CN106121755B - 一种储能发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种储能发电系统，包括：储热单元，包括连通设置的高温储热装置、低温储热装置，且高温储热装置和低温储热装置中均存有储热工质；膨胀换热单元，设为串接的n个，包括串接的换热装置和膨胀机，n≥2；释能时，压缩空气依次通过各个膨胀换热单元，且换热装置利用储热工质对压缩空气进行加热，加热后压缩空气通入相应膨胀机做功；释能时，高温储热装置中储热工质通入任意m个膨胀换热单元的换热装置中进行换热，m个膨胀换热单元的换热装置排出的储热工质通入其余n‑m个膨胀换热单元中换热装置中进行换热，1≤m＜n。高温储热装置中储热工质会经过两次传热过程，进而使得所述高温储热装置中储热工质的储热利用更加充分。
Description
技术领域
本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种储能发电系统。
背景技术
目前，风电、太阳能光伏等新型清洁能源在接入电网的比例越来越高。然而，清洁能源往往存在间歇性或稳定性差的因素，例如风电受到各种环境因素影响，在电网的高负荷需求时期，风电的可靠性差，在低负荷时期却可能发出大量电网难以消纳的功率。因而，在我国很多地区都存在弃风、弃光限电问题，对我国可再生能源的发展不利。而如果把弃风、弃光现象中浪费的电能存储起来，在用电高峰到来的时候，再把这部分电能拿来补充电量不足,可实现电网运行中的削峰填谷作用。
带储热装置的压缩空气储能系统是一种极具发展潜力的大规模储能方式，它具有高效低耗、启动快、调节灵活、成本低、环境友好等优点。其工作过程如下：在电网用电的低谷时期，使用价格相对便宜且有剩余的电力驱动空气压缩机压缩空气，并将压缩后的高压空气储存在特定的密闭空间中，同时回收空气在压缩过程中产生的热量并储存在储热罐中；在用电高峰时期，压缩空气被释放，并利用回收的热能加热压缩空气，而吸收热量后空气通入透平膨胀机做功，透平透平膨胀机带动发电机发电。
例如，中国专利文献CN105043147A公开了一种采用液态蓄冷工质的液化压缩空气储能系统，包括压缩机子系统、蓄冷子系统、储热子系统、液化子系统和透平发电子系统级，压缩机子系统均由一个压缩机串接一个压缩换热器组成；蓄冷子系统由蓄冷换热器、常温蓄冷液体罐和低温蓄冷液体罐组成；储热子系统由多级储热单元组成，多级储热单元中的每一级储热单元均由一个高温储热箱并联一个常温储热箱组成；液化子系统由节流阀、低温储罐和低温泵组成；透平发电子系统由发电机和串接的多级膨胀换热单元组成，多级膨胀换热单元中的每一级膨胀换热单元均由一个透平膨胀换热器串接一个透平膨胀机组成；多级储热单元中的各级储热单元的一端连接相应级的膨胀换热单元的膨胀换热器。
然而，上述储能系统中，释能时各级储热单元中储热工质将储存的热量传给相应膨胀换热单元的透平膨胀机入口处的空气，之后储热工质便存储在储热箱单元的常温储热箱中。也就是说，各级储热单元中储热工质仅经过一次传热过程便不再利用，这会导致储热工质的储热利用不够充分。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有储能发电系统中储热工质的储热利用不充分的缺陷。
为此，本发明提供了一种储能发电系统，包括：
储热单元，包括连通设置的高温储热装置、低温储热装置，且所述高温储热装置和所述低温储热装置中均存有储热工质；
膨胀换热单元，设为串接的n个，每个所述膨胀换热单元包括串接的换热装置和膨胀机，n≥2；
储能时，所述低温储热装置中的部分储热工质换热升温后通入所述高温储热装置；释能时，压缩空气依次通过各个所述膨胀换热单元，且所述换热装置利用储热工质对所述压缩空气进行加热，加热后压缩空气通入相应所述膨胀机做功；
释能时，所述高温储热装置中储热工质通入任意m个所述膨胀换热单元的所述换热装置中进行换热，m个所述膨胀换热单元的所述换热装置排出的储热工质通入其余n-m个所述膨胀换热单元中所述换热装置中进行换热，1≤m＜n。
作为优选，其余n-m个所述膨胀换热单元中所述换热装置排出的储热工质通入所述低温储热装置中。
作为优选，述高温储热装置中储热工质通入所述压缩空气流动方向上前m个所述膨胀换热单元中所述换热装置中进行换热，前m个所述膨胀换热单元中所述换热装置排出的储热工质通入所述压缩空气流动方向上后n-m个所述膨胀换热单元中所述换热装置中进行换热。
