CN112302751A - 耦合跨季节储热的储能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耦合跨季节储热的储能发电系统，包括：电源，用于提供电能；蓄热水池和太阳能集热器阵列，用于采集太阳能生成需求热量与需求热水；控制器，用于检测储能发电系统的当前工况，并根据当前工况控制蓄热水池和太阳能集热器阵列工作，以提供储电过程中高温热泵所需的需求热量的同时，提供满足用户供暖所需的需求热水。本发明实施例的系统不仅可以起到电网削峰填谷或利用峰谷电价差获得经济效益的作用，而且可以起到区域或城市级别的跨季节储热供热效果，并同时具有设备寿命长，循环稳定，造价低等优势。

Description

耦合跨季节储热的储能发电系统

技术领域

本发明涉及储能、跨季节储热及供热技术领域，特别涉及一种耦合跨季节储热的储能发电系统。

背景技术

相关技术，如图1所示，一种正逆有机朗肯循环储能的方法及系统，该系统由绝热保温材料包覆的低压和高压工质储罐组成，分别置于低压和高压罐的低温和高温相变材料。空气换热器置于低压罐中并与外部相通；低压罐上端分两路，路依次通过程控阀与压缩机和高压罐相连，另一路依次通过程控阀与膨胀机和高压罐相连。其储能过程开启压缩机，进行逆向朗肯循环(类似于常见的蒸发式制冷循环，区别在于没有节流过程)，低压储罐中工质压缩至高压罐中，输入功及低压罐中低温相变工质的凝结热储存为高压罐中高温相变工质的溶解热。发电过程开启膨胀机，进行正向朗肯循环，工质从高压储膨胀做功后进入低压工质罐，在其中被低温相变工质及空气冷凝，同时高压罐中高温相变工质放热凝结。利用相变储能，蓄能密度大，可稳定连续实现电能储存及释放。

该技术可以与压缩空气储能进行对比，其特点在于工质由空气变成更容易液化的气态有机物；另外，工质在压缩前和压缩后都进行液化储存，不需要洞穴或高压气瓶，没有地理条件限制。

然而，该技术的劣势主要有三点，其一在于需要大量的有机工质，同时高温罐带压，成本较高；其二，储热储冷的相变材料温差较小，系统热效率低；其三，相变材料需要包覆，且依靠自然对流以及导热进行传热，功率难以最大。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

随着储能产业的快速发展，储能技术成为研究热点，新技术层出不穷，但受经济性以及技术成熟度的限制，大部分难以实现大规模应用。目前最主要的储能技术仍然是抽水蓄能，容量占比高达98％。虽然近年来电池储能以及压缩空气储能发展迅速，成本快速降低，十兆瓦至百兆瓦级的项目不断落地，但仍然存在很多局限性。

锂电池储能依托于电动汽车动力电池产业的快速发展，在产能过剩的推动下，成本得以大幅降低，但由于寿命相对短，再考虑退役电池处理成本，全寿期综合成本仍然较高。最关键的，安全性不足始终是最大的制约因素，无论是制造过程还是实际运行中，都容易发生失火事故。

压缩空气储能具有众多技术路线，目前主流的有先进绝热式和深冷液化式两种。先进绝热式用储热代替了传统压缩空气储能的补燃过程，不消耗燃料，效率和经济性得到提升，但储气通常需要大型地下洞穴，受地理环境限制。若采用高压气瓶储气，成本太高，且储能密度低，应用受限。深冷液化式压缩空气储能，是将压缩后的空气进行液化再储存，解决了地理受限或者高压气瓶成本高的问题，但由于系统复杂，技术难度大，综合成本仍然较高，制约了该技术的发展。

抽水蓄能具有成本低，效率高，响应快等众多优势，是非常优秀的储能技术，但也存在一些问题。一方面是受地理条件限制，尤其在风电、光伏集中的地区，往往水资源或者地形受限，没有适宜的厂址。另一方面，从全国范围来看，优良的厂址逐渐开发完毕，后续项目的建设成本将不断提高，同时考虑到拆迁、移民以及环保成本的不断上升，抽水蓄能的成本由早期1000～2000元/kW，逐渐增长至3000～4000元/kW，2018年的新开工项目，投资成本已高达6000～7000元/kW，预计未来还会继续上升。

尽管现有技术存在各种缺陷，但电力系统对于储能的需求十分迫切，较多项目采用安全风险较高的锂电储能。业界期待新的更优秀的技术出现，这也是储能技术成为研究热点的原因之一。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种耦合跨季节储热的储能发电系统，该系统不仅可以起到电网削峰填谷或利用峰谷电价差获得经济效益的作用，而且可以起到区域或城市级别的跨季节储热供热效果，并同时具有设备寿命长，循环稳定，造价低等优势。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种耦合跨季节储热的储能发电系统，包括：电源，用于提供电能；蓄热水池和太阳能集热器阵列，用于采集太阳能生成需求热量与需求热水；控制器，用于检测储能发电系统的当前工况，并根据所述当前工况控制所述蓄热水池和所述太阳能集热器阵列工作，以提供储电过程中高温热泵所需的所述需求热量的同时，提供满足用户供暖所需的所述需求热水。

本发明实施例的耦合跨季节储热的储能发电系统，与太阳能光热利用结合，不仅可以实现电能连续、稳定的储存于释放，起到电网削峰填谷或利用峰谷电价差获得经济效益的作用，而且可以起到区域或城市级别的跨季节储热供热效果；并利用热力循环进行储能，具有设备寿命长，循环稳定，造价低等优势。

另外，根据本发明上述实施例的耦合跨季节储热的储能发电系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器进一步用于在所述当前工况为起始工况时，控制所述太阳能集热器阵列为所述蓄热水池蓄热，以通过正逆朗肯循环进行储能与发电。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器进一步用于在所述当前工况为储电工况时，将所述电源的电能通过所述热力循环过程进行储存或者接入二次侧电网中。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器进一步用于在所述当前工况为第一双热源储电工况时，控制所述蓄热水池和所述太阳能集热器阵列同时作为储电过程中高温热泵的热源，通过热力循环存储所述电源的电能；在所述当前工况为第二双热源工况时，控制所述太阳能集热器阵列和所述蓄热水池同时作为热源，提供所述储电过程中高温热泵所需的需求热量，且提供所述用户供暖所需要的需求热水。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器进一步用于在所述当前工况为蓄热水池的储电与供暖工况时，控制所述蓄热水池作为热源，提供所述储电过程中高温热泵所需的需求热量，并提供所述用户供暖所需要的需求热水；在所述当前工况为蓄热水池的供暖工况，控制所述蓄热水池作为热源，提供所述用户供暖所需要的需求热水。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器进一步用于在所述当前工况为太阳能集热器阵列的供暖工况时，控制所述太阳能集热器阵列所吸收的太阳能为用户供暖；在所述当前工况为太阳能集热器阵列和蓄热水池的供暖工况时，控制所述太阳能集热器阵列和所述蓄热水池为热源，在提供所述用户供暖所需要的需求热水的同时，减少所述蓄热水池上层高温水的使用量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器进一步用于在所述当前工况为太阳能集热器阵列的供暖和储热工况时，控制所述太阳能集热器阵列为热源，在提供用户供暖所需要的需求热水的同时，为所述蓄热水池上层提供高温水，供其它工况使用。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器进一步用于在所述当前工况为放电工况时，放出所储存的电能，以供用户或电网使用。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器进一步用于在所述当前工况为放电且太阳能集热器阵列储热工况时，放出所述所储存的电能的同时，控制所述太阳能集热器阵列储热；在所述当前工况为放电、供暖且蓄热水池储热工况，放出所述所储存的电能和供暖的同时，控制所述太阳能阵列为进行储热；在所述当前工况为放电、供暖且蓄热水池储热工况，放出所述所储存的电能和供暖的同时，控制所述太阳能集热器阵列作为第二热源为用户供暖，并为所述蓄热水池储热。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器进一步用于在所述当前工况为第一放电与供暖工况，放出所述所储存的电能和供暖的同时，利用有机朗肯循环作为热源，为用户供暖；在所述当前工况为第二放电与供暖工况，放出所述所储存的电能和供暖的同时，利用有所述机朗肯循环和所述太阳能集热器阵列作为热源，为用户供暖。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根相关技术的正逆有机朗肯循环储能的系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的当前工况为起始工况时的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图5为根据本发明实施例的当前工况为储电工况时的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图6为根据本发明实施例的当前工况为第一双热源储电工况时的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图7为根据本发明实施例的当前工况为第二双热源工况时的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图8为根据本发明实施例的当前工况为蓄热水池的储电与供暖工况时的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图9为根据本发明实施例的当前工况为蓄热水池的供暖工况的储电与供暖工况时的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图10为根据本发明实施例的当前工况为太阳能集热器阵列的供暖工况时的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图11为根据本发明实施例的当前工况为太阳能集热器阵列和蓄热水池的供暖工况时的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图12为根据本发明实施例的当前工况为太阳能集热器阵列的供暖和储热工况时的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图13为根据本发明实施例的当前工况为放电工况时的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图14为根据本发明实施例的当前工况为放电且太阳能集热器阵列储热工况时的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图15为根据本发明实施例的当前工况为放电、供暖且蓄热水池储热工况的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图16为根据本发明实施例的当前工况为放电、供暖且蓄热水池储热工况的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图17为根据本发明实施例的当前工况为第一放电与供暖工况的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图18为根据本发明实施例的当前工况为第二放电与供暖工况的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图；

