CN114199061A - 利用工业余热的冷热能储存再利用方法及储能发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种利用工业余热的冷热能储存再利用方法，包括以下步骤：在储热能过程中具体方法如下：工厂余热受驱动地流入工业余热吸收换热器释放热能；蓄热流体流入工业余热吸收换热器吸收热能至高温状态，高温状态的蓄热流体受驱动地流入蓄热模块；在储冷能过程中具体方法如下：常流动工质流入制冷压缩机构进行压缩，在压缩过程中通过排散换热机构进行换热；工质流入制冷膨胀机组膨胀至低温常压状态，随后该流动工质进入冷能吸收换热器释放冷能；流动工质流入冷能吸收换热器中吸收冷能，流动工质沿流入低温填充床与固体颗粒蓄冷介质进行热交换，以完成蓄冷工作。通过上述结构可以解决现有技术中的电力储能技术对工业余热利用不足，以及利用效率低的问题。

Description

利用工业余热的冷热能储存再利用方法及储能发电系统
技术领域
本发明涉及热泵储电储能以及能量再利用技术领域，具体涉及一种利用工业余热的冷热能储存再利用方法及储能发电系统。
背景技术
工业余热利用是节能减排的重要环节。当前中高温余热利用技术普及率不高，低温余热未被利用是我国余热利用率低的原因之一。对钢铁、水泥、玻璃、合成氨、烧碱、电石、硫酸行业余热资源的调查分析结果显示，上述工业行业余热资源量丰富，约占这7个工业行业能源消费总量的1/3。综合考虑行业现状与发展趋势，这7个工业行业余热资源总量高达3.4亿吨标准煤。
现有技术中的工业余热利用方法难以高效率地通过储电技术将工业余热回收利用，所以本领域技术人员需要一种高效率的利用工业余热利用方法及其设备。
发明内容
本发明旨在提供一种利用工业余热的冷热能储存再利用方法及储能发电系统，以解决现有技术中的电力储能技术对工业余热利用不足，以及利用效率低的问题。为此，本发明提供一种利用工业余热的冷热能储存再利用方法，包括以下步骤：
在储热能过程中，工业余热产生热能，启动吸热储热系统对热能进行吸收和存储，具体方法如下：
工厂余热受驱动地流入工业余热吸收换热器释放热能；蓄热流体受驱动地流入所述工业余热吸收换热器吸收热能至高温状态，高温状态的所述蓄热流体受驱动地流入蓄热模块，以完成蓄热工作；
在储冷能过程中，启动热泵制冷回路，将电能转化为冷能存储，具体方法如下：
常温常压的流动工质流入制冷压缩机构进行压缩，在压缩过程中通过排散换热机构进行换热以将压缩热排散到环境中；
经过所述排散换热机构的流动工质为常温、中高压状态；常温、中高压状态的所述流动工质流入制冷膨胀机组膨胀至低温常压状态，随后该流动工质进入冷能吸收换热器释放冷能；
流动工质受驱动地流入冷能吸收换热器中吸收冷能至低温常压状态，低温的所述流动工质沿流入低温填充床与该低温填充床中的固体颗粒蓄冷介质进行热交换，以将冷能存储在低温填充床内，以完成蓄冷工作。
可选的，在储热过程中，经过所述工业余热吸收换热器的工厂侧流体，受驱动地沿管路再次进入工厂；和/或，
在储冷过程中，从所述冷能吸收换热器流出的常温常压气体再次流入所述制冷压缩机构进行压缩，以将电能转化为高品位冷能；
在储冷过程中，完成换热过程的流动工质从所述低温填充床中流出，该常温常压气体状态的流动工质受驱动地重新参与循环。
可选的，所述蓄热模块为列阵结构，包括至少两个蓄热填充床。
可选的，所述蓄热模块包括：温度区间为大于600℃的第一蓄热填充床、温度区间为400℃至600℃的第二蓄热填充床、温度区间为200℃至400℃的第三蓄热填充床，以及温度区间为小于200℃的第四蓄热填充床；
经所述工业余热吸收换热器流出的蓄热流体被测温装置测温后，受驱动地流入与该蓄热流体温度相适配的蓄热填充床内，将热能储存在该蓄热填充床内后再流入所述工业余热吸收换热器。
可选的，在释能过程中，启动冷热能热机发电回路，将存储的热能和冷能转化为电能释放，具体方法如下：
常温常压的气体工质流入低温填充床吸收存储在该低温填充床内的低温冷能转换至低温常压状态后，低温常压状态的该气体工质流入压缩机组压缩至常温、中高压状态；
该常温、中高压状态的所述气体工质流入第一余热排散换热器将不可逆的损失排散到环境中，以使所述气体工质达到室温、中高压状态；
