CN108362151A - 蓄热储能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄热储能发电系统，蓄热储能发电系统包括蓄热单元，蓄热单元包括N个蓄热模块、进气口和出气口，N>1；蓄热模块具有气体通道，该些蓄热模块的气体通道依次连接形成第一连接通道，进气口通过第一连接通道与出气口连通；靠近进气口的前N‑1个蓄热模块分别设置一截止阀，截止阀设置于对应的蓄热模块的气体通道出口和出气口之间的第二连接通道上，用于控制第二连接通道的开关；换热介质由进气口进入并通过第一连接通道和/或开启的第二连接通道到达出气口。本发明的蓄热储能发电系统通过设置第一连接通道和可控制开关的第二连接通道，使得换热介质离开出气口时的温度稳定，同时也会提高蓄热容量。

Description

蓄热储能发电系统

技术领域

本发明涉及一种蓄热储能发电系统。

背景技术

随着化石能源资源的减少和环保理念的深入人心，以太阳能以及风能为代表的绿色能源的得到了迅猛发展。然而，绿色能源受到天气、季节，阳光等自然条件的影响，难以提供稳定的能源输出，从而很难输出与电网匹配的电力。随之而来的弃光与弃风量也迅速增加，这一问题随着绿色能源的发展将非常严重。由此，大容量的储能技术也因此得到了人们的重视。

储能可以分为物理储能与化学储能，化学储能通常容量较小，难以满足大容量储能的需求。物理储能中，水力储能受地理因素限制。相比之下，热储能具有大容量、低成本，可以长时间地进行储能，解决电网匹配的问题。

然而，由于热储能时，需要进行电-热转换和热-电转换，蓄热储能容易带来较低的转换效率。为了提高转换效率，一个常见的方法是提高空气出口温度(必须同时提高蓄热温度)。提高温度对装置带来的影响之一是需要耐高温的结构材料，由于蓄热砖本身就是烧结而成的，也可以选择较高熔点的加热丝和金属结构材料，因此，提高蓄热温度在物理上是可行的，因此可以提高蓄热温度并使用空气布雷顿循环结合蒸汽朗肯循环进行发电。

但是提高了空气出口温度，由于蓄热体的蓄热温度与空气间的温差减少，所以会降低蓄热容量；同时由于蓄热体的温度变化，会导致出口温度的不稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中蓄热储能发电系统提高空气出口温度会降低蓄热容量，也会导致出口温度的不稳定的缺陷，提供一种蓄热储能发电系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种蓄热储能发电系统，所述蓄热储能发电系统包括蓄热单元，所述蓄热单元包括N个蓄热模块、进气口和出气口，N>1；蓄热模块具有气体通道，该些蓄热模块的气体通道依次连接形成第一连接通道，进气口通过所述第一连接通道与所述出气口连通；

靠近所述进气口的前N-1个蓄热模块分别设置一截止阀，所述截止阀设置于对应的蓄热模块的气体通道出口和所述出气口之间的第二连接通道上，用于控制所述第二连接通道的开关；

换热介质由所述进气口进入并通过所述第一连接通道和/或开启的第二连接通道到达所述出气口。

较佳地，所述蓄热单元包括加热控制器，所述加热控制器用于加热所述蓄热模块。

较佳地，所述蓄热储能发电系统还包括进气截止阀，所述进气截止阀用于控制是否允许换热介质进入所述进气口，和/或，所述蓄热储能发电系统还包括出气截止阀，所述出气截止阀用于控制是否允许换热介质从所述出气口排出。

较佳地，该些蓄热模块中的至少一个蓄热模块为第一蓄热模块，所述第一蓄热模块包括多组第一蓄热砖，所述第一蓄热砖包括第一通道，多组所述第一通道串联形成所述气体通道。

较佳地，多组所述第一蓄热砖层叠放置，并通过第一连接管将多组所述第一通道连通形成所述气体通道。

较佳地，相邻的两组第一蓄热砖之间设置隔热层。

较佳地，该些蓄热模块中至少一个蓄热模块为第二蓄热模块，所述第二蓄热模块包括多组第二蓄热砖，所述第二蓄热砖包括第二通道，所述第二蓄热砖层叠放置，使得所述第二通道并联形成一组气体通道。

