CN106224041B - 一种电热储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电热储能系统，包括热泵系统、储热储冷系统及热机系统；所述热泵系统包括电机、压缩机、储热换热器及储冷换热器；储热储冷系统包括低温储罐、高温储罐及常温储罐，该系统能够实现对电力的储能，并且占用空间小，不依赖石化燃料，对生态环境影响较小。

Description

一种电热储能系统
技术领域
本发明属于储能领域，涉及一种电热储能系统。
背景技术
我国以煤为主的能源结构支撑起了改革开放以来的经济腾飞，然而煤炭资源不可再生且在利用过程中会造成严重的环境污染，因此逐步提高可再生能源在我国能源结构中的比重将是大势所趋。近十几年来，我国风能、太阳能等可再生能源的装机容量增加迅猛。但是风能、太阳能等可再生能源具有随机性、间歇性和不稳定性，风电和光伏发电的大规模并网会对电网的稳定和安全运行带来冲击。可再生能源电力与大规模储能系统的结合，可以稳定可再生能源发电的出力，减轻可再生能源电力对电网的冲击，此外还可以解决可再生能源发电出力峰值与电网负荷峰值在时间上的不匹配的问题。
现有的大规模储能技术主要有抽水蓄能和压缩空气储能，但这两者对储能地点的地质条件要求极为苛刻，因此其发展受到了一定的限制。全球目前有200多处的抽水蓄能电站，总装机容量达到130GW。而压缩空气储能电站只有2个，合计装机容量为400MW。传统的压缩空气储能还需要提供热源，使其储能效率只有40％。总体来说，未来抽水蓄能的发展潜力受限于缺乏合适的地点以及对生态环境影响较大，可以建设压缩空气储能的地点较多，但是压缩空气储能需要消耗化石燃料。尽管目前正在开发的绝热压缩空气储能技术可不再依赖化石燃料，但是高温高压存储技术还需要有很大的进步，因此急需要一种占用空间小，不依赖化石燃料，并且对生态环境影响小的电储能系统，实现对电力的储能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种电热储能系统，该系统能够实现对电力的储能，并且占用空间小，不依赖石化燃料，对生态环境影响较小。
为达到上述目的，本发明所述的电热储能系统包括热泵系统、储热储冷系统及热机系统；
所述热泵系统包括电机、压缩机、储热换热器及储冷换热器；储热储冷系统包括低温储罐、高温储罐及常温储罐；
电机的输出轴与压缩机的驱动轴相连接，压缩机的工质出口与储热换热器的放热侧入口相连通，储热换热器的放热侧出口与储冷换热器的吸热侧入口相连通，储冷换热器的吸热侧出口与压缩机的工质入口相连通，常温储罐的低温端出口与储冷换热器的放热侧入口相连通，储冷换热器的放热侧出口经低温储罐与热机系统的吸热侧入口相连通，热机系统的吸热侧出口与常温储罐的低温端入口相连通，常温储罐的高温端出口与储热换热器的吸热侧入口相连通，储热换热器的吸热侧出口经高温储罐与热机系统的放热侧入口相连通，热机系统的放热侧出口与常温储罐的高温端入口相连通。
储热换热器的放热侧出口经膨胀机与储冷换热器的吸热侧入口相连通。
还包括引射器、汽液分离器及膨胀阀，其中，储热换热器的放热侧出口与引射器的引射流体入口相连通，引射器的出口与汽液分离器，汽液分离器的汽相工质出口与压缩机的工质入口相连通，汽液分离器的液相工质出口经膨胀阀与储冷换热器的吸热侧入口相连通，储冷换热器的吸热侧出口与引射器的被引射流体入口相连通。
热机系统包括加热器、透平、发电机及冷却器，其中，储热换热器的吸热侧出口经高温储罐与加热器的放热侧入口相连通，加热器的放热侧出口与常温储罐的高温端入口相连通，储冷换热器的放热侧出口经低温储罐与冷却器的吸热侧入口相连通，冷却器的吸热侧出口与常温储罐的低温端入口相连通，透平的工质出口依次经冷却器的放热侧及加热器的吸热侧与透平的入口相连通，透平的输出轴与发电机的驱动轴相连通。
冷却器的放热侧与加热器的吸热侧之间通过泵相连通。
热泵系统中的工质为二氧化碳。