该室温、中高压状态的所述气体工质流入所述蓄热模块吸收热能；经所述蓄热模块流出的高温、中高压状态的所述气体工质流入膨胀机组膨胀做功；
所述膨胀机组分别与所述压缩机组和所述发电单元传动相连，以带动发电单元将动能转化为电能释放。
可选的，经过所述膨胀机组膨胀做功后的流动工质达到常温常压状态，流入第二余热排散换热器将余热排散；且常温常压状态的所述气体工质再次进入所述低温填充床吸收冷能，反复循环以将冷热能转化为电能释放。
一种储能发电系统，包括：
冷热能热机发电回路，包括：低温填充床、压缩机组、第一余热排散换热器、蓄热模块、膨胀机组、发电单元，以及第二余热排散换热器；
工业余热回收回路，包括：工业余热吸收换热器、工厂侧流体驱动装置；
热泵制冷回路，包括：制冷驱动单元、制冷膨胀机组、冷能吸收换热器、制冷压缩机构，以及排散换热机构；
蓄冷回路，包括：蓄冷循环风机、低温填充床，以及与所述热泵制冷回路共用的冷能吸收换热器。
储能发电系统，还包括：
阵列化蓄热模块，包括：蓄热模块、三通阀门、测温装置、工业余热吸收换热器，以及蓄热循环风机；所述阵列化蓄热模块与所述冷热能热机发电回路共用所述蓄热模块；所述阵列化蓄热模块与所述工业余热回收回路共用所述工业余热吸收换热器。
可选的，所述制冷压缩机构包括：第一级制冷压缩机组、第二级制冷压缩机组和第三级制冷压缩机组；
所述排散换热机构包括：第一排散换热器、第二排散换热器和第三排散换热器；所述第一级制冷压缩机组与第一排散换热器串联、所述第二级制冷压缩机组与第二排散换热器串联、所述第三级制冷压缩机组与第三排散换热器串联，用于将所述制冷压缩机构产生的压缩热排散到环境中。
可选的，在所述热泵制冷系统、所述蓄冷回路、所述冷热能热机发电回路，以及所述阵列化蓄热模块中流动工质为氩气或者空气或者氮气或者氦气中的一种或多种。其中，所述蓄冷回路、所述冷热能热机发电回路，以及所述阵列化蓄热模块三者中的气体工质需为同一种。所述热泵制冷系统的气体工质可以与上述回路相同或不同。
所述工业余热回收回路中流动介质为硝酸钾或者硝酸钙或者硝酸钠或者亚硝酸钠或者硝酸锂或者氯盐或者氟盐或者导热油或者压缩气体或者液态金属或者水中的一种或多种组成，或为气体的一种或多种组成，例如：空气、氮气、氩气、氦气等。使用熔盐时需要注意回路中流动工质的温度不低于该流动工质的凝固点。
可选的，所述蓄热填充床为圆柱体结构或球体结构或长方体结构；和/或，
所述蓄热填充床内的固体介质为岩石、沙石、金属颗粒、固体砖等材料中的一种或为至少两种材料的组合物。
可选的，所述制冷驱动单元为驱动电机；所述驱动电机采用电站低谷电、核电、风电、太阳能发电、水电或者潮汐发电中的一种或多种为电力源；和/或，
制冷压缩机构和冷热能热机发电回路中的压缩机组二者总压比为3至20之间；所述制冷压缩机构具有多台压缩机时，多台压缩机为共轴串联形式或者分轴并联形式相连。在并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接；
制冷回路膨胀机组和冷热能热机发电回路中的膨胀机组二者总膨胀比为3至20之间；当膨胀机组为多台膨胀机时，多台膨胀机为共轴串联形式、或分轴并联形式；并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接。
可选的，所述热泵制冷回路中，上述膨胀机组的膨胀比是各级压缩机组的压缩比的n倍；具体说，上述n为制冷回路的压缩机组的级数，压缩机级数可以为2、3、4、5、6级。
可选的，当所述工业余热回收回路中的流动工质为液体工质，则工厂侧流体驱动装置为一台或者为多台并联或者串联使用的增压泵；当该所述工业余热回收回路中的流动工质为气体工质，则工厂侧流体驱动装置还可以为一台或多台并联或者串联使用的循环风机。
本发明中的上述储能发电系统应用到利用工业余热的冷热能储存再利用方法中。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的利用工业余热的冷热能储存再利用方法，包括以下步骤：
在储热能过程中，工业余热产生热能，启动吸热储热系统对热能进行吸收和存储，具体方法如下：工厂余热受驱动地流入工业余热吸收换热器释放热能；蓄热流体受驱动地流入所述工业余热吸收换热器吸收热能至高温状态，高温状态的所述蓄热流体受驱动地流入蓄热模块，以完成蓄热工作；