较佳地，所述蓄热储能发电系统还包括换热器、发电单元、风机，所述换热器、风机、进气口、出气口依次连通以形成第一回路；所述换热器与发电单元连通以形成第二回路。

较佳地，所述发电单元包括泵、汽轮机、冷却器、发电装置，所述冷却器分别与所述泵、汽轮机连接，所述汽轮机与所述发电装置连接，所述换热器分别与所述泵和所述汽轮机连接。

较佳地，所述换热器包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口、热侧出口，所述泵与所述冷侧入口连接，所述汽轮机与所述冷侧出口连接，所述风机与所述热出口连接，所述出气口与所述热侧入口连接。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的蓄热储能发电系统通过设置第一连接通道和可以开关控制的第二连接通道，可以使得换热介质由进气口进入并通过第一连接通道和/或开启的第二连接通道到达出气口，使得换热介质离开出气口时的温度稳定，同时也会提高蓄热容量。

附图说明

图1为本发明一实施例的蓄热储能发电系统的结构示意图。

图2为本发明一实施例的第一蓄热模块的正视结构示意图。

图3为本发明一实施例的第一蓄热模块的后视结构示意图。

图4为本发明一实施例的第一蓄热砖的部分结构示意图。

图5为本发明一实施例的第二蓄热模块的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本实施例提供一种蓄热储能发电系统，如图1所述，蓄热储能发电系统包括蓄热单元1、换热器2、发电单元3、风机4；蓄热单元1、换热器2、风机4依次连通以形成第一回路；换热器2与发电单元3连通以形成第二回路。

发电单元3包括泵31、汽轮机33、冷却器32、发电装置34，冷却器32分别与泵31、汽轮机33连接，汽轮机33与发电装置34连接，换热器2分别与泵31和汽轮机33连接。

蓄热单元1包括进气口14和出气口15。换热器2包括冷侧入口21、冷侧出口22、热侧入口23、热侧出口24，泵31与冷侧入口21连接，汽轮机33与冷侧出口22连接，风机4与热出口24连接，出气口15与热侧入口23连接。

蓄热单元1包括加热控制器18、N个蓄热模块、进气口14和出气口15，N>1。加热控制器18用于加热蓄热模块。蓄热模块中设置有加热元件，加热控制器18电连接加热元件，加热控制器18通过加热元件为蓄热模块进行加热，更具体地，加热控制器18可以通过控制加热元件的电流进行加热功率的调节，加热元件可以采用电阻加热，也可以采取其它加热方式。

蓄热模块具有气体通道，该些蓄热模块的气体通道依次连接形成第一连接通道19，进气口14通过第一连接通道19与出气口15连通。

靠近进气口14的前N-1个蓄热模块分别设置一截止阀16，截止阀16设置于对应的蓄热模块的气体通道出口和出气口15之间的第二连接通道17上，用于控制第二连接通道17的开关。

本实施例的图1中具体示出了三个蓄热模块，前两个蓄热模块分别设置一截止阀16。

换热介质由进气口14进入并通过第一连接通道19和开启的第二连接通道17到达出气口15。在其他实施方式中，也可以根据实际应用将第一连接通道19进行开关控制。

该些蓄热模块中的至少一个蓄热模块为第一蓄热模块11，如图2-图4所示，第一蓄热模块11包括多组第一蓄热砖111，第一蓄热砖111包括第一通道1111，多组第一通道1111串联形成气体通道112。多组第一蓄热砖111可层叠放置，并通过第一连接管113将多组第一通道连通形成气体通道112，可以减少占地面积和热量损失。为进一步减少热量损失，N个蓄热模块的外表面均可封装保温层。相邻的两组第一蓄热砖111之间可以设置隔热层114，可减少相邻的两组第一蓄热砖111之间的换热。第一蓄热模块11还设置有混合室115，混合室115设置于每组第一蓄热砖的入口和出口处，可使得换热介质在进入每组第一通道1111前先进行混合以及离开每组第一通道1111前混合。图4为第一蓄热砖的部分结构示意图，为方便看到第一蓄热砖111的侧面结构，图4示出的是将混合室的三个侧面拆除，拆除的部分用虚线表示。