储热储冷系统中的工质为二氧化碳或有机工质。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的电热储能系统在具体操作时，待储存电力使电机工作，电机带动压缩机工作，压缩机压缩介质，使介质升温，再通过储热换热器将热量存储到高温储罐、常温储罐及低温储罐中，实现电能的储存，当需要利用存储的电能时，热机系统通过换热的方式获取储热储冷系统中的热量，然后利用获取的热量通过透平带动发电机工作，通过发电机进行发电，整个系统不受周围环境的影响，并且占用空间小，不依赖石化燃料，对生态环境影响较小。另外，需要说明的是，本发明可以实现电力的大规模储存，储存电力的功率可以达到几十万千瓦，储能时间可以持续数个小时，储能效率大于60％；同时本发明可以调控风能、太阳能发电的不稳定性和不连续性，实现安全、稳定供电，减轻可再生能源电力对电网的冲击，并且还可以将可再生能源发出的电力储存起来，在电网负荷峰值时输出，解决可再生能源发电出力峰值与电网负荷峰值在时间上的不匹配的问题。
附图说明
图1为本发明一种的结构示意图；
图2为本发明的又一种结构示意图。
其中，1为电机、2为压缩机、3为储热换热器、4为膨胀机、5为储冷换热器、6为高温储罐、7为常温储罐、8为低温储罐、9为泵、10为加热器、11为透平、12为发电机、13为冷却器、14为引射器、15为汽液分离器、16为膨胀阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的电热储能系统包括热泵系统、储热储冷系统及热机系统；所述热泵系统包括电机1、压缩机2、储热换热器3及储冷换热器5；储热储冷系统包括低温储罐8、高温储罐6及常温储罐7；电机1的输出轴与压缩机2的驱动轴相连接，压缩机2的工质出口与储热换热器3的放热侧入口相连通，储热换热器3的放热侧出口与储冷换热器5的吸热侧入口相连通，储冷换热器5的吸热侧出口与压缩机2的工质入口相连通，常温储罐7的低温端出口与储冷换热器5的放热侧入口相连通，储冷换热器5的放热侧出口经低温储罐8与热机系统的吸热侧入口相连通，热机系统的吸热侧出口与常温储罐7的低温端入口相连通，常温储罐7的高温端出口与储热换热器3的吸热侧入口相连通，储热换热器3的吸热侧出口经高温储罐6与热机系统的放热侧入口相连通，热机系统的放热侧出口与常温储罐7的高温端入口相连通。
储热换热器3的放热侧出口经膨胀机4与储冷换热器5的吸热侧入口相连通。或者本发明还包括引射器14、汽液分离器15及膨胀阀16，其中，储热换热器3的放热侧出口与引射器14的引射流体入口相连通，引射器14的出口与汽液分离器15，汽液分离器15的汽相工质出口与压缩机2的工质入口相连通，汽液分离器15的液相工质出口经膨胀阀16与储冷换热器5的吸热侧入口相连通，储冷换热器5的吸热侧出口与引射器14的被引射流体入口相连通。
热机系统包括加热器10、透平11、发电机12及冷却器13，其中，储热换热器3的吸热侧出口经高温储罐6与加热器10的放热侧入口相连通，加热器10的放热侧出口与常温储罐7的高温端入口相连通，储冷换热器5的放热侧出口经低温储罐8与冷却器13的吸热侧入口相连通，冷却器13的吸热侧出口与常温储罐7的低温端入口相连通，透平11的工质出口依次经冷却器13的放热侧及加热器10的吸热侧与透平11的入口相连通，透平11的输出轴与发电机12的驱动轴相连通；冷却器13的放热侧与加热器10的吸热侧之间通过泵9相连通。
热泵系统中的工质为二氧化碳；储热储冷系统中的工质为二氧化碳或有机工质。
本发明的具体工作过程为：
利用可再生能源电力或电网负荷低谷时的电力驱动电机1工作，电机1带动压缩机2工作，压缩机2压缩工质，使工质温度升高形成高温高压工质，高温高压工质进入储热换热器3的放热侧释放热量，放热后的工质进入膨胀机4作功，膨胀机4作功可用于压缩机2压缩工质，以减少热泵系统对电功率的消耗，工质经膨胀机4膨胀后温度及压力降低，然后再进入储冷换热器5中吸热，吸热后的工质进入压缩机2中进行压缩升温，完成热泵系统的循环。