在储冷能过程中，启动热泵制冷回路，将电能转化为冷能存储，具体方法如下：常温常压的流动工质流入制冷压缩机构进行压缩，在压缩过程中通过排散换热机构进行换热以将压缩热排散到环境中；经过所述排散换热机构的流动工质为常温、中高压状态；常温、中高压状态的所述流动工质流入制冷膨胀机组膨胀至低温常压状态，随后该流动工质进入冷能吸收换热器释放冷能；流动工质受驱动地流入冷能吸收换热器中吸收冷能至低温常压状态，低温的所述流动工质沿流入低温填充床与该低温填充床中的固体颗粒蓄冷介质进行热交换，以将冷能存储在低温填充床内，以完成蓄冷工作。
在本发明中通过上述储热和储冷机构的控制方法，可以有效地将工业余热回收和热泵储电技术结合起来，并实现中低温和高温工业余热的灵活回收和存储。
2.本发明提供的利用工业余热的冷热能储存再利用方法，在储热过程中，经过所述工业余热吸收换热器的工厂侧流体，受驱动地沿管路再次进入工厂；和/或，
在储冷过程中，从所述冷能吸收换热器流出的常温常压气体再次流入所述制冷压缩机构进行压缩，以将电能转化为高品位冷能；在储冷过程中，完成换热过程的流动工质从所述低温填充床中流出，该常温常压气体状态的流动工质流入受驱动地重新参与循环。
在本发明中通过经过工业余热吸收换热器的流体可以重新受驱动地进入工厂，从而再次吸热重新参与循环。另外，从冷能吸收换热器流出的常温常压气体也会受驱动地再次流入制冷压缩机构进行压缩，重新参与循环。同样，从低温填充床中流出的工质也会受驱动地重新参与循环。通过上述控制方法可以有效地使介质反复利用、重复参与循环。
3.本发明提供的利用工业余热的冷热能储存再利用方法，所述蓄热模块为列阵结构，包括至少两个蓄热填充床。所述蓄热模块包括：温度区间为大于600℃的第一蓄热填充床、温度区间为400℃至600℃的第二蓄热填充床、温度区间为200℃至400℃的第三蓄热填充床，以及温度区间为小于200℃的第四蓄热填充床；
经所述工业余热吸收换热器流出的蓄热流体被测温装置测温后，受驱动地流入与该蓄热流体温度相适配的蓄热填充床内，将热能储存在该蓄热填充床内后再流入所述工业余热吸收换热器。
在本发明中，通过设置多个蓄热填充床并通过阀门管路控制，从而可以使经工业余热吸收换热器流出的不同温度的蓄热流体受驱动地流入与该蓄热流体温度相适配的蓄热填充床内。从而实现将温度波动的工业余热分别储存到不同温区的蓄热填充床中。通过上述控制方法可以有效地避免流经蓄热填充床的蓄热流体与该蓄热填充床的温度大，从而提高了储能效率、防止能源浪费。
4.本发明提供的利用工业余热的冷热能储存再利用方法，在释能过程中，启动冷热能热机发电回路，将存储的热能和冷能转化为电能释放，具体方法如下：常温常压的气体工质流入低温填充床吸收存储在该低温填充床内的低温冷能转换至低温常压状态后，低温常压状态的该气体工质流入压缩机组压缩至常温、中高压状态；该常温、中高压状态的所述气体工质流入第一余热排散换热器将不可逆的损失排散到环境中，以使所述气体工质达到室温、中高压状态；该室温、中高压状态的所述气体工质流入所述蓄热模块吸收热能；经所述蓄热模块流出的高温、中高压状态的所述气体工质流入膨胀机组膨胀做功；所述膨胀机组分别与所述压缩机组和所述发电单元传动相连，以带动发电单元将动能转化为电能释放。
通过上述方法可以有效地将蓄热模块和低温填充床存储的热能和冷能转化为电能释放，从而实现低温和高温工业余热的灵活回收、存储和利用。
5.本发明提供的利用工业余热的冷热能储存再利用方法，经过所述膨胀机组膨胀做功后的流动工质达到常温常压状态，流入第二余热排散换热器将余热排散；且常温常压状态的所述气体工质再次进入所述低温填充床吸收冷能，反复循环以将冷热能转化为电能释放。
通过将流经第二余热排散换热器的工质再次引流至低温填充床吸收冷能，可以使工质反复循环从而将冷热能转化为电能释放。
6.本发明提供的储能发电系统，包括：
冷热能热机发电回路，包括：低温填充床、压缩机组、第一余热排散换热器、蓄热模块、膨胀机组、发电单元，以及第二余热排散换热器；
工业余热回收回路，包括：工业余热吸收换热器、工厂侧流体驱动装置；
热泵制冷回路，包括：制冷驱动单元、制冷膨胀机组、冷能吸收换热器、制冷压缩机构，以及排散换热机构；
