CN107314695B - 一种钢铁储能装置 - Google Patents

Abstract

一种钢铁储能装置，包括电热转换装置、热储能装置和热输出装置；所述电热转换装置与热储能装置连接，热储能装置与热输出装置连接；所述电热转换装置是将电能转化为热能的电加热设备；所述热储能装置包括储热体和设置在储热体内部钢铁储热材料；所述钢铁储热材料为多个厚壁钢管，厚壁钢管按照多排纵向竖直安装在储热体内，每个厚壁钢管之间预留一定间隔；所述热输出装置在保温期间将储存在热储能装置的储热体内中的热能进行稳定、可控的输出利用。

Description

一种钢铁储能装置

技术领域

本发明涉及储能方法技术领域，尤其涉及一种钢铁储能装置。

技术背景

随着能源短缺和环境污染问题的日益突出，利用新能源、提高能源的利用率越来越受到人们的重视。能量存储技术，作为解决能量供给－需求失衡问题的重要方法，备受国内外企业及相关研究机构的青睐。

现有技术的加热储热装置解决了直接使用高压电加热储能材料水的安全性问题，同时节省了变压器的投资，降低了设备成本。但是用水储热，温度不能超过100℃，这样制约了储热的使用范围，例如不能生产高温蒸汽。

固体储热目前也是成熟的技术，其储热材料是耐火材料。储热温度也比较 高，达到400—500℃，由于是空气绝缘，高电压直供安全距离要求较大，所以储热体内容积使用率较低，影响储热量。另外，其电加热和储热都是依靠热空气作为介质进行换热，由于空气热容很小，要完成大功率用热，就需要流量很大的风机和换热装置，所以使用范围也受到一定的限制。

目前，包括风能、太阳能等在内的可再生能源的发展使储能技术日益受到关注。可再生能源存在的一大问题是其不稳定性，不同时刻的外界气候条件会导致发电量的大幅波动，这对并网运行或是与用户需求的匹配都造成了很大的负面影响。因此，发展合适的储能技术调节不同时段的发电量以满足并网或用户的需求是至关重要的。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种能高温储能、稳定性较高的钢铁储能装置。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种钢铁储能装置，包括电热转换装置、热储能装置和热输出装置；所述电热转换装置与热储能装置连接，热储能装置与热输出装置连接；所述热储能装置包括储热体和设置在储热体内部钢铁储热材料；所述钢铁储热材料为多个钢管，钢管按照多排纵向竖直安装在储热体内，每个钢管上包括至少一个对称的纵向通孔；所述电热转换装置是一个电加热设备，电加热设备包括多个电加热器，电加热器均匀的安装在钢铁储热材料中，通过热辐射将储热体内设置的钢铁储热材料进行加热，将其电能转化为热能储存在钢铁储热体内；所述热输出装置包括内换热器、外换热器、循环泵、换热介质以及连接管道；所述内换热器位于钢铁储热材料中；所述循环泵为换热介质提供循环动力；在保温期间，换热介质在内换热器中与钢铁储热材料进行热交换，吸收钢铁储热材料内的热能，将热能输出到外换热器，与需要加热的介质进行换热，循环介质放出热量后，再次循环至内换热器中与钢铁储热材料进行热交换，这样一直循环下去，从而将储存在钢铁储热材料中的热能进行稳定、可控的输出利用。

进一步地，所述储热体包括储能内封闭壳体和封闭外壳体，所述钢铁储热材料设置在该储能内封闭壳体内；所述封闭外壳体套装设置在所述储能内封闭壳体，二者间具有一真空腔体，通过真空保温，将储热体内的钢铁储热材料进行保温。

进一步地，所述电加热器为电加热棒、陶瓷加热器、加热圈等加热设备；所述电加热器均匀的安装在钢管的其中一个通孔内，或者安装在钢管与钢管的空隙中；电加热器通电后，通过热辐射，将电能转化为温度在600- 1200℃的热能储存在钢管内。

进一步地，所述陶瓷加热器包括电热丝和绕在电热丝周围的耐热绝缘陶瓷管，耐热绝缘陶瓷管以一定的间隔分布在电热丝周围。

进一步地，所述热输出装置的内换热器是由每个钢管中间剩余的通孔通过串联、并联或者二者的结合连接组成的；所述换热介质流经钢管中间的通孔与钢管进行热交换，将储存在钢管内的热能输出。