图19为根据本发明另一个实施例的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图。

附图标记说明：

热用户1、太阳能集热器阵列2、蓄热水池3、高温热泵蒸发器4、节流设备5、电动机6、电网或其它电源7、压缩机8、高温蓄热罐9、工质泵10、透平11、发电机12、电网或电用户13、有机朗肯循环冷凝器14、水泵15、阀门16至阀门30、供热首站31、阀门32至阀门36。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。.

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的耦合跨季节储热的储能发电系统。

图2是本发明一个实施例的耦合跨季节储热的储能发电系统的结构示意图。

如图2所示，该耦合跨季节储热的储能发电系统100包括：电源110、太阳能集热器阵列2、蓄热水池3和控制器120。

其中，电源110用于提供电能；蓄热水池3和太阳能集热器阵列2，用于采集太阳能生成需求热量与需求热水；控制器120用于检测储能发电系统的当前工况，并根据当前工况控制蓄热水池3和太阳能集热器阵列2工作，以提供储电过程中高温热泵所需的需求热量的同时，提供满足用户供暖所需的需求热水。本发明实施例的系统100不仅可以起到电网削峰填谷或利用峰谷电价差获得经济效益的作用，而且可以起到区域或城市级别的跨季节储热供热效果，并同时具有设备寿命长，循环稳定，造价低等优势。

其中，水储热形式不限于蓄热水池，还可以为蓄热水罐、蓄热水箱等，在此仅作为示例，不做具体限定。

可以理解的是，本发明实施例目的在于针对现有储能技术的不足，提供一种耦合跨季节储热的储能发电系统，与太阳能光热利用结合，既可以实现电能连续、稳定的储存于释放，起到电网削峰填谷或利用峰谷电价差获得经济效益的作用；又可以起到区域或城市级别的跨季节储热供热效果。同时，基于水储热技术的储能发电方法及系统是利用热力循环进行储能，具有设备寿命长，循环稳定，造价低等优势。具体地，如图3所示，本发明实施例的系统100包括15种工况，下面将分别进行详细描述。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器120进一步用于在当前工况为起始工况时，控制太阳能集热器阵列2为蓄热水池3蓄热，以通过正逆朗肯循环进行储能与发电，即实现通过正逆朗肯循环来实现储能与发电的功能。

其中，起始工况为工况1，如图4所示，在工况1中，阀门16、阀门19、阀门20、阀门22、阀门23、阀门24、阀门26、阀门27以及阀门28导通。太阳能集热器阵列2的一端依次通过阀门27、阀门26、阀门20与水泵15的一端相连，水泵15的另一端依次通过阀门19、阀门24、阀门22、阀门23与蓄热水池3的一端相连，蓄热水池3的另一端依次通过阀门16、阀门28与太阳能集热器阵列2的另一端相连。

具体而言，工况1为太阳能集热器阵列为蓄热水池蓄热工况，可以为整个系统的初始工况，在整个系统建成或停机一定时间后，需要首先运行该工况。

工况1中，蓄热水池3中初始水温为常温20℃左右，在储能过程中，太阳能集热器阵列2在非供暖季吸收太阳热量，蓄热水池3中下层的常温水在水泵15的作用下，被太阳能集热器阵列2加热至高温区(70-95℃)，温度升高后返回至蓄热水池3上层。由于上层水温度较高，下层水温度较低，水在4℃以上时其密度随着温度的升高而减小，因此上层水的密度小于下层水的密度，在密度差的作用下，蓄热水池3中的水将产生热分层，高温水和低温水的交界处成为斜温层，由于水的导热系数较低，水池中无明显热对流，因此斜温层可以将蓄热水池3中的高温水和低温水分开，起到绝热作用，这样在蓄热水池3中就可以同时存在高温水和低温水。高温水可以作为高温热泵蒸发器4以及供热首站31的热源，低温水可以作为有机朗肯循环冷凝器14的冷源。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器120进一步用于在当前工况为储电工况时，将电源的电能通过热力循环过程进行储存或者接入二次侧电网中。

其中，储电工况为工况2，如图5所示，在工况2中，阀门16、阀门17、阀门18、阀门19、阀门20、阀门21、阀门22和阀门23导通，蓄热水池3的一端依次通过阀门16、阀门17、阀门18、阀门19与水泵15的一端相连，水泵15的另一端通过阀门20与高温热泵蒸发器4一侧的一端相连，压缩机8的第一端和节流设备5的一端分别连接在高温热泵蒸发器4的另一侧的两端上，节流设备5的另一端与高温蓄热罐9的一端相连，高温蓄热罐9的另一端与压缩机8的第二端相连，压缩机8的第三端与电动机6的一端相连，电动机6的另一端与其它电源7相连，高温热泵蒸发器4一侧的另一端依次通过阀门21、阀门22和阀门23与蓄热水池3的另一端相连。

具体而言，工况2为储电过程，可以将电源7中的电能经过热力循环过程储存起来，外部电源7可以是风电、光伏等一次侧可再生能源，也可以直接接入到二次侧电网中。

蓄热水池3中的上层水温处在高温区(70-95℃)，下部温区仍保持在低温区(10℃-40℃)。此时蓄热水池3上层的高温水在水泵15的作用下，通过高温热泵蒸发器4与高温热泵中的低温低压工质进行热交换，工质从低温低压的液体状态吸收热量沸腾并转变为高温低压的气体。此时外部电源7接入，接通后带动电动机6从而带动压缩机8，将高温热泵中的高温低压状态的气态工质进行压缩，高温热泵中的工质包括但不限于下列工质：