蓄冷回路，包括：蓄冷循环风机、低温填充床，以及与所述热泵制冷回路共用的冷能吸收换热器。
在本发明中通过上述包括冷热能热机发电回路、工业余热回收回路、热泵制冷回路以及蓄冷回路的储能发电系统，可以有效地将工业余热回收和热泵储电技术结合起来，高效率地实现中低温和高温工业余热的灵活回收和存储。
7.本发明提供的储能发电系统，还包括：阵列化蓄热模块，包括：蓄热模块、三通阀门、测温装置、工业余热吸收换热器，以及蓄热循环风机；所述阵列化蓄热模块与所述冷热能热机发电回路共用所述蓄热模块；所述阵列化蓄热模块与所述工业余热回收回路共用所述工业余热吸收换热器。
在本发明中通过特别设计的管路以及与管路相配合的三通阀门可以有效地使经工业余热吸收换热器流出的不同温度的蓄热流体受驱动地流入与该蓄热流体温度相适配的蓄热填充床内，从而提高了储能效率、防止能源浪费。
8.本发明提供的储能发电系统，
所述制冷压缩机构包括：第一级制冷压缩机组、第二级制冷压缩机组和第三级制冷压缩机组；
所述排散换热机构包括：第一排散换热器、第二排散换热器和第三排散换热器；所述第一级制冷压缩机组与第一排散换热器串联、所述第二级制冷压缩机组与第二排散换热器串联、所述第三级制冷压缩机组与第三排散换热器串联，用于将所述制冷压缩机构产生的压缩热排散到环境中。
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为本发明提供的可以利用工业余热的冷热能实现能源储存再利的储能发电系统其结构示意图；
图2为本发明提供的标识有管路名称的储能发电系统其结构示意图。
附图标记说明：
1-低温填充床；2-压缩机组；3-第一余热排散换热器；4-第四蓄热填充床；5-第三蓄热填充床；6-第二蓄热填充床；7-第一蓄热填充床；8-膨胀机组；9-发电单元；10-第二余热排散换热器；11-制冷驱动单元；12-制冷膨胀机组；13-冷能吸收换热器；14-第一级制冷压缩机组；15-第二级制冷压缩机组；16-第三级制冷压缩机组；17-第一排散换热器；18-第二排散换热器；19-第三排散换热器；20-测温装置；21-工业余热吸收换热器；22-工厂侧流体驱动装置；23-蓄热循环风机；24-控制三通阀门I；25-三通阀门II；26-三通阀门III；27-三通阀门IV；28-蓄冷循环风机。
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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
记载了一种储能发电系统，如图1所示其包括：
冷热能热机发电回路，包括：低温填充床1、压缩机组2、第一余热排散换热器3、蓄热模块、膨胀机组8、发电单元9，以及第二余热排散换热器10；
工业余热回收回路，包括：工业余热吸收换热器21、工厂侧流体驱动装置22；
热泵制冷回路，包括：制冷驱动单元11、制冷膨胀机组12、冷能吸收换热器13、制冷压缩机构，以及排散换热机构；在本实施例中的所述制冷压缩机构包括：第一级制冷压缩机组14、第二级制冷压缩机组15和第三级制冷压缩机组16；在本实施例中，所述排散换热机构包括：第一排散换热器17、第二排散换热器18和第三排散换热器19；所述第一级制冷压缩机组14与第一排散换热器17串联、所述第二级制冷压缩机组15与第二排散换热器18串联、所述第三级制冷压缩机组16与第三排散换热器19串联，用于将所述制冷压缩机构产生的压缩热排散到环境中；
蓄冷回路，包括：蓄冷循环风机28、低温填充床1，以及与所述热泵制冷回路共用的冷能吸收换热器13；
阵列化蓄热模块，包括：蓄热模块、三通阀门、测温装置20、工业余热吸收换热器21，以及蓄热循环风机23；所述阵列化蓄热模块与所述冷热能热机发电回路共用所述蓄热模块；所述阵列化蓄热模块与所述工业余热回收回路共用所述工业余热吸收换热器21。
当然，本实施例对构成制冷压缩机构的制冷压缩机组数量不做具体限定，在其它实施例中，冷压缩机组还可以为1个、两个或三个以上。
当然，本实施例对构成排散换热机构的排散换热器数量不做具体限定，在其它实施例中，排散换热器还可以为1个、两个或三个以上。