作为优选，m＝3，n＝4。
作为优选，所述储能发电系统还包括加热装置以及设置有吸附剂的净化器，且所述压缩空气依次通过各个所述膨胀换热单元后通入所述加热装置，经加热后压缩空气通入所述净化器中加热所述吸附剂。
作为优选，所述加热装置包括低温加热器和高温加热器，所述高温加热器与净化器连通设置，所述低温加热器的热源来自m个所述膨胀换热单元的所述换热装置排出的储热工质，所述高温加热器的热源来自所述高温储热装置中储热工质。
作为优选，所述储能发电系统包括：
预热器，设置于所有所述膨胀换热单元的上游，其热源来自m个所述膨胀换热单元的所述换热装置排出的储热工质，和/或所述高温加热器排出的储热工质；
风冷器，用于对所述低温加热器排出的储热工质与所述预热器排出的储热工质进行降温，且降温后储热工质通入所述低温储热罐储存。
作为优选，所述储能发电系统还包括：
压缩机，用于对空气进行压缩得到所述压缩空气；
空气罐，用于盛放所述压缩空气。
作为优选，所述储能发电系统还包括发电机，释能时所述膨胀机膨胀做功以驱动所述发电机发电并输出。
作为优选，所述储热工质为导热油。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的储能发电系统，任意m个所述膨胀换热单元的所述换热装置的热源来自所述高温储热装置中储热工质，其余n-m个所述膨胀换热单元中所述换热装置的热源来自m个所述膨胀换热单元的所述换热装置排出的储热工质，也就是说，所述高温储热装置中储热工质会依次通入m个所述膨胀换热单元的所述换热装置和n-m个所述膨胀换热单元中所述换热装置中进行换热，因而所述高温储热装置中储热工质会经过两次传热过程，进而使得所述高温储热装置中储热工质的储热利用更加充分。
本发明提供的储能发电系统，所述储能发电系统还包括低温加热器、高温加热器以及设置有吸附剂的净化器，所述低温加热器的热源来自m个所述膨胀换热单元的所述换热装置排出的储热工质，所述高温加热器的热源来自所述高温储热装置中储热工质，因而储能发电系统中储热工质能够进一步用来加热所述净化器中吸附剂，避免使用电加热器加热分子筛，进而节约了能耗。
本发明提供的储能发电系统，还包括预热器和风冷器，预热器能够对压缩空气进行预热，风冷器能够对储热工质进行降温，而且预热器的热源来自m个所述膨胀换热单元的所述换热装置排出的储热工质，和/或所述高温加热器排出的储热工质，从而进一步提高了储热工质的储热利用率。
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为本发明的实施方式中提供的储能发电系统的结构示意图。
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。
如图1所示，本实施例提供的储能发电系统，包括由连通设置的高温储热装置1、低温储热装置2组成的储热单元，串接的4个膨胀换热单元，每个所述膨胀换热单元包括串接的换热装置3和膨胀机4，以及与所述压缩空气流动方向上第4级膨胀换热单元连接的低温加热器5、高温加热器6和净化器7，设置于所述压缩空气流动方向上第1级膨胀换热单元上游的预热器8，还有与低温储热装置2连接的风冷器9。其中，高温储热装置1、低温储热装置2中存有导热油(作为储热工质)。储能时，所述低温储热装置2中的低温导热油经压缩机冷却器后成为高温导热油(温度一般在280℃左右)通入所述高温储热装置1储存。释能时，高温储热装置1储存的高温导热油导热油泵压入所述压缩空气流动方向上前3级膨胀换热单元中的换热装置3，以将空气加热至280℃左右，并通过调整各级膨胀机的压比，调整每级排气温度；所述压缩空气流动方向上的第2级和第3级的换热装置3排出的中温导热油(185℃左右)通入第4级换热装置3，第4级换热装置3排出的导热油通入预热器8，已将常温高压空气提前预热至160℃；第4级膨胀机排气为常温此处标识为常温，无需写出温度值，抽出部分气体作为净化器7的再生冷吹气，其余排气通入低温加热器5和高温加热器6。低温加热器5热源为第1级换热装置排出的中温导热油，常温排气被加热至160℃左右。高温加热器6热源为高温储热罐1中的高温导热油，经过高温加热器6后的空气被加热至240℃左右，之后通入空气净化器7加热分子筛吸附剂。高温加热器6排出的导热油也通入预热器8余热常温空气。低温加热器5排出的导热油与预热器8排出的导热油混合后通入风冷器9降温，温度由90℃左右降至35℃左右，之后通入低温储热罐2储存。