1、正戊烷R601，异戊烷R601a，R245ca等高温有机工质；

2、R245fa、正丁烷、R236ea、R236fa、异丁烷等中温有机工质；

3、氨等在相似温区的无机工质。

压缩机8中将高温低压状态的气态工质压缩后，工质变为高温高压的气体状态，然后进入高温蓄热罐9，在高温蓄热罐9起到高温热泵中冷凝器的作用，高温高压的气态工质与高温蓄热罐9中的蓄热体进行热交换，释放热量，将热量传递给蓄热体，同时，蓄热体将高温热泵中的高温高压气体冷却为高压低温液体或者高压低温液体与气体的混合物。

当工质通过高温蓄热罐9后，进入节流装置5，节流装置5包括但不限于节流阀、膨胀阀、毛细管等不同形式，其作用主要是节流作用，将从高温蓄热罐9中出来的高压低温液体工质或者高压低温液体与气体的混合物工质降压，使得液态工质在低压(低温)下汽化吸热，重新变为低温低压液体，它是维持高温蓄热罐9(冷凝器)中工质为高压、高温热泵蒸发器4中为低压的重要部件。

工质在通过节流装置5后，重新变为初始状态，继续进入压缩机8重新进行一个循环。在经过不断的循环后，高温蓄热罐9中的低温储热体不断吸热转变为高温状态，将电能转变为热能储存在高温蓄热罐9中。

在高温热泵蒸发器4中，蓄热水池3表面的高温水与高温热泵的低温低压液态工质换热后被冷却，冷却后的水温度降低到低温区，在水泵15的作用下，流入蓄热水池3的底层。由于低温状态下的水的密度要高于蓄热水池3上层的高温水，因此在重力的作用下，低温状态的水将保存在蓄热水池3的底部。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器120进一步用于在当前工况为第一双热源储电工况时，控制蓄热水池3和太阳能集热器阵列2同时作为储电过程中高温热泵的热源，通过热力循环存储电源的电能；在当前工况为第二双热源工况时，控制太阳能集热器阵列2和蓄热水池3同时作为热源，提供储电过程中高温热泵所需的需求热量，且提供用户供暖所需要的需求热水。

其中，第一双热源储电工况为工况3、第二双热源工况为工况4，下面分别进行详细阐述。

首先，如图6所示，工况3为太阳能集热器阵列与蓄热水池双热源的储电过程，在工况3中，阀门16、阀门17、阀门18、阀门19、阀门20、阀门21、阀门22、阀门23、阀门27、阀门29、阀门33、阀门34、阀门36导通，太阳能集热器阵列2的一端依次通过阀门27、阀门34与水泵15的一端相连，蓄热水池3的一端依次通过阀门17、阀门18、阀门19与水泵15的一端相连，水泵15的另一端通过阀门20与高温热泵蒸发器4一侧的一端相连，高温热泵蒸发器4一侧的另一端与阀门22的一端相连，压缩机8的第一端和节流设备5的一端分别连接在高温热泵蒸发器4的另一侧的两端上，节流设备5的另一端与高温蓄热罐9的一端相连，高温蓄热罐9的另一端与压缩机8的第二端相连，压缩机8的第三端与电动机6的一端相连，电动机6的另一端与其它电源7相连，且水泵15的另一端依次通过阀门20、阀门22与阀门23的一端、阀门36的一端相连，阀门23的另一端与蓄热水池3的另一端相连，阀门36的另一端通过阀门33与太阳能集热器阵列2的另一端相连。

具体而言，工况3为太阳能集热器阵列与蓄热水池双热源的储电过程，可以将电源7中的电能经过热力循环过程储存起来，外部电源7可以是风电、光伏等一次侧可再生能源，也可以直接接入到二次侧电网中。该工况适用于当电源7需要储存的电量增加或太阳能条件较好的情况下，将太阳能集热器阵列2和蓄热水池3同时作为储电过程中高温热泵的热源，这样可以增加储存的电能功率，还可以节约蓄热水池上层水的使用量。

蓄热水池3中的上层水温处在高温区(70-95℃)，下部温区仍保持在低温区(10℃-40℃)。此时蓄热水池3上层的高温水在水泵15的作用下，与来自太阳能集热器阵列2的高温水混合后，通过高温热泵蒸发器4，与高温热泵中的低温低压工质进行热交换，工质从低温低压的液体状态吸收热量沸腾并转变为高温低压的气体。此时外部电源7接入，接通后带动电动机6从而带动压缩机8，将高温热泵中的高温低压状态的气态工质进行压缩，高温热泵中的工质包括但不限于下列工质：

1、正戊烷R601，异戊烷R601a，R245ca等高温有机工质；

2、R245fa、正丁烷、R236ea、R236fa、异丁烷等中温有机工质；

3、氨等在相似温区的无机工质。

压缩机8中将高温低压状态的气态工质压缩后，工质变为高温高压的气体状态，然后进入高温蓄热罐9，在高温蓄热罐9起到高温热泵中冷凝器的作用，高温高压的气态工质与高温蓄热罐9中的蓄热体进行热交换，释放热量，将热量传递给蓄热体，同时，蓄热体将高温热泵中的高温高压气体冷却为高压低温液体或者高压低温液体与气体的混合物。

当工质通过高温蓄热罐9后，进入节流装置5，节流装置5包括但不限于节流阀、膨胀阀、毛细管等不同形式，其作用主要是节流作用，将从高温蓄热罐9中出来的高压低温液体工质或者高压低温液体与气体的混合物工质降压，使得液态工质在低压(低温)下汽化吸热，重新变为低温低压液体，它是维持高温蓄热罐9(冷凝器)中工质为高压、高温热泵蒸发器4中为低压的重要部件。

工质在通过节流装置5后，重新变为初始状态，继续进入压缩机8重新进行一个循环。在经过不断的循环后，高温蓄热罐9中的低温储热体不断吸热转变为高温状态，将电能转变为热能储存在高温蓄热罐9中。

在高温热泵蒸发器4中，蓄热水池3表面的高温水与高温热泵的低温低压液态工质换热后被冷却，冷却后的水温度降低到低温区。在流入蓄热水池3的底层前，会有一部分水通过阀门33进入到太阳能集热器阵列2中被加热，温度升高至高温区，在水泵15的作用下，与蓄热水池3上层的高温水混合，重新进入在高温热泵蒸发器4中。进入到水池3底部的低温水的密度要高于蓄热水池3上层的高温水，因此在重力的作用下，低温状态的水将保存在蓄热水池3的底部。

进一步地，如图7所示，工况4带供暖的太阳能集热器阵列与蓄热水池双热源的储电过程，在工况4中，阀门16、阀门17、阀门18、阀门19、阀门20、阀门21、阀门22、阀门23、阀门27、阀门29、阀门30、阀门32、阀门33、阀门34、阀门36导通，太阳能集热器阵列2的一端依次通过阀门27、阀门34与水泵15的一端相连，蓄热水池3的一端依次通过阀门17、阀门18、阀门19与水泵15的一端相连，水泵15的另一端通过阀门20与高温热泵蒸发器4一侧的一端相连，高温热泵蒸发器4一侧的另一端与阀门22的一端相连，压缩机8的第一端和节流设备5的一端分别连接在高温热泵蒸发器4的另一侧的两端上，节流设备5的另一端与高温蓄热罐9的一端相连，高温蓄热罐9的另一端与压缩机8的第二端相连，压缩机8的第三端与电动机6的一端相连，电动机6的另一端与其它电源7相连，且水泵15的另一端依次通过阀门20、阀门21、阀门30与供热首站31一侧的一端相连，供热首站31一侧的另一端通过阀门32分别与阀门22的另一端、阀门23的一端、阀门36的一端相连，供热首站31的另一侧的两端连接热用户1，阀门23的另一端与蓄热水池3的另一端相连，阀门36的另一端通过阀门33与太阳能集热器阵列2的另一端相连。