当然，本实施例对热泵制冷系统、蓄冷回路、冷热能热机发电回路，以及阵列化蓄热模块中流动工质不做具体限定，在所述热泵制冷系统、所述蓄冷回路、所述冷热能热机发电回路，以及所述阵列化蓄热模块中流动工质为氩气或者空气或者氮气或者氦气中的一种或多种。其中，所述蓄冷回路、所述冷热能热机发电回路，以及所述阵列化蓄热模块三者中的气体工质需为同一种。所述热泵制冷系统的气体工质可以与上述回路相同或不同。
当然，本实施例对工业余热回收回路中流动介质不做具体限定，在其它实施例中，所述工业余热回收回路中流动介质为硝酸钾或者硝酸钙或者硝酸钠或者亚硝酸钠或者硝酸锂或者氯盐或者氟盐或者导热油或者压缩气体或者液态金属或者水中的一种或多种组成，或为气体的一种或多种组成，例如：空气、氮气、氩气、氦气等。使用熔盐时需要注意回路中流动工质的温度不低于该流动工质的凝固点。
当然，本实施例对蓄热填充床的外形结构不做具体限定，在其它实施例中，所述蓄热填充床为圆柱体结构或球体结构或长方体结构。
当然，本实施例对蓄热填充床内的固体介质不做具体限定，在其它实施例中，所述蓄热填充床内的固体介质为岩石、沙石、金属颗粒、固体砖等材料中的一种或为至少两种材料的组合物。
当然，本实施例对制冷驱动单元11的电力来源不做具体限定，在其它实施例中，所述制冷驱动单元11为驱动电机；所述驱动电机采用电站低谷电、核电、风电、太阳能发电、水电或者潮汐发电中的一种或多种为电力源。
当然，本实施例对制冷压缩机构和冷热能热机发电回路中的压缩机组二者总压比，以及制冷回路膨胀机组和冷热能热机发电回路中的膨胀机组二者总膨胀比不做具体限定，在其它实施例中，
制冷压缩机构和冷热能热机发电回路中的压缩机组二者总压比为3至20之间；所述制冷压缩机构具有多台压缩机时，多台压缩机为共轴串联形式或者分轴并联形式相连。在并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接；
制冷回路膨胀机组和冷热能热机发电回路中的膨胀机组二者总膨胀比为3至20之间；当膨胀机组为多台膨胀机时，多台膨胀机为共轴串联形式、或分轴并联形式；并联形式中，各分轴与主驱动轴动连接。
当然，本实施例对工厂侧流体驱动装置22不做具体限定，在其它实施例中，当所述工业余热回收回路中的流动工质为液体工质，则工厂侧流体驱动装置22为一台或者为多台并联或者串联使用的增压泵；当该所述工业余热回收回路中的流动工质为气体工质，则工厂侧流体驱动装置22还可以为一台或多台并联或者串联使用的循环风机。
实施例2
记载了一种利用工业余热的冷热能储存再利用方法，如图1和图2所示，其包括以下步骤：
在储热能过程中，工业余热产生热能，启动吸热储热系统对热能进行吸收和存储，具体方法如下：
工厂余热受驱动地流入工业余热吸收换热器21释放热能；蓄热流体受驱动地流入所述工业余热吸收换热器21吸收热能至高温状态，高温状态的所述蓄热流体受驱动地流入蓄热模块，以完成蓄热工作；在本实施例中的储热过程中，经过所述工业余热吸收换热器21的工厂侧流体，受驱动地沿管路再次进入工厂；
在储冷能过程中，启动热泵制冷回路，将电能转化为冷能存储，具体方法如下：
常温常压的流动工质流入制冷压缩机构进行压缩，在压缩过程中通过排散换热机构进行换热以将压缩热排散到环境中；
经过所述排散换热机构的流动工质为常温、中高压状态；常温、中高压状态的所述流动工质流入制冷膨胀机组12膨胀至低温常压状态，随后该流动工质进入冷能吸收换热器13释放冷能；在本实施例中从所述冷能吸收换热器13流出的常温常压气体再次流入所述制冷压缩机构进行压缩，以将电能转化为高品位冷能；
流动工质受驱动地流入冷能吸收换热器13中吸收冷能至低温常压状态，低温的所述流动工质沿流入低温填充床1与该低温填充床1中的固体颗粒蓄冷介质进行热交换，以将冷能存储在低温填充床1内，以完成蓄冷工作。在本实施例中完成换热过程的流动工质从所述低温填充床1中流出，该常温常压气体状态的流动工质流入受驱动地重新参与循环。
在释能过程中，启动冷热能热机发电回路，将存储的热能和冷能转化为电能释放，具体方法如下：
常温常压的气体工质流入低温填充床1吸收存储在该低温填充床1内的低温冷能转换至低温常压状态后，低温常压状态的该气体工质流入压缩机组2压缩至常温、中高压状态；