进一步地，所述的钢管由多个铸钢块组成，铸钢块中间设有至少两个通孔，多个铸钢块堆积成柱状结构，且每个铸钢块的通孔是对应的。

进一步地，所述储热体的储能内封闭壳体的内侧还设有耐火砖材料层。

进一步地，所述储热体的封闭外壳体和储能内封闭壳体之间的真空腔体内通过抽真空或者冲入惰性保护气体来进行保温和实现钢铁材料与空气的隔绝。

进一步地，所述热输出装置中的换热介质是液态金属、氮气或者惰性气体。

进一步地，所述储热体的结构是圆形、椭圆形、方形或六边形。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

（1）缓解用电压力，降低运行成本

该系统全部采用低谷电能量，将热能储存到钢铁中，这种技术响应了国家移峰填谷政策，提高电网效率，充分发挥低谷电的效益，延长发电设备的寿命；由于低谷电的电价仅为峰电的1/3-1/4，大大减少运行费用，降低变电设备的费用；

（2）模块式组装，结构设计合理，安装灵活方便，可实现多模块组合；根据储能的大小进行调整体积的大小，或可以将多个钢铁储能装置叠加；单个钢铁储能装置维护性好，可以随意调整蓄热量的组数；

（3）热效率高

该系统采用一体化结构，将加热、蓄热、取热、换热及控制功能组合在一体化结构内，钢铁储热材料可以提高储热温度，实现600~1200度的储热，将更多的电能变成热能被储存，实现较高热效率利用；

（4）占地面积小

该系统采用钢铁材料作为蓄能材料，热容量高、蓄热能力强、长期运行稳定、无毒无害无污染，同时大大减少设备占地面积，大大减少了散热面积，提高了整体效率。

附图说明

图1为本发明储热装置结构示意图。

图2为本发明具体实施例一的剖面结构示意图。

图3为本发明陶瓷加热管结构示意图。

图4为本发明热输出装置结构示意图。

图5为本发明具体实施例二的剖面结构示意图。

图6为本发明具体实施例三的剖面结构示意图。

图中：1、电热转换装；11、电加热器；111、电热丝；112、陶瓷管；2、热储能装置；21、储热体；211、储能内封闭壳体；212、封闭外壳体；213、耐火砖材料层；214、真空腔体； 22、设钢铁储热材料；3、热输出装置；31、内换热器；32、外换热器；33、循环泵；4、电加热器空间。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。

实施例一：

请参考图1，本发明的钢铁储能装置包括电热转换装1、热储能装置2和热输出装置3；所述电热转换装置1与热储能装置2连接，热储能装置2与热输出装置3连接；所述电热转换装置1是将电能转化为热能的电加热设备；所述热储能装置2将电热转换装置1中电能转换的热能储存起来；所述热输出装置3在保温期间将储存在热储能装置2的热能进行稳定、可控的输出利用。

所述热储能装置2包括储热体21和设置在储热体内部钢铁储热材料22；所述储热体21的结构是圆形、椭圆形、方形或六边形；请参阅图2，本发明热储能装置具体实施例的剖面结构示意图（以储热体21为方形结构为例），所述储热体21包括储能内封闭壳体211和封闭外壳体212，：所述储热体的储能内封闭壳体211的内侧还设有耐火砖材料层213；所述钢铁储热材料22设置在该储能内封闭壳体211内；所述封闭外壳体212套装设置在所述储能内封闭壳体211，二者间具有一真空腔体214，通过对真空腔体214抽真空或者冲入惰性保护气体来进行保温和实现钢铁材料与空气的隔绝，将储热体21内进行几十至一百小时内的保温。所述钢铁储热材料22为多个钢管，钢管的横截面积为方形、圆形或者六角形（在本实施例中以钢管的结构为方形为例），所述每个钢管上包括至少两个纵向通孔，钢管按照多排纵向竖直安装在储热体21内；另外，所述的钢管可以由多个铸钢块组成，铸钢块中间设有至少两个通孔，多个铸钢块堆积成柱状结构，且每个铸钢块的通孔是对应的。

所述电热转换装置1是一个电加热设备，电加热设备包括多个电加热器11，所述电加热器11为电加热棒、陶瓷加热器、加热圈等加热设备；所述电加热器11均匀的安装在钢管的其中一个通孔内，或者安装在钢管与钢管的空隙中；请参阅图3，以陶瓷加热管为例，所述陶瓷加热器包括电热丝111和绕在电热丝周围的耐热绝缘陶瓷管112，耐热绝缘陶瓷管112以一定的间隔分布在电热丝11周围；电加热器11均匀的安装在钢铁储热材料22中，电加热器11通电后，通过热辐射，将电能转化为温度在600- 1200℃的热能储存在钢铁储热材料22内。