具体而言，工况4为带供暖的太阳能集热器阵列与蓄热水池双热源的储电过程，可以将电源7中的电能经过热力循环过程储存起来，外部电源7可以是风电、光伏等一次侧可再生能源，也可以直接接入到二次侧电网中。同时，可以达到为用户供暖的作用。该工况适用于当太阳能条件较好的时候，既需要满足用户的供暖需求，又需要进行储电的情况。将太阳能集热器阵列2和蓄热水池3同时作为热源，既满足储电过程中高温热泵所需的热量需求，又满足用户供暖所需要的热水需求。

蓄热水池3中的上层水温处在高温区(70-95℃)，下部温区仍保持在低温区(10℃-40℃)。此时蓄热水池3上层的高温水在水泵15的作用下，与来自太阳能集热器阵列2的高温水混合后，一部分通过高温热泵蒸发器4，与高温热泵中的低温低压工质进行热交换，另一部分进入供热首站31为用户1供暖。高温热泵蒸发器4中，工质从低温低压的液体状态吸收高温水的热量沸腾并转变为高温低压的气体。此时外部电源7接入，接通后带动电动机6从而带动压缩机8，将高温热泵中的高温低压状态的气态工质进行压缩，高温热泵中的工质包括但不限于下列工质：

1、正戊烷R601，异戊烷R601a，R245ca等高温有机工质；

2、R245fa、正丁烷、R236ea、R236fa、异丁烷等中温有机工质；

3、氨等在相似温区的无机工质。

压缩机8中将高温低压状态的气态工质压缩后，工质变为高温高压的气体状态，然后进入高温蓄热罐9，在高温蓄热罐9起到高温热泵中冷凝器的作用，高温高压的气态工质与高温蓄热罐9中的蓄热体进行热交换，释放热量，将热量传递给蓄热体，同时，蓄热体将高温热泵中的高温高压气体冷却为高压低温液体或者高压低温液体与气体的混合物。

当工质通过高温蓄热罐9后，进入节流装置5，节流装置5包括但不限于节流阀、膨胀阀、毛细管等不同形式，其作用主要是节流作用，将从高温蓄热罐9中出来的高压低温液体工质或者高压低温液体与气体的混合物工质降压，使得液态工质在低压(低温)下汽化吸热，重新变为低温低压液体，它是维持高温蓄热罐9(冷凝器)中工质为高压、高温热泵蒸发器4中为低压的重要部件。

工质在通过节流装置5后，重新变为初始状态，继续进入压缩机8重新进行一个循环。在经过不断的循环后，高温蓄热罐9中的低温储热体不断吸热转变为高温状态，将电能转变为热能储存在高温蓄热罐9中。

在高温热泵蒸发器4中，蓄热水池3表面的高温水与高温热泵的低温低压液态工质换热后被冷却，冷却后的水温度降低到低温区。

进入到供热首站31的一部分热水在供热首站与用户1的供暖回水进行换热后，温度降低到低温区，与经过高温热泵蒸发器4后的低温水混合后，流入蓄热水池3的底层。在进入蓄热水池3之前，会有一部分水通过阀门33进入到太阳能集热器阵列2中被加热，温度升高至高温区，在水泵15的作用下，与蓄热水池3上层的高温水混合，重新分为两路，一部分进入在高温热泵蒸发器4，另一部分重新进入供暖首站31为用户供暖。

进入到水池3底部的低温水的密度要高于蓄热水池3上层的高温水，因此在重力的作用下，低温状态的水将保存在蓄热水池3的底部。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器120进一步用于在当前工况为蓄热水池的储电与供暖工况时，控制蓄热水池2作为热源，提供储电过程中高温热泵所需的需求热量，并提供用户供暖所需要的需求热水；在当前工况为蓄热水池2的供暖工况，控制蓄热水池2作为热源，提供用户供暖所需要的需求热水。

其中，蓄热水池的储电与供暖工况为工况5、供暖工况为工况6，下面分别进行详细阐述。

首先，如图8所示，工况5为以蓄热水池为热源的储电过程及供暖过程，在工况5中，阀门16、阀门17、阀门18、阀门19、阀门20、阀门21、阀门22、阀门23、阀门29、阀门30、阀门32导通，蓄热水池3的一端依次通过阀门17、阀门18、阀门19与水泵15的一端相连，水泵15的另一端通过阀门20与高温热泵蒸发器4一侧的一端相连，高温热泵蒸发器4一侧的另一端与阀门22的一端相连，压缩机8的第一端和节流设备5的一端分别连接在高温热泵蒸发器4的另一侧的两端上，节流设备5的另一端与高温蓄热罐9的一端相连，高温蓄热罐9的另一端与压缩机8的第二端相连，压缩机8的第三端与电动机6的一端相连，电动机6的另一端与其它电源7相连，且水泵15的另一端依次通过阀门20、阀门21、阀门30与供热首站31一侧的一端相连，供热首站31一侧的另一端通过阀门32分别与阀门22的另一端、阀门23的一端相连，阀门23的另一端与蓄热水池3的另一端相连。

具体而言，工况5为以蓄热水池为热源的储电过程及供暖过程，可以将电源7中的电能经过热力循环过程储存起来，外部电源7可以是风电、光伏等一次侧可再生能源，也可以直接接入到二次侧电网中。同时，可以达到为用户供暖的作用。该工况适用于当太阳能条件不好的时候，既需要满足用户的供暖需求，又需要进行储电的情况。将蓄热水池3作为热源，既满足储电过程中高温热泵所需的热量需求，又满足用户供暖所需要的热水需求。

蓄热水池3中的上层水温处在高温区(70-95℃)，下部温区仍保持在低温区(10℃-40℃)。此时蓄热水池3上层的高温水在水泵15的作用下，一部分通过高温热泵蒸发器4，与高温热泵中的低温低压工质进行热交换，另一部分进入供热首站31为用户1供暖。高温热泵蒸发器4中，工质从低温低压的液体状态吸收高温水的热量沸腾并转变为高温低压的气体。此时外部电源7接入，接通后带动电动机6从而带动压缩机8，将高温热泵中的高温低压状态的气态工质进行压缩，高温热泵中的工质包括但不限于下列工质：

1、正戊烷R601，异戊烷R601a，R245ca等高温有机工质；

2、R245fa、正丁烷、R236ea、R236fa、异丁烷等中温有机工质；

3、氨等在相似温区的无机工质。

压缩机8中将高温低压状态的气态工质压缩后，工质变为高温高压的气体状态，然后进入高温蓄热罐9，在高温蓄热罐9起到高温热泵中冷凝器的作用，高温高压的气态工质与高温蓄热罐9中的蓄热体进行热交换，释放热量，将热量传递给蓄热体，同时，蓄热体将高温热泵中的高温高压气体冷却为高压低温液体或者高压低温液体与气体的混合物。

当工质通过高温蓄热罐9后，进入节流装置5，节流装置5包括但不限于节流阀、膨胀阀、毛细管等不同形式，其作用主要是节流作用，将从高温蓄热罐9中出来的高压低温液体工质或者高压低温液体与气体的混合物工质降压，使得液态工质在低压(低温)下汽化吸热，重新变为低温低压液体，它是维持高温蓄热罐9(冷凝器)中工质为高压、高温热泵蒸发器4中为低压的重要部件。

工质在通过节流装置5后，重新变为初始状态，继续进入压缩机8重新进行一个循环。在经过不断的循环后，高温蓄热罐9中的低温储热体不断吸热转变为高温状态，将电能转变为热能储存在高温蓄热罐9中。