由于蓄热模块的第一蓄热砖和第二蓄热砖本身就是烧结而成，其可以在较高的温度下保持稳定。因此，加热元件可以选择耐热较好的电阻加热丝，另外也可以选择包括电感加热以及使用导电性较好的蓄热砖(比如石墨砖)作为第一蓄热砖和第二蓄热砖，将电流直接通过蓄热砖进行加热。

该些蓄热模块中至少一个蓄热模块为第二蓄热模块12，如图5所示，第二蓄热模块12包括多组第二蓄热砖121，第二蓄热砖121包括第二通道，第二蓄热砖121层叠放置，使得第二通道并联形成一组气体通道122。第二蓄热模块11设置有混合室123，混合室123设置于多组第二蓄热砖的入口和出口处，可使得换热介质在进入第二通道前先进行混合以及离开第二通道前混合。本实施例中，第二蓄热砖121选用与第一蓄热砖111相同的结构。

本实施例中，N个蓄热模块选用3个蓄热模块，其中前两个选用两个第一蓄热模块11，最后一个选用一个第二蓄热模块12相连通，形成第一连接通道19；在第一个第一蓄热模块11的出口设置第一个第二连接通道17和出气口15连通，第一个第二连接通道17上设置截止阀16，以控制第一个第二连接通道17的开关；在第二个第一蓄热模块11的出口设置第二个第二连接通道17和出气口15连通，第二个第二连接通道17上设置截止阀16，以控制第二个第二连接通道17的开关。

蓄热储能发电系统还可以设置进气截止阀5，进气截止阀5用于控制是否允许换热介质进入进气口14，蓄热储能发电系统也可以包括出气截止阀6，出气截止阀6用于控制是否允许换热介质从出气口15排出。

蓄热储能发电系统的运行方法包括蓄热蓄能和释热发电两种运行方式。

蓄热储能时，通过加热控制器18给蓄热模块加热，以热能形式储存能量。蓄热储能时，进气截止阀5和出气截止阀6用于控制蓄热单元1的进气口14和出气口15的开关。通过加热控制器18在给蓄热单元1加热蓄热时，关闭进气截止阀5和出气截止阀6，以减少空气流动带来的热损失。

释热发电时，本实施例中换热介质用气体换热介质，气体换热介质从风机出口进入第一个第一蓄热模块11，并依次流经第二个第一蓄热模块12、第二蓄热模块13，气体换热介质分别从两个第一蓄热模块11和一个第二蓄热模块12中获得热能，气体换热介质的温度在三个蓄热模块内逐渐升高。释热初期，气体温度经过第一个第一蓄热模块11后已经达到预设额定温度，可以同时打开两个截止阀16，让气体快速直接通过第二连接通道17至出气口15而直接用于发电。随着第一个第一蓄热模块11温度的降低，可以先关闭第一个第一蓄热模块11的出口处的截止阀16，以使得气体换热介质通过第二个第一蓄热模块11，以进一步提高气体温度，随着第二个第一蓄热模块11温度的降低，可以再关闭第二个第一蓄热模块11的出口处的截止阀16，以使得气体换热介质通过第二蓄热模块12，以进一步提高气体温度，使得出气口15输出的气体换热介质可达到相对稳定的出口温度。获得高温的气体换热介质最终由热侧进口进入至换热器2内，高热能传递给到换热器2内的发电工质。经过换热后的气体换热介质将通过热侧出口24后，之后通过进入风机4，完成循环。

发电工质将气体换热介质通过换热器2的冷侧出口22进入至发电单元3。气体换热介质经过蓄热单元后，进入发电装置发电。发电单元3将发电工质的热能转化为机械能，然后转化为电能。发电单元3可以使用蒸汽朗肯循环发电或通过使用空气布雷顿循环或空气布雷顿循环联合朗肯循环发电。汽轮机33的进口连接于冷侧出口22，汽轮机33的出口连接于冷却器32的进口，冷却器32的出口连接于泵31的进口，泵31的出口连接于换热器冷侧进口22，完成循环。汽轮机33与发电装置34相连。