该常温、中高压状态的所述气体工质流入第一余热排散换热器3将不可逆的损失排散到环境中，以使所述气体工质达到室温、中高压状态；
该室温、中高压状态的所述气体工质流入所述蓄热模块吸收热能；经所述蓄热模块流出的高温、中高压状态的所述气体工质流入膨胀机组8膨胀做功；在本实施例中经过所述膨胀机组8膨胀做功后的流动工质达到常温常压状态，流入第二余热排散换热器10将余热排散；
所述膨胀机组8分别与所述压缩机组2和所述发电单元9传动相连，以带动发电单元9将动能转化为电能释放。且常温常压状态的所述气体工质再次进入所述低温填充床1吸收冷能，反复循环以将冷热能转化为电能释放。
如图1和图2所示，所述蓄热模块为列阵结构，包括四个蓄热填充床。所述蓄热模块包括：温度区间为大于600℃的第一蓄热填充床间为400℃至600℃的第二蓄热填充床6、温度区间为200℃至400℃的第三蓄热填充床6，以及温度区间为小于200℃的第四蓄热填充床；
经所述工业余热吸收换热器21流出的蓄热流体被测温装置20测温后，受驱动地流入与该蓄热流体温度相适配的蓄热填充床内，将热能储存在该蓄热填充床内后再流入所述工业余热吸收换热器21。
当然，本实施例对组成列阵结构蓄热模块的蓄热填充床数量不做具体限定，在其它实施例中，蓄热填充床可以为两个、三个或者四个以上。实际使用过程中可以将温度范围分的更宽或更窄，即可以改变蓄热填充床的数量，视具体热源以及建设成本而定。
如图2所示，本实施例提供的储能发电系统工作过程具体如下：
在用电低谷期，系统进行蓄冷蓄热。
系统进行蓄热时，工厂投入生产产生热能，启动阵列化吸热储热系统进行热能吸收和存储。
工厂侧流体驱动装置22驱动吸热流体沿管路101流入工厂内吸收热能，然后沿管路102流入工业余热吸收换热器21释放热能后沿管路103再次达到工厂侧流体驱动装置22入口。
在阵列化蓄热模块侧，蓄热循环风机23驱动蓄热流体沿管道104流入工业余热吸收换热器21吸收热能至高温状态。高温的流体工质沿管路105、106流至蓄热模块入口。
阵列化蓄热模块中包含四个蓄热填充床I至蓄热填充床IV。四个蓄热填充床的温度区间分别如下：第一蓄热填充床7大于600℃，第二蓄热填充床6400℃至600℃，第三蓄热填充床5200℃至400℃，第四蓄热填充床4室温至200℃。
上述从工业余热吸收换热器21流出的蓄热流体的温度由测温装置20测定。不同温度的蓄热流体流向如下：
1.当温度高于600℃，控制三通阀门I 24使第一通路和第二通路连通，第三通路截止，使得管路107和109连通，管路110截止；控制三通阀门III 26的第一和第二通路连通，第三通路截止，使得管路113和管路117连通，管路114截止；控制三通阀门II 25和三通阀门IV27三通路全部关闭。此时高于600℃的流动工质沿管道107、管道109流入第一蓄热填充床7与其中的固体颗粒蓄热材料进行热交换。随后，流体工质沿管路113、管道117和管道119再次流入蓄热循环风机23入口。
2.当温度高于400℃，控制三通阀门I 24使第二通路和第三通路连通，第一通路截止，使管路107和管路110连通，管路109截止；控制三通阀门III 26的第三通路和第一通路连通，第二通路截止，使得管路114和管路117连通，管路113截止；控制三通阀门II 25和三通阀门IV 27三通路全部关闭。此时400℃至600℃的流动工质沿管路107、管路110流入第二蓄热填充床6将热能存储在其中。随后，流体工质沿管路114、管路117和管路119再次流入蓄热循环风机23入口。
3.当温度高于200℃，控制三通阀门II 25第一通路和第三通路连通，第二通路截止，使得管路108和管路111连通，管路112截止；控制三通阀门IV 27第三通路和第二通路连通，第一通路截止，使得管路115和管路118连通，管路116截止；控制三通阀门I 24和三通阀门III 26三个通路全部关闭。此时200℃至400℃的流动介质沿管路106、管路108和管路111流入第三蓄热填充床5将热能存储在其中。随后，流体沿管路115、管路118和管路119再次流入蓄热循环风机23入口。