在高温热泵蒸发器4中，蓄热水池3表面的高温水与高温热泵的低温低压液态工质换热后被冷却，冷却后的水温度降低到低温区。

进入到供热首站31的一部分热水在供热首站与用户1的供暖回水进行换热后，温度降低到低温区，与经过高温热泵蒸发器4后的低温水混合后，流入蓄热水池3的底层。

进入到水池3底部的低温水的密度要高于蓄热水池3上层的高温水，因此在重力的作用下，低温状态的水将保存在蓄热水池3的底部。

进一步地，如图9所示，工况6为以蓄热水池为热源的供暖过程，在工况6中，阀门16、阀门17、阀门18、阀门19、阀门20、阀门23、阀门29、阀门30、阀门32导通，蓄热水池3的一端依次通过阀门17、阀门18、阀门19与水泵15的一端相连，水泵15的另一端依次通过阀门20、阀门21、阀门30与供热首站31一侧的一端相连，供热首站31一侧的另一端依次通过阀门32、阀门23与蓄热水池3的另一端相连，供热首站31的另一侧的两端连接热用户1。

具体而言，工况6为以蓄热水池3为热源的供暖过程，可以达到为用户供暖的作用。该工况适用于当太阳能条件不好的时候，同时又不需要进行储电的情况。将蓄热水池3作为热源，满足用户供暖所需要的热水需求。

该工况在运行过程中，蓄热水池3上层的高温水在水泵15的作用下，直接进入供热首站31与用户1的供暖回水进行换热，为用户1供暖，换热后的高温水温度降低至低温区，低温水回到蓄热水池3底部。

进入到水池3底部的低温水的密度要高于蓄热水池3上层的高温水，因此在重力的作用下，低温状态的水将保存在蓄热水池3的底部。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器120进一步用于在当前工况为太阳能集热器阵列的供暖工况时，控制太阳能集热器阵列2所吸收的太阳能为用户供暖；在当前工况为太阳能集热器阵列2和蓄热水池3的供暖工况时，控制太阳能集热器阵列2和蓄热水池3为热源，在提供用户供暖所需要的需求热水的同时，减少蓄热水池3上层高温水的使用量。

其中，太阳能集热器阵列的供暖工况为工况7、供暖工况为工况8，下面分别进行详细阐述。

首先，如图10所示，工况7为以太阳能集热器阵列为热源的供暖过程，在工况7中，阀门20、阀门27、阀门29、阀门30、阀门32、阀门33、阀门34、阀门36导通，太阳能集热器阵列2的一端依次通过阀门27、阀门34与水泵15的一端相连，水泵15的另一端依次通过阀门20、阀门29、阀门30与供热首站31一侧的一端相连，供热首站31一侧的另一端依次通过阀门32、阀门36、阀门33与太阳能集热器阵列2的另一端相连，供热首站31的另一侧的两端连接热用户1。

具体而言，工况7为以太阳能集热器阵列2为热源的供暖过程，可以达到为用户供暖的作用。该工况适用于当太阳能条件较好的时候，太阳能集热器阵列2所吸收的太阳能可以满足用户供暖的情况。此时既不需要进行储电又不需要向蓄热水池储热。

该工况在运行过程中，太阳能集热器阵列2吸收太阳能后，将供热首站31的回水进行加热，回水温度上升至高温区，在水泵15的作用下，直接进入供热首站31与用户1的供暖回水进行换热，为用户1供暖，换热后的高温水温度降低至低温区，重新回到太阳能集热器阵列2吸收太阳能。

该工况仅用在太阳能所吸收的太阳能可以刚好满足用户供暖所需热量的情况。

进一步地，如图11所示，工况8为同时以太阳能集热器阵列和蓄热水池为热源的供暖过程，在工况8中，阀门16、阀门17、阀门18、阀门19、阀门20、阀门27、阀门29、阀门30、阀门32、阀门33、阀门34、阀门36导通，太阳能集热器阵列2的一端依次通过阀门27、阀门34与水泵15的一端相连，蓄热水池3的一端依次通过阀门17、阀门18、阀门19与水泵15的一端相连，水泵15的另一端依次通过阀门20、阀门21、阀门30与供热首站31一侧的一端相连，供热首站31一侧的另一端通过阀门32分别与阀门23的一端、阀门36的一端相连，供热首站31的另一侧的两端连接热用户1，阀门23的另一端与蓄热水池3的另一端相连，阀门36的另一端通过阀门33与太阳能集热器阵列2的另一端相连。

具体而言，工况8为同时以太阳能集热器阵列2和蓄热水池3为热源的供暖过程，可以达到为用户供暖的作用。该工况适用于当太阳能条件较好，但不足以满足用户供暖所需要的热量，同时又不需要进行储电的情况。同时以太阳能集热器阵列2和蓄热水池3为热源，在满足用户供暖所需要的热水需求的同时，减少蓄热水池3上层高温水的使用量。

该工况在运行过程中，蓄热水池3上层的高温水在水泵15的作用下，与来自太阳能集热器阵列2的高温水混合后，进入供热首站31为用户1供暖。换热后的高温水温度降低至低温区，低温水一部分回到蓄热水池3底部，另一部分重新进入蓄热水池3底部。

进入到水池3底部的低温水的密度要高于蓄热水池3上层的高温水，因此在重力的作用下，低温状态的水将保存在蓄热水池3的底部。

该工况的运行条件为，太阳能集热器阵列2所吸收的太阳能无法满足用户供暖所需热量的情况，蓄热水池作为第二热源维持提供给用户的热量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器120进一步用于在当前工况为太阳能集热器阵列2的供暖和储热工况时，控制太阳能集热器阵列2为热源，在提供用户供暖所需要的需求热水的同时，为蓄热水池上层提供高温水，供其它工况使用。

其中，供暖和储热工况为工况9，如图12所示，在工况9中，阀门16、阀门19、阀门20、阀门22、阀门23、阀门24、阀门26、阀门27、阀门28、阀门32、阀门33、阀门35导通，太阳能集热器阵列2的一端依次通过阀门27、阀门26、阀门20与水泵15的一端相连，水泵15的另一端依次通过阀门19、阀门24、阀门22分别与阀门32的一端和阀门23的一端相连，阀门32的另一端与供热首站31一侧的一端相连，供热首站31一侧的另一端依次通过阀门35、阀门33与太阳能集热器阵列2的另一端相连，供热首站31的另一侧的两端连接热用户1，阀门23的另一端与蓄热水池3的一端相连，蓄热水池3的另一端依次通过阀门16和阀门28与太阳能集热器阵列2的另一端相连。

具体而言，工况9为以太阳能集热器阵列为热源的供暖过程和储热过程，可以达到同时为用户供暖和向蓄热水池储热的作用。该工况适用于当太阳能条件较好，大幅度超过用户供暖所需要的热量，同时又不需要进行储电的情况。以太阳能集热器阵列为热源的供暖过程和储热过程，在满足用户供暖所需要的热水需求的同时，为蓄热水池3上层提供高温水，供其它工况使用。

该工况在运行过程中，蓄热水池3下层的低温水在水泵15的作用下，与来自供热首站31的低温回水混合后，进入太阳能阵列2，太阳能阵列2在吸收太阳能热量后，低温水温度升高至高温区，一部分进入供热首站31为用户供暖，另一部分进入到蓄热水池上层，补充蓄热水池的高温水量，供其它工况使用。