气体换热介质首先通过两个第一蓄热模块11，第一蓄热模块11相比第二蓄热模块12，并联程度较低，气体换热介质在第一蓄热模块11中，流速较高，换热系数较大，可以较快地利用其中的热量，使这些第一蓄热模块11的中的热量得以充分利用。气体换热介质在前两个第一蓄热模块11中升高一定温度后，进入并联程度较高的第二蓄热模块12进一步加热。并联程度较高的第二蓄热模块12中气体流速较低，换热系数较小。气体换热介质在并联程度较高的第二蓄热模块12中进一步升温，最终到达出气口15，使得出气口15输出的气体换热介质可达到相对稳定的出口温度。在其他具体实施方式中，可以根据实际情况，连接不同数量的第一蓄热模块11和第二蓄热模块12。

蓄热模块结构简单，成本低廉。其中使用的蓄热砖作为蓄热工质，其使用温度高，价格低廉，性质稳定，具备较大的热容和良好的导热性能。包含串并联的第一连接通道和第二连接通道的蓄热储能供电系统通过使用串并联通道的蓄热模块，将几个蓄热模块串联，可以使蓄热模块的热容量被充分利用，并通过串并联模块较长的第一连接通道，使出口温度保持稳定。

本实施例的蓄热储能发电系统，可提高蓄热单元的出口温度和热电转换效率，增加储热容量，并减少气体换热介质出口温度的不稳定。该蓄热储能发电系统用于固体蓄热储能发电，蓄热容量大，换热介质出口温度稳定。而且结构简单，可靠性高。蓄热和释热供电的方法实现简单，可以在电力富余时从发电单元获得能量并存储，在电力紧张时向发电单元提供电能。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种蓄热储能发电系统，其特征在于，所述蓄热储能发电系统包括蓄热单元，所述蓄热单元包括N个蓄热模块、进气口和出气口，N>1；蓄热模块具有气体通道，该些蓄热模块的气体通道依次连接形成第一连接通道，进气口通过所述第一连接通道与所述出气口连通；

靠近所述进气口的前N-1个蓄热模块分别设置一截止阀，所述截止阀设置于对应的蓄热模块的气体通道出口和所述出气口之间的第二连接通道上，用于控制所述第二连接通道的开关；

换热介质由所述进气口进入并通过所述第一连接通道和/或开启的第二连接通道到达所述出气口。

2.如权利要求1所述的蓄热储能发电系统，其特征在于，所述蓄热单元包括加热控制器，所述加热控制器用于加热所述蓄热模块。

3.如权利要求1所述的蓄热储能发电系统，其特征在于，所述蓄热储能发电系统还包括进气截止阀，所述进气截止阀用于控制是否允许换热介质进入所述进气口，和/或，所述蓄热储能发电系统还包括出气截止阀，所述出气截止阀用于控制是否允许换热介质从所述出气口排出。

4.如权利要求1所述的蓄热储能发电系统，其特征在于，该些蓄热模块中的至少一个蓄热模块为第一蓄热模块，所述第一蓄热模块包括多组第一蓄热砖，所述第一蓄热砖包括第一通道，多组所述第一通道串联形成所述气体通道。

5.如权利要求4所述的蓄热储能发电系统，其特征在于，多组所述第一蓄热砖层叠放置，并通过第一连接管将多组所述第一通道连通形成所述气体通道。

6.如权利要求5所述的蓄热储能发电系统，其特征在于，相邻的两组第一蓄热砖之间设置隔热层。

7.如权利要求1所述的蓄热储能发电系统，其特征在于，该些蓄热模块中至少一个蓄热模块为第二蓄热模块，所述第二蓄热模块包括多组第二蓄热砖，所述第二蓄热砖包括第二通道，所述第二蓄热砖层叠放置，使得所述第二通道并联形成一组气体通道。

8.如权利要求1所述的蓄热储能发电系统，其特征在于，所述蓄热储能发电系统还包括换热器、发电单元、风机，所述换热器、风机、进气口、出气口依次连通以形成第一回路；所述换热器与发电单元连通以形成第二回路。

9.如权利要求8所述的蓄热储能发电系统，其特征在于，所述发电单元包括泵、汽轮机、冷却器、发电装置，所述冷却器分别与所述泵、汽轮机连接，所述汽轮机与所述发电装置连接，所述换热器分别与所述泵和所述汽轮机连接。

10.如权利要求9所述的蓄热储能发电系统，其特征在于，所述换热器包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口、热侧出口，所述泵与所述冷侧入口连接，所述汽轮机与所述冷侧出口连接，所述风机与所述热出口连接，所述出气口与所述热侧入口连接。