4.当温度低于200℃时，控制三通阀门II 25的第一通路和第二通路连通，第三通路截止，使得管路108和管路112连通，管路111截止；控制三通阀门IV 27的第一通路和第二通路连通，第三通路截止，使得管路118和管路116连通，管路115截止；控制三通阀门I 24和三通阀门III 26三个通路全部关闭。此时温度介于室温和200℃之间的流动工质沿管路106、管路108、管路112流入第四蓄热填充床4将热能存储在其中。随后流体沿管路116、管路118和管路119再次流入蓄热循环风机23入口。
系统进行蓄冷时，启动热泵制冷回路，将电能转化为冷能存储。
制冷膨胀机组12与制冷压缩机组14、制冷压缩机组15和制冷压缩机组16传动连接，制冷驱动单元11与其驱动连接。
常温常压的流动工质沿管路120依次流入第一制冷压缩机组14、第二制冷压缩机组15和第三级制冷压缩机组16进行压缩。每一级制冷压缩机组后面串联一个排散换热器，即第一级制冷压缩机组14、第一排散换热器17、第二级制冷压缩机组15、第二排散换热器18、第三级制冷压缩机组16、第三排散换热器19串联。流动工质通过每一级排散换热器与环境换热，将压缩热排散到环境中。从第三排散换热器19流出的流动工质为常温、中高压状态。
常温、中高压的流动工质沿管路126流入制冷膨胀机组12膨胀至低温常压状态，随后流入冷能吸收换热器13释放冷能。从冷能吸收换热器13流出的常温常压气体再次流入多级中间冷却制冷压缩机组进行压缩。
如此反复，不断的将电能转化为高品位的冷能。
启动蓄冷循环风机28驱动流动工质沿管路130流入冷能吸收换热器13中吸收冷能至低温常压状态。低温的气体工质沿管路128流入低温填充床1与其中的固体颗粒蓄冷介质进行热交换，将冷能存储在其中。完成换热过程的常温常压气体从低温填充床1中流出，沿管路129再次流入蓄冷循环风机28的入口重新参与循环。
如此反复，不断的将冷能存储起来。
当处于用电高峰期时，启动冷热能热机发电回路，将存储的热能和冷能转化为电能释放。
常温常压的气体工质沿管路131流入低温填充床1吸收存储在其中的低温冷能至低温常压状态后，流入压缩机组2压缩至常温、中高压状态。
常温、中高压的流体工质沿管路133流入第一余热排散换热器3将不可逆损失排散到环境中去，达到室温、中高压状态。
室温的流动工质沿管路134流入蓄热模块吸收热能。流动工质依次流经第四蓄热填充床4、管路135、第三蓄热填充床5、管路136、第二蓄热填充床6、管路137、第一蓄热填充床7。从第一蓄热填充床7流出的气体工质被提高至高温、中高压状态，然后沿管路138流入膨胀机组8膨胀做功。
膨胀机组8和压缩机组2传动连接，膨胀机组8与发电单元9驱动连接。膨胀机组8带动发电单元9将动能转化为电能释放。
膨胀做功后的流动工质达到常温常压状态，沿管路139流入第二余热排散换热器10将余热排散到环境中去。
最后，室温常压的气体工质再次沿管路131进入低温填充床1吸收冷能，参与循环。如此反复，不断的将冷热能转化为电能释放出来。
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)

1.一种利用工业余热的冷热能储存再利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
在储热能过程中，工业余热产生热能，启动吸热储热系统对热能进行吸收和存储，具体方法如下：
工厂余热受驱动地流入工业余热吸收换热器(21)释放热能；蓄热流体受驱动地流入所述工业余热吸收换热器(21)吸收热能至高温状态，高温状态的所述蓄热流体受驱动地流入蓄热模块，以完成蓄热工作；
在储冷能过程中，启动热泵制冷回路，将电能转化为冷能存储，具体方法如下：
常温常压的流动工质流入制冷压缩机构进行压缩，在压缩过程中通过排散换热机构进行换热以将压缩热排散到环境中；
经过所述排散换热机构的流动工质为常温、中高压状态；常温、中高压状态的所述流动工质流入制冷膨胀机组(12)膨胀至低温常压状态，随后该流动工质进入冷能吸收换热器(13)释放冷能；
流动工质受驱动地流入冷能吸收换热器(13)中吸收冷能至低温常压状态，低温的所述流动工质沿流入低温填充床(1)与该低温填充床(1)中的固体颗粒蓄冷介质进行热交换，以将冷能存储在低温填充床(1)内，以完成蓄冷工作。
2.根据权利要求1所述的利用工业余热的冷热能储存再利用方法，其特征在于，