本实施例提供的储能发电系统中，压缩空依次通入预热器、4级膨胀换热单元、低温加热器、高温加热器和净化器。而导热油的流通过程为：来自高温储热装置1的高温导热油通入前3级换热装置中进行换热，而第2和第3级换热装置排出的导热油进行第4级换热装置中进行换热，第4级换热装置排出的导热油通入预热器以对空气进预热，同时第1级换热装置排出的导热油通入低温加热器中，来自高温储热装置1的高温导热油通入高温加热器中，高温加热器排出的导热油通入预热器，预热器排出的导热油以及低温加热器排出的导热油通入风冷器进行降温，最后通入低温储热装置存储。
需要说明的是，本实施例中导热油作为储热工质使用，但是储热工质可以为任何有机传热物质，并不仅限于导热油。换热装置3可以为再热器等。
本实施提供的所述储能发电系统还包括：压缩机，用于对空气进行压缩得到所述压缩空气；空气罐，用于盛放所述压缩空气；发电机，释能时所述膨胀机4膨胀做功以驱动所述发电机发电并输出。
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)
1.一种储能发电系统，包括：
储热单元，包括连通设置的高温储热装置(1)、低温储热装置(2)，且所述高温储热装置(1)和所述低温储热装置(2)中均存有储热工质；
膨胀换热单元，设为串接的n个，每个所述膨胀换热单元包括串接的换热装置(3)和膨胀机(4)，n≥2；
储能时，所述低温储热装置(2)中的部分储热工质换热升温后通入所述高温储热装置(1)；释能时，压缩空气依次通过各个所述膨胀换热单元，且所述换热装置(3)利用储热工质对所述压缩空气进行加热，加热后压缩空气通入相应所述膨胀机(4)做功；
其特征在于，释能时，所述高温储热装置(1)中储热工质通入任意m个所述膨胀换热单元的所述换热装置(3)中进行换热，m个所述膨胀换热单元的所述换热装置(3)排出的储热工质通入其余n-m个所述膨胀换热单元中所述换热装置(3)中进行换热，1≤m＜n。
2.根据权利要求1所述的储能发电系统，其特征在于，其余n-m个所述膨胀换热单元中所述换热装置(3)排出的储热工质通入所述低温储热装置(2)中。
3.根据权利要求1所述的储能发电系统，其特征在于，将所述高温储热装置(1)中的储热工质通入所述压缩空气流动方向上的前m个所述膨胀换热单元中的所述换热装置(3)中，以进行换热；
将前m个所述膨胀换热单元中的所述换热装置(3)排出的储热工质通入所述压缩空气流动方向上的后n-m个所述膨胀换热单元中的所述换热装置(3)中，以进行换热。
4.根据权利要求3所述的储能发电系统，其特征在于，m＝3，n＝4。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的储能发电系统，其特征在于，所述储能发电系统还包括加热装置以及设置有吸附剂的净化器(7)，且所述压缩空气依次通过各个所述膨胀换热单元后通入所述加热装置，经加热后压缩空气通入所述净化器(7)中加热所述吸附剂。
6.根据权利要求5所述的储能发电系统，其特征在于，所述加热装置包括低温加热器(5)和高温加热器(6)，所述高温加热器(6)与净化器(7)连通设置，所述低温加热器(5)的热源来自m个所述膨胀换热单元的所述换热装置(3)排出的储热工质，所述高温加热器(6)的热源为所述高温储热装置(1)中储热工质。
7.根据权利要求6所述的储能发电系统，其特征在于，所述储能发电系统包括：
预热器(8)，设置于所有所述膨胀换热单元的上游，其热源来自m个所述膨胀换热单元的所述换热装置(3)排出的储热工质，和/或所述高温加热器(6)排出的储热工质；
风冷器(9)，用于对所述低温加热器(5)排出的储热工质与所述预热器(8)排出的储热工质进行降温，且降温后储热工质通入所述低温储热罐储存。
8.根据权利要求1所述的储能发电系统，其特征在于，所述储能发电系统还包括：
压缩机，用于对空气进行压缩得到所述压缩空气；
空气罐，用于盛放所述压缩空气。
9.根据权利要求1所述的储能发电系统，其特征在于，所述储能发电系统还包括发电机，释能时所述膨胀机(4)膨胀做功以驱动所述发电机发电并输出。
10.根据权利要求1所述的储能发电系统，其特征在于，所述储热工质为导热油。
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