进入到水池3上层的高温水的密度要低于蓄热水池3下层的低温水，因此在密度差的作用下，高温状态的水将保存在蓄热水池3的顶层。

该工况的运行条件为，当太阳能条件较好，大幅度超过用户供暖所需要的热量，同时又不需要进行储电的情况。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器120进一步用于在当前工况为放电工况时，放出所储存的电能，以供用户或电网使用。

其中，放电工况为工况10，如图13所示，在工况10中，阀门16、阀门17、阀门19、阀门20、阀门22、阀门23、阀门24、阀门25导通，蓄热水池3的一端依次通过阀门16、阀门17、阀门25与有机朗肯循环冷凝器14一侧的一端相连，有机朗肯循环冷凝器14一侧的另一端通过阀门20与水泵15的一端相连，有机朗肯循环冷凝器14另一侧的一端与透平11的第一端相连，有机朗肯循环冷凝器14另一侧的另一端与工质泵10的一端相连，工质泵10的另一端与高温蓄热罐9的一端相连，高温蓄热罐9的另一端与透平11的第二端相连，透平11的第三端与发电机12的一端相连，发电机12的另一端与电网或电用户13相连，水泵15的另一端依次通过阀门24、阀门22、阀门23与蓄热水池3的另一端相连。

具体而言，工况10为放电过程，该工况运行在当太阳能条件不好时的放电过程，该工况可以放出所储存电能供用户或电网使用。

在该工况中，以高温蓄热罐9中的高温蓄热体作为热源，高温蓄热罐9相当于有机朗肯循环的蒸发器。

有机朗肯循环中的工质包括但不限于下列工质：

1、正戊烷R601，异戊烷R601a，R245ca等高温有机工质；

2、R245fa、正丁烷、R236ea、R236fa、异丁烷等中温有机工质；

3、氨等在相似温区的无机工质。

通过高温蓄热罐9中的高温储热体将有机朗肯循环回路中低温工质定压加热，低温低压工质在受热沸腾后继续吸热直至达到饱和状态或者过热状态，体积膨胀，推动透平11对发电机12做功，发电机12产生的电能供给电用户使用。工质气体通过透平11后进入冷凝器14，冷凝器以蓄热水池3底层的低温水作为冷源，工质气体与蓄热水池3底层的低温水换热后遇冷液化放热，使得蓄热水池3底层的低温水温度升高，变为高温水。工质液化后进入工质泵10加压后重新进入高温蓄热罐9，冷却高温蓄热罐9中的高温储热体，并受热汽化成过热状态。

蓄热水池3底层的低温水在水泵15的作用下在冷凝器14中与气态工质换热升温至高温区，返回至蓄热水池上层。由于进入到水池3上层的高温水的密度要低于蓄热水池3下层的低温水，因此在密度差的作用下，高温状态的水将保存在蓄热水池3的顶层。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器120进一步用于在当前工况为放电且太阳能集热器阵列2储热工况时，放出所储存的电能的同时，控制太阳能集热器阵列2储热；在当前工况为放电、供暖且蓄热水池储热工况，放出所储存的电能和供暖的同时，控制太阳能阵列2为进行储热；在当前工况为放电、供暖且蓄热水池储热工况，放出所储存的电能和供暖的同时，控制太阳能集热器阵列2作为第二热源为用户供暖，并为蓄热水池3储热。

其中，储热工况为工况11、放电、供暖且蓄热水池储热工况为工况12、放电、供暖且蓄热水池储热工况为工况13，下面将对每种工况分别进行详细介绍。

首先，工况11为放电的同时通过太阳能阵列进行储热，如图14所示，在工况11中，阀门16、阀门17、阀门19、阀门20、阀门22、阀门23、阀门24、阀门25、阀门26、阀门27、阀门28导通，太阳能集热器阵列2的一端依次通过阀门27、阀门26、阀门20与水泵15的一端相连，水泵15的另一端依次通过阀门19、阀门24、阀门22、阀门23与蓄热水池3的一端相连，蓄热水池3的一端通过阀门16与阀门17的一端、阀门28的一端相连，阀门17的另一端通过阀门25与有机朗肯循环冷凝器14一侧的一端相连，有机朗肯循环冷凝器14一侧的另一端分别与阀门20和阀门26相连，有机朗肯循环冷凝器14另一侧的一端与透平11的第一端相连，有机朗肯循环冷凝器14另一侧的另一端与工质泵10的一端相连，工质泵10的另一端与高温蓄热罐9的一端相连，高温蓄热罐9的另一端与透平11的第二端相连，透平11的第三端与发电机12的一端相连，发电机12的另一端与电网或电用户13相连，阀门28的另一端与太阳能集热器阵列2的另一端相连。

具体而言，工况11为放电的同时通过太阳能阵列进行储热。该工况运行在太阳能条件较好，不需要供热，且需要释放储存的电能的情况。

在该工况中，以高温蓄热罐9中的高温蓄热体作为热源，高温蓄热罐9相当于有机朗肯循环的蒸发器。

有机朗肯循环中的工质包括但不限于下列工质：

1、正戊烷R601，异戊烷R601a，R245ca等高温有机工质；

2、R245fa、正丁烷、R236ea、R236fa、异丁烷等中温有机工质；

3、氨等在相似温区的无机工质。

通过高温蓄热罐9中的高温储热体将有机朗肯循环回路中低温工质定压加热，低温低压工质在受热沸腾后继续吸热直至达到饱和状态或者过热状态，体积膨胀，推动透平11对发电机12做功，发电机12产生的电能供给电用户使用。工质气体通过透平11后进入冷凝器14，冷凝器以蓄热水池3底层的低温水作为冷源，工质气体与蓄热水池3底层的低温水换热后遇冷液化放热，使得蓄热水池3底层的低温水温度升高，变为高温水。工质液化后进入工质泵10加压后重新进入高温蓄热罐9，冷却高温蓄热罐9中的高温储热体，并受热汽化成过热状态。

蓄热水池3底层的低温水在水泵15的作用下，一部分在冷凝器14中与气态工质换热升温至高温区，返回至蓄热水池上层，另一部分进入到太阳能集热板阵列2中，太阳能集热板阵列2吸收太阳能对低温水进行加热，加热后的高温水与离开有机朗肯循环冷凝器14的高温水混合后进入蓄热水池3上层。由于进入到水池3上层的高温水的密度要低于蓄热水池3下层的低温水，因此在密度差的作用下，高温状态的水将保存在蓄热水池3的顶层。

其次，工况12为放电的同时为用户供暖，同时为蓄热水池储热，如图13所示，在工况12中，阀门16、阀门17、阀门19、阀门20、阀门22、阀门23、阀门24、阀门25、阀门28、阀门32、阀门33、阀门35导通，蓄热水池3的一端通过阀门16分别与阀门17的一端、阀门28的一端相连，阀门17的另一端通过阀门25与有机朗肯循环冷凝器14一侧的一端相连，有机朗肯循环冷凝器14一侧的另一端通过阀门20与水泵15的一端相连，有机朗肯循环冷凝器14另一侧的一端与透平11的第一端相连，有机朗肯循环冷凝器14另一侧的另一端与工质泵10的一端相连，工质泵10的另一端与高温蓄热罐9的一端相连，高温蓄热罐9的另一端与透平11的第二端相连，透平11的第三端与发电机12的一端相连，发电机12的另一端与电网或电用户13相连，水泵15的另一端依次通过阀门19、阀门24、阀门22分别与阀门23的一端、阀门32的一端相连，阀门23的另一端与蓄热水池3的另一端相连，阀门32的另一端与供热首站31一侧的一端相连，供热首站31一侧的另一端依次通过阀门35、阀门33与阀门28的另一端相连，供热首站31的另一侧的两端连接热用户1。