热泵系统中的膨胀机4可以通过引射器14、汽液分离器15及膨胀阀16替代，其中，储热换热器3的放热侧输出的工质作为引射流体进入引射器14中，储冷换热器5吸热侧输出的工质作为被引射流体进入引射器14与引射流体进行混合，引射器14输出的工质进入汽液分离器15中进行汽液分离，汽相工质进入压缩机2中，液相工质经膨胀阀16后温度降低，然后再进入储冷换热器5的吸热侧吸收储冷介质的热量，储冷换热器5的吸热侧输出的工质作为被引射流体进入引射器14。
常温储罐7中的一部分储热介质进入储热换热器3吸收热泵系统中工质的热量，吸热升温后的储热介质进入高温储罐6中储存；常温储罐7中的另一部分储热介质进入储冷换热器5中将自身的热量释放给热泵系统的循环工质，然后再进入低温储罐8中储存。
当需要将储存的热量及冷量转化为电力时，高温储罐6中的储热介质进入加热器10中将热量释放给加热器10中的工质，放热降温后的储热介质进入常温储罐7；低温储罐8中的储冷介质进入冷却器13中吸收热机系统中的工质热量，吸热升温后的储冷介质进入常温储罐7。
泵9将冷却器13中的工质升压后送入加热器10中吸收高温储热介质的热量，吸热后的工质进入透平11中作功，透平11带动发电机12发电，从透平11出来的工质进入冷却器13中将自身的热量释放给低温储冷介质，然后进入泵9中升压，完成热机循环。

Claims (3)

1.一种电热储能系统，其特征在于，包括热泵系统、储热储冷系统及热机系统；
所述热泵系统包括电机(1)、压缩机(2)、储热换热器(3)及储冷换热器(5)；储热储冷系统包括低温储罐(8)、高温储罐(6)及常温储罐(7)；
电机(1)的输出轴与压缩机(2)的驱动轴相连接，压缩机(2)的工质出口与储热换热器(3)的放热侧入口相连通，储热换热器(3)的放热侧出口与储冷换热器(5)的吸热侧入口相连通，储冷换热器(5)的吸热侧出口与压缩机(2)的工质入口相连通，常温储罐(7)的低温端出口与储冷换热器(5)的放热侧入口相连通，储冷换热器(5)的放热侧出口经低温储罐(8)与热机系统的吸热侧入口相连通，热机系统的吸热侧出口与常温储罐(7)的低温端入口相连通，常温储罐(7)的高温端出口与储热换热器(3)的吸热侧入口相连通，储热换热器(3)的吸热侧出口经高温储罐(6)与热机系统的放热侧入口相连通，热机系统的放热侧出口与常温储罐(7)的高温端入口相连通；
储热储冷系统中的工质为二氧化碳或有机工质；
热泵系统中的工质为二氧化碳；
热机系统包括加热器(10)、透平(11)、发电机(12)及冷却器(13)，其中，储热换热器(3)的吸热侧出口经高温储罐(6)与加热器(10)的放热侧入口相连通，加热器(10)的放热侧出口与常温储罐(7)的高温端入口相连通，储冷换热器(5)的放热侧出口经低温储罐(8)与冷却器(13)的吸热侧入口相连通，冷却器(13)的吸热侧出口与常温储罐(7)的低温端入口相连通，透平(11)的工质出口依次经冷却器(13)的放热侧及加热器(10)的吸热侧与透平(11)的入口相连通，透平(11)的输出轴与发电机(12)的驱动轴相连通。
2.根据权利要求1所述的电热储能系统，其特征在于，储热换热器(3)的放热侧出口经膨胀机(4)与储冷换热器(5)的吸热侧入口相连通。
3.根据权利要求1所述的电热储能系统，其特征在于，还包括引射器(14)、汽液分离器(15)及膨胀阀(16)，其中，储热换热器(3)的放热侧出口与引射器(14)的引射流体入口相连通，引射器(14)的出口与汽液分离器(15)、汽液分离器(15)的汽相工质出口与压缩机(2)的工质入口相连通，汽液分离器(15)的液相工质出口经膨胀阀(16)与储冷换热器(5)的吸热侧入口相连通，储冷换热器(5)的吸热侧出口与引射器(14)的被引射流体入口相连通。
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