在储热过程中，经过所述工业余热吸收换热器(21)的工厂侧流体，受驱动地沿管路再次进入工厂；和/或，
在储冷过程中，从所述冷能吸收换热器(13)流出的常温常压气体再次流入所述制冷压缩机构进行压缩，以将电能转化为高品位冷能；
在储冷过程中，完成换热过程的流动工质从所述低温填充床(1)中流出，该常温常压气体状态的流动工质流入受驱动地重新参与循环。
3.根据权利要求1所述的利用工业余热的冷热能储存再利用方法，其特征在于，所述蓄热模块为列阵结构，包括至少两个蓄热填充床。
4.根据权利要求3所述的利用工业余热的冷热能储存再利用方法，其特征在于，所述蓄热模块包括：温度区间为大于600℃的第一蓄热填充床(7)、温度区间为400℃至600℃的第二蓄热填充床(6)、温度区间为200℃至400℃的第三蓄热填充床(5)，以及温度区间为小于200℃的第四蓄热填充床；
经所述工业余热吸收换热器(21)流出的蓄热流体被测温装置(20)测温后，受驱动地流入与该蓄热流体温度相适配的蓄热填充床内，将热能储存在该蓄热填充床内后再流入所述工业余热吸收换热器(21)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的利用工业余热的冷热能储存再利用方法，其特征在于，
在释能过程中，启动冷热能热机发电回路，将存储的热能和冷能转化为电能释放，具体方法如下：
常温常压的气体工质流入低温填充床(1)吸收存储在该低温填充床(1)内的低温冷能转换至低温常压状态后，低温常压状态的该气体工质流入压缩机组(2)压缩至常温、中高压状态；
该常温、中高压状态的所述气体工质流入第一余热排散换热器(3)将不可逆的损失排散到环境中，以使所述气体工质达到室温、中高压状态；
该室温、中高压状态的所述气体工质流入所述蓄热模块吸收热能；经所述蓄热模块流出的高温、中高压状态的所述气体工质流入膨胀机组(8)膨胀做功；
所述膨胀机组(8)分别与所述压缩机组(2)和所述发电单元(9)传动相连，以带动发电单元(9)将动能转化为电能释放。
6.根据权利要求5所述的利用工业余热的冷热能储存再利用方法，其特征在于，
经过所述膨胀机组(8)膨胀做功后的流动工质达到常温常压状态，流入第二余热排散换热器(10)将余热排散；且常温常压状态的所述气体工质再次进入所述低温填充床(1)吸收冷能，反复循环以将冷热能转化为电能释放。
7.一种储能发电系统，其特征在于，包括：
冷热能热机发电回路，包括：低温填充床(1)、压缩机组(2)、第一余热排散换热器(3)、蓄热模块、膨胀机组(8)、发电单元(9)，以及第二余热排散换热器(10)；
工业余热回收回路，包括：工业余热吸收换热器(21)、工厂侧流体驱动装置(22)；
热泵制冷回路，包括：制冷驱动单元(11)、制冷膨胀机组(12)、冷能吸收换热器(13)、制冷压缩机构，以及排散换热机构；
蓄冷回路，包括：蓄冷循环风机(28)、低温填充床(1)，以及与所述热泵制冷回路共用的冷能吸收换热器(13)。
8.根据权利要求7所述的储能发电系统，其特征在于，还包括：
阵列化蓄热模块，包括：蓄热模块、三通阀门、测温装置(20)、工业余热吸收换热器(21)，以及蓄热循环风机(23)；所述阵列化蓄热模块与所述冷热能热机发电回路共用所述蓄热模块；所述阵列化蓄热模块与所述工业余热回收回路共用所述工业余热吸收换热器(21)。
9.根据权利要求7或8所述的储能发电系统，其特征在于，
所述制冷压缩机构包括：第一级制冷压缩机组(14)、第二级制冷压缩机组(15)和第三级制冷压缩机组(16)；
所述排散换热机构包括：第一排散换热器(17)、第二排散换热器(18)和第三排散换热器(19)；所述第一级制冷压缩机组(14)与第一排散换热器(17)串联、所述第二级制冷压缩机组(15)与第二排散换热器(18)串联、所述第三级制冷压缩机组(16)与第三排散换热器(19)串联，用于将所述制冷压缩机构产生的压缩热排散到环境中。
10.根据权利要求7所述的储能发电系统，其特征在于，所述储能发电系统应用到权利要求1至6中任一项所述的利用工业余热的冷热能储存再利用方法中。
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