具体而言，工况12为放电的同时通过太阳能阵列进行储热。该工况运行在太阳能条件不好，需要为用户供热，用户需热量较小，或需要大功率释放储存的电能的情况。

在该工况中，以高温蓄热罐9中的高温蓄热体作为热源，高温蓄热罐9相当于有机朗肯循环的蒸发器。

有机朗肯循环中的工质包括但不限于下列工质：

1、正戊烷R601，异戊烷R601a，R245ca等高温有机工质；

2、R245fa、正丁烷、R236ea、R236fa、异丁烷等中温有机工质；

3、氨等在相似温区的无机工质。

高温蓄热罐9中的高温储热体与换热，将有机朗肯循环回路中低温工质定压加热，低温低压工质在受热沸腾后继续吸热直至达到饱和状态或者过热状态，体积膨胀，推动透平11对发电机12做功，发电机12产生的电能供给电用户使用。工质气体通过透平11后进入冷凝器14，蓄热水池3底层的低温水以及供热首站31的冷却水混合后，作为冷凝器14的冷源，工质气体与冷源低温水换热后遇冷液化放热，低温水温度升高，变为高温水。工质液化后进入工质泵10加压后重新进入高温蓄热罐9，冷却高温蓄热罐9中的高温储热体，并受热汽化成过热状态。

低温水在水泵15的作用下，在冷凝器14中与气态工质换热升温至高温区，一部分返回至蓄热水池上层，另一部分进入供热首站31中，与用户1的供暖回水换热，为用户供暖。

由于进入到水池3上层的高温水的密度要低于蓄热水池3下层的低温水，因此在密度差的作用下，高温状态的水将保存在蓄热水池3的顶层。

工况12的应用条件为：太阳能条件不好，需要为用户供热，用户需热量较小；或太阳能条件不好，需要为用户供热，且需要大功率释放储存的电能的情况。

进一步地，工况13为放电的同时，太阳能集热器阵列作为第二热源为用户供暖，并为蓄热水池储热，如图16所示，在工况13中，阀门16、阀门17、阀门19、阀门20、阀门22、阀门23、阀门24、阀门25、阀门26、阀门27、阀门28、阀门32、阀门33、阀门35导通，太阳能集热器阵列2的一端通过阀门26分别与有机朗肯循环冷凝器14一侧的一端相连、阀门20的一端相连，有机朗肯循环冷凝器14一侧的另一端通过阀门25与阀门17的一端相连，有机朗肯循环冷凝器14另一侧的一端与透平11的第一端相连，有机朗肯循环冷凝器14另一侧的另一端与工质泵10的一端相连，工质泵10的另一端与高温蓄热罐9的一端相连，高温蓄热罐9的另一端与透平11的第二端相连，透平11的第三端与发电机12的一端相连，发电机12的另一端与电网或电用户13相连，阀门20的另一端与水泵15的一端相连，水泵15的另一端依次通过阀门19、阀门24、阀门22分别与阀门23的一端、阀门32的一端相连，阀门23的另一端与蓄热水池3的一端相连，热水池3的另一端分别与阀门17的另一端、阀门28的一端相连，阀门28的另一端与太阳能集热器阵列2的另一端相连，阀门32的另一端与供热首站31一侧的一端相连，供热首站31一侧的另一端依次通过阀门35、阀门33与阀门28的另一端相连，供热首站31的另一侧的两端连接热用户1。

具体而言，工况13为放电的同时，太阳能集热器阵列2作为第二热源为用户1供暖，并为蓄热水池3储热。该工况运行在太阳能条件较好，需要为用户供热，且需要释放储存的电能的情况。

在该工况中，以高温蓄热罐9中的高温蓄热体作为热源，高温蓄热罐9相当于有机朗肯循环的蒸发器。

有机朗肯循环中的工质包括但不限于下列工质：

1、正戊烷R601，异戊烷R601a，R245ca等高温有机工质；

2、R245fa、正丁烷、R236ea、R236fa、异丁烷等中温有机工质；

3、氨等在相似温区的无机工质。

高温蓄热罐9中的高温储热体与换热，将有机朗肯循环回路中低温工质定压加热，低温低压工质在受热沸腾后继续吸热直至达到饱和状态或者过热状态，体积膨胀，推动透平11对发电机12做功，发电机12产生的电能供给电用户使用。工质气体通过透平11后进入冷凝器14，蓄热水池3底层的低温水以及供热首站31的冷却水混合后，作为冷凝器14的冷源，工质气体与冷源低温水换热后遇冷液化放热，低温水温度升高，变为高温水。工质液化后进入工质泵10加压后重新进入高温蓄热罐9，冷却高温蓄热罐9中的高温储热体，并受热汽化成过热状态。

两部分高温水汇合后，一部分返回至蓄热水池上层，另一部分进入供热首站31中，与用户1的供暖回水换热，为用户供暖。

由于进入到水池3上层的高温水的密度要低于蓄热水池3下层的低温水，因此在密度差的作用下，高温状态的水将保存在蓄热水池3的顶层。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器120进一步用于在当前工况为第一放电与供暖工况，放出所储存的电能和供暖的同时，利用有机朗肯循环作为热源，为用户供暖；在当前工况为第二放电与供暖工况，放出所储存的电能和供暖的同时，利用有机朗肯循环和太阳能集热器阵列作为热源，为用户供暖。

其中，第一放电与供暖工况为工况14、第二放电与供暖工况为工况15，下面将分别进行详细介绍。

首先，工况14为放电的同时，利用有机朗肯循环作为热源为用户供暖，如图17所示，在工况14中，阀门17、阀门19、阀门122、阀门24、阀门25、阀门28、阀门32、阀门33、阀门35导通，有机朗肯循环冷凝器14一侧的一端依次通过阀门25、阀门17、阀门28、阀门33、阀门35与供热首站31一侧的一端相连，有机朗肯循环冷凝器14一侧的另一端通过阀门20与水泵15的一端相连，有机朗肯循环冷凝器14另一侧的另一端与工质泵10的一端相连，工质泵10的另一端与高温蓄热罐9的一端相连，高温蓄热罐9的另一端与透平11的第二端相连，透平11的第三端与发电机12的一端相连，发电机12的另一端与电网或电用户13相连，水泵15的另一端依次通过阀门19、阀门24、阀门22、阀门32与供热首站31一侧的另一端相连，供热首站31的另一侧的两端连接热用户1。

具体而言，工况14为放电的同时，利用有机朗肯循环作为热源为用户供暖。该工况运行在太阳能条件不好，需要为用户供热，需要释放储存的电能，且有机朗肯循环产生的热量刚好满足用户供暖所需热量的情况。

在该工况中，以高温蓄热罐9中的高温蓄热体作为热源，高温蓄热罐9相当于有机朗肯循环的蒸发器。

有机朗肯循环中的工质包括但不限于下列工质：

1、正戊烷R601，异戊烷R601a，R245ca等高温有机工质；

2、R245fa、正丁烷、R236ea、R236fa、异丁烷等中温有机工质；

3、氨等在相似温区的无机工质。

高温蓄热罐9中的高温储热体与有机朗肯循环回路中低温工质定压加热，低温低压工质在受热沸腾后继续吸热直至达到饱和状态或者过热状态，体积膨胀，推动透平11对发电机12做功，发电机12产生的电能供给电用户使用。工质气体通过透平11后进入冷凝器14，供热首站31的冷却水作为冷凝器14的冷源，工质气体与冷源低温水换热后遇冷液化放热，使得低温水温度升高，变为高温水。工质液化后进入工质泵10加压后重新进入高温蓄热罐9，冷却高温蓄热罐9中的高温储热体，并受热汽化成过热状态，并受热汽化成过热状态。