请参阅图4，所述热输出装置3包括内换热器31、外换热器32、循环泵33、换热介质以及连接管道；所述内换热器31是由位于储热体内部的各个钢管的通孔通过串联、并联或者二者的结合连接组成；所所述循环泵33为换热介质提供循环动力；所述热输出装置3中的换热介质是液态金属、氮气或者惰性气体；所述液态金属是钠、钠钾合金或者其他液态金属。在保温期间，换热介质流经内换热器31（钢铁储热材料22的钢管中间的通孔）中与钢铁储热材料22进行热交换，吸收钢铁储热材料22内的热能，将热能输出到外换热器32，与需要加热的介质进行换热，循环介质放出热量后，再次循环至内换热器31（钢铁储热材料22的钢管中间的通孔）中与钢铁储热材料22进行热交换，这样一直循环下去，从而将储存在钢铁储热材料22中的热能进行稳定、可控的输出利用。

实施例二：

请参考图5，相对于实施例1，所述钢铁储热材料22的每个钢管上包括四个纵向通孔，其中两个用于安装电加热器11来加热钢铁储热材料22，另外两个作为热输出装置3中换热介质的流通管道，其他运行连接方式跟实施例1一样。

实施例三：

请参考图6所示，所述钢铁储热材料22的每个钢管上包括一个纵向通孔，其用于作为热输出装置3中换热介质的流通管道，所述电加热器11安装在钢铁储热材料22预留的电加热器空间4内，其他运行连接方式跟实施例1一样。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种钢铁储能装置，其特征在于：包括电热转换装置、热储能装置和热输出装置；所述电热转换装置与热储能装置连接，热储能装置与热输出装置连接；所述热储能装置包括储热体和设置在储热体内部钢铁储热材料；所述钢铁储热材料为多个钢管，每个钢管上包括至少两个纵向通孔，钢管按照多排纵向竖直安装在储热体内；所述电热转换装置是一个电加热设备，电加热设备包括多个电加热器，电加热器均匀的安装在钢铁储热材料中，通过热辐射将储热体内设置的钢铁储热材料进行加热，将其电能转化为热能储存在钢铁储热材料内；所述热输出装置包括内换热器、外换热器、循环泵、换热介质以及连接管道；所述内换热器位于钢铁储热材料中；所述循环泵为换热介质提供循环动力；在保温期间，换热介质在内换热器中与钢铁储热材料进行热交换，吸收钢铁储热材料内的热能，将热能输出到外换热器，与需要加热的介质进行换热，循环介质放出热量后，再次循环至内换热器中与钢铁储热材料进行热交换，这样一直循环下去，从而将储存在钢铁储热材料中的热能进行稳定、可控的输出利用。

2.如权利要求1所述的一种钢铁储能装置，其特征在于：所述储热体包括储能内封闭壳体和封闭外壳体，所述钢铁储热材料设置在该储能内封闭壳体内；所述封闭外壳体套装设置在所述储能内封闭壳体，二者间具有一真空腔体，通过真空保温，将储热体内的钢铁储热材料进行保温。

3.如权利要求1所述的一种钢铁储能装置，其特征在于：所述电加热器为电加热棒、陶瓷加热器、加热圈等加热设备；所述电加热器均匀的安装在钢管的其中一个通孔内，或者安装在钢管与钢管的空隙中；电加热器通电后，通过热辐射，将电能转化为温度在600- 1200℃的热能储存在钢管内。

4.如权利要求3所述的一种钢铁储能装置，其特征在于：所述陶瓷加热器包括电热丝和绕在电热丝周围的耐热绝缘陶瓷管，耐热绝缘陶瓷管以一定的间隔分布在电热丝周围。

5.如权利要求1所述的一种钢铁储能装置，其特征在于：所述热输出装置的内换热器是由位于储热体内部的各个钢管的通孔通过串联、并联或者二者的结合连接组成的；所述换热介质流经钢管中间的通孔与钢管进行热交换，将储存在钢管内的热能输出。

6.如权利要求1所述的一种钢铁储能装置，其特征在于：所述的钢管由多个铸钢块组成，铸钢块中间设有至少两个通孔，多个铸钢块堆积成柱状结构，且每个铸钢块的通孔是对应的。

7.如权利要求2所述的一种钢铁储能装置，其特征在于：所述储热体的储能内封闭壳体的内侧还设有耐火砖材料层。

8.如权利要求2所述的一种钢铁储能装置，其特征在于：所述储热体的封闭外壳体和储能内封闭壳体之间的真空腔体内通过抽真空或者冲入惰性保护气体来进行保温和实现钢铁材料与空气的隔绝。

9.如权利要求1所述的一种钢铁储能装置，其特征在于：所述热输出装置中的换热介质是液态金属、氮气或者惰性气体。

10.如权利要求1所述的一种钢铁储能装置，其特征在于：所述储热体的结构是圆形、椭圆形、方形或六边形。