低压压缩的空气净化，并输入至所述第二级空气压缩机中进一步压缩为液态空气。

实施例4

本实施例提供一种电力存储输热系统，参考3和4，使用实施例3中所述的使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置，具体地，还包括膨胀机组7，所述膨胀机组7为至少一级，且所述膨胀机组7和发电机组的输入轴相连接，从而带动所述发电机组运转发电。

参考图4，气态空气经过液化后释放了大量的热能，热能被储存于储热器1中，也即是将能量输入装置4输入的机械能转化成了液态空气和热能进行储存，该部分热能使用实施例1或2所述的多段储热装置进行高效的热能存储。当需要使用液态空气存储的能量时，将液态空气气化，经过气化装置6气化后的液态空气进入到膨胀机组7中，由于体积的变化，气化后的液态空气能够驱动膨胀机组7做功，进而使得膨胀机组7能够带动与其连接的发电机组运转发电，将液态空气存储的能量转化为电能。同时液态空气在气化过程中将释放大量的冷能，将冷能进行收集后，可以用于为气态空气液化提供低温环境。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种多段储热装置，其特征在于，包括：

至少两个储热器(1)，相邻所述储热器(1)之间借助输热通道(2)串联，至少一个所述储热器(1)和热能的输出端相连接；在储热过程中，前一级所述储热器(1)和后一级所述储热器(1)分别用于储存不同温度区间的热能。

2.根据权利要求1所述的一种多段储热装置，其特征在于：

若干个相邻的所述储热器(1)为一组，且每组所述储热器(1)中在在前的一级连接所述热能的输出端。

3.根据权利要求1所述的多段储热装置，其特征在于：

位于串联第一级的所述储热器(1)连接所述热能的输出端。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的多段储热装置，其特征在于：

还包括释热通道(3)，所述释热通道(3)将所述储热器(1)一一串联。

5.根据权利要求4所述的多段储热装置，其特征在于：

所述释热通道(3)与所述输热通道(2)为同一通道。

6.一种使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统，其特征在于，包括：

能量输入装置(4)，用于为储能系统中输入能量；

空气压缩装置(5)，受所述能量输入装置(4)驱动将气态空气压缩成液态空气；

气化装置(6)，将所述液态空气气化；

以及，权利要求1-5中任一项所述的多段储热装置，将所述空气压缩装置(5)中气态空气液化过程中产生的热能存储。

7.一种根据权利要求6所述的使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置，其特征在于：

所述空气压缩装置(5)包括：第一级空气压缩机、空气净化机、以及第二级空气压缩机，所述第一级空气压缩机为低压压缩机，所述第二级为高压压缩机，所述空气净化装置将经过低压压缩的空气净化，并输入至所述第二级空气压缩机中进一步压缩为液态空气。

8.根据权利要求6所述的使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置，其特征在于：

所述气化装置(6)通过所述输热通道(2)和所述储热器(1)相连接。

9.根据权利要求8所述的使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置，其特征在于：

所述气化装置(6)为蒸发器。

10.一种电力存储输热系统，其特征在于，包括权利要求6-9中任一项所述的使用多段储热技术的深冷液化空气储能系统多段储热装置，还包括膨胀机组(7)，所述膨胀机组(7)为至少一级，且所述膨胀机组(7) 和发电机组的输入轴相连接，从而带动所述发电机组运转发电。