产生的高温水进入供热首站31中，与用户1的供暖回水换热，为用户供暖。

进一步地，工况15为放电的同时，利用有机朗肯循环和太阳能集热器阵列作为热源为用户供暖，如图18所示，在公开15中，阀门17、阀门19、阀门122、阀门24、阀门25、阀门26、阀门27、阀门28、阀门32、阀门33、阀门35导通，太阳能集热器阵列2的一端依次通过阀门27、阀门26、阀门20与水泵15的一端相连，水泵15的另一端依次通过阀门19、阀门24、阀门22和阀门32与供热首站31一侧的一端相连，供热首站31一侧的另一端依次通过阀门35、阀门33与阀门28的一端相连，供热首站31的另一侧的两端连接热用户1，阀门28的一端与太阳能集热器阵列2的另一端相连，阀门28的另一端通过阀门17、阀门25与有机朗肯循环冷凝器14一侧的一端相连，有机朗肯循环冷凝器14一侧的另一端分别与阀门20和阀门26相连，有机朗肯循环冷凝器14另一侧的一端与透平11的第一端相连，有机朗肯循环冷凝器14另一侧的另一端与工质泵10的一端相连，工质泵10的另一端与高温蓄热罐9的一端相连，高温蓄热罐9的另一端与透平11的第二端相连，透平11的第三端与发电机12的一端相连，发电机12的另一端与电网或电用户13相连。

具体而言，工况15为放电的同时，利用有机朗肯循环和太阳能集热器阵列作为热源为用户供暖。该工况运行在太阳能条件较好，需要为用户供热，需要释放储存的电能，且有机朗肯循环和太阳能集热器产生的热能刚好满足用户供暖需求的情况。

在该工况中，以高温蓄热罐9中的高温蓄热体作为热源，高温蓄热罐9相当于有机朗肯循环的蒸发器。

有机朗肯循环中的工质包括但不限于下列工质：

1、正戊烷R601，异戊烷R601a，R245ca等高温有机工质；

2、R245fa、正丁烷、R236ea、R236fa、异丁烷等中温有机工质；

3、氨等在相似温区的无机工质。

高温蓄热罐9中的高温储热体与有机朗肯循环回路中低温工质定压加热，低温低压工质在受热沸腾后继续吸热直至达到饱和状态或者过热状态，体积膨胀，推动透平11对发电机12做功，发电机12产生的电能供给电用户使用。工质气体通过透平11后进入冷凝器14，供热首站31的冷却水作为冷凝器14的冷源，工质气体与冷源低温水换热后遇冷液化放热，使得低温水温度升高，变为高温水。工质液化后进入工质泵10加压后重新进入高温蓄热罐9，冷却高温蓄热罐9中的高温储热体，并受热汽化成过热状态。

两部分高温水汇合后，进入供热首站31中，与用户1的供暖回水换热，为用户供暖。

需要说明的是，储热罐的储热体可以为相变材料(PCM)、导热油、熔盐、金属等储热体。另外，高温蓄热罐9有两种作用，在高温热泵中起到冷凝器的作用，在有机朗肯循环中起到蒸发器的作用。高温蓄热罐9内部含有储热体，储热体可以为相变材料(PCM)、导热油、熔盐等储热体。高温蓄热罐9内部集成有换热器，可以与高温热泵或者有机朗肯循环中的工质分别换热。高温蓄热罐9的工质进出口可以为1对，也可以为2对。当高温热泵和有机朗肯循环中的工质相同时，为1对进出口；工质不同时为2对进出口。附图中3-18均为2对进出口。1对进出口的系统图如附图19所示。

综上，本发明实施例提出的耦合跨季节储热的储能发电系统具有如下有效效果：

1、可以做到跨季节供暖。容量大，可以为区域或者城市供电、供暖。

2、可以根据电负荷热负荷、太阳能条件灵活转换，可以达到智能、灵活、高效、环保的效果。

3、用在一次侧可以消纳可再生能源所产生的电能，用在二次侧可以利用峰谷电价差产生利润。

4、既可以储电供电、又可以储热供热、全功能。

5、响应速度比较快，寿命较锂电池长很多。

6、利用太阳能及可再生能源，做到清洁供暖、供电。

7、电源7可以为风电、光伏等多种可再生能源，也可以为火电厂、天然气电厂、核电厂等传统能源，利用地点多。

8、工况多，高达15种，完整的系统设计可以适应各种负荷条件。

9、储能密度大，储能效率高，该方法是利用热力循环进行储能，具有设备寿命长，循环稳定，造价低等优势。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种耦合跨季节储热的储能发电系统，其特征在于，包括：

电源，用于提供电能；

蓄热水池和太阳能集热器阵列，用于采集太阳能生成需求热量与需求热水；以及

控制器，用于检测储能发电系统的当前工况，并根据所述当前工况控制所述蓄热水池和所述太阳能集热器阵列工作，以提供储电过程中高温热泵所需的所述需求热量的同时，提供满足用户供暖所需的所述需求热水。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于在所述当前工况为起始工况时，控制所述太阳能集热器阵列为所述蓄热水池蓄热，以通过正逆朗肯循环进行储能与发电。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于在所述当前工况为储电工况时，将所述电源的电能通过所述热力循环过程进行储存或者接入二次侧电网中。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于在所述当前工况为第一双热源储电工况时，控制所述蓄热水池和所述太阳能集热器阵列同时作为储电过程中高温热泵的热源，通过热力循环存储所述电源的电能；在所述当前工况为第二双热源工况时，控制所述太阳能集热器阵列和所述蓄热水池同时作为热源，提供所述储电过程中高温热泵所需的需求热量，且提供所述用户供暖所需要的需求热水。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于在所述当前工况为蓄热水池的储电与供暖工况时，控制所述蓄热水池作为热源，提供所述储电过程中高温热泵所需的需求热量，并提供所述用户供暖所需要的需求热水；在所述当前工况为蓄热水池的供暖工况，控制所述蓄热水池作为热源，提供所述用户供暖所需要的需求热水。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于在所述当前工况为太阳能集热器阵列的供暖工况时，控制所述太阳能集热器阵列所吸收的太阳能为用户供暖；在所述当前工况为太阳能集热器阵列和蓄热水池的供暖工况时，控制所述太阳能集热器阵列和所述蓄热水池为热源，在提供所述用户供暖所需要的需求热水的同时，减少所述蓄热水池上层高温水的使用量。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于在所述当前工况为太阳能集热器阵列的供暖和储热工况时，控制所述太阳能集热器阵列为热源，在提供用户供暖所需要的需求热水的同时，为所述蓄热水池上层提供高温水，供其它工况使用。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于在所述当前工况为放电工况时，放出所储存的电能，以供用户或电网使用。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于在所述当前工况为放电且太阳能集热器阵列储热工况时，放出所述所储存的电能的同时，控制所述太阳能集热器阵列储热；在所述当前工况为放电、供暖且蓄热水池储热工况，放出所述所储存的电能和供暖的同时，控制所述太阳能阵列为进行储热；在所述当前工况为放电、供暖且蓄热水池储热工况，放出所述所储存的电能和供暖的同时，控制所述太阳能集热器阵列作为第二热源为用户供暖，并为所述蓄热水池储热。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于在所述当前工况为第一放电与供暖工况，放出所述所储存的电能和供暖的同时，利用有机朗肯循环作为热源，为用户供暖；在所述当前工况为第二放电与供暖工况，放出所述所储存的电能和供暖的同时，利用有所述机朗肯循环和所述太阳能集热器阵列作为热源，为用户供暖。

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