CN114221360A - 回热式热泵的储能方法及回热式热泵储能系统 - Google Patents
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Abstract
一种回热式热泵的储能方法及回热式热泵储能系统，回热式热泵的储能方法，包括以下步骤：储能过程中具体方法如下：储能压缩机构将循环气体工质压缩至高温高压状态，储能压缩机构包括由多个储能压缩机组成；高温高压状态的气体工质通过高温换热机构转换成次高温高压状态的气体工质，高温换热机构将高温热能通过间接蓄热子系统存储在液体蓄热模块的高温保温储液罐中；经过多级膨胀和再热步骤的常温低压气体工质经过中间换热器的第二通路吸收热能，转换成次高温低压的气体工质。通过上述结构可以解决现有技术中的热泵储电系统能量转换效率不足的问题。
Description
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，具体涉及一种回热式热泵的储能方法及回热式热泵储能系统。
背景技术
近年来，可再生能源正逐步成为新增电力重要来源，电网结构和运行模式都发生了重大变化。随着可再生能源，例如风能、太阳能等的日益普及,以及电网调峰、提高电网可靠性和改善电能质量的迫切需求,电力储能系统的重要性日益凸显。储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、“互联网+”智慧能源，简称能源互联网的重要组成部分和关键支撑技术。储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段；储能能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平，支撑分布式电力及微网，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术；储能能够促进能源生产消费开放共享和灵活交易、实现多能协同，是构建能源互联网，推动电力体制改革和促进能源新业态发展的核心基础。
目前已有电力储能技术包括抽水储能、压缩空气储能、蓄电池储能、超导磁能、飞轮储能和超级电容等。但是，上述电力储能方法均具有较大的问题。例如，1.抽水电站储能系统需要特殊的地理条件建造两个水库和水坝，具有建设周期很长且初期投资巨大的问题。而且，建造大型水库会大面积淹没植被甚至城市，造成生态和移民问题。2.常见的压缩空气储能系统需要依赖燃烧化石燃料提供热源，一方面面临化石燃料逐渐枯竭和价格上涨的威胁，另一方面其燃烧仍然产生氮化物、硫化物和二氧化碳等污染物，不符合绿色、可再生的能源发展要求。3.更为先进的压缩空气储能系统，如先进绝热压缩空气储能系统(AACAES)、地面压缩空气储能系统(SVCAES)、带回热的压缩空气储能系统(AACAES)和空气蒸汽联合循环压缩空气储能系统(CASH)的研究等。虽然使压缩空气储能系统基本可以避免燃烧化石燃料，但是压缩空气储能系统的能量密度仍然很低，并且还需要大型储气室的问题。
为了解决现有电力储能技术的不足，本领域技术人员考虑到现有的热泵储电储能的能量转换效率有待提高，所以本领域中急需一种提高现有的热泵储电系统能量转换效率的储电方法及其能源系统。
发明内容
本发明旨在提供一种回热式热泵的储能方法及回热式热泵储能系统，以解决现有技术中的热泵储电系统能量转换效率不足的问题。为此，本发明提供一种回热式热泵的储能方法，包括以下步骤：
在用电低谷期、储能过程中，具体方法如下：
储能压缩机构将循环气体工质压缩至高温高压状态，所述储能压缩机构包括由多个储能压缩机组成；高温高压状态的所述气体工质通过高温换热机构转换成次高温高压状态的气体工质，所述高温换热机构将高温热能通过间接蓄热子系统存储在液体蓄热模块的高温保温储液罐中；经过上述步骤的气体工质经过中间换热器的第一通路以进一步冷却至常温高压状态；该常温高压状态的气体工质经储能膨胀机构转换至低温低压状态；低温低压状态的所述气体工质再经过低温换热机构转换至高至常温低压状态的气体工质，所述低温换热机构将低温冷能通过间接蓄冷子系统存储在低温保温储液罐中；经过多级膨胀和再热步骤的常温低压气体工质经过中间换热器的第二通路吸收热能，转换成次高温低压的气体工质。
可选的，上述回热式热泵的储能方法，还包括：
经过所述中间换热器第二通路的次高温低压的气体工质重新进入所述储能压缩机构参与热泵循环，循环往复用于将高温热能和低温冷能分别存储在高温保温储液罐和低温保温储液罐中。
可选的，上述回热式热泵的储能方法，还包括：
在用电高峰期、电能释放过程中，具体方法如下：
冷热能热机发电回路中，常温低压的气体工质经过所述低温换热机构吸收低温冷能至低温低压状态；所述循环气体工质经过释能压缩机构将低温低压状态的循环气体工质压缩至常温高压态，所述释能压缩机构包括由多个释能压缩机组成；该常温高压的气体工质再经过所述中间换热器的第一通路吸收热量至次高温高压状态；次高温高压状态的所述气体工质经过所述高温换热机构吸收热能提高至高温高压状态；该高温高压状态的所述气体工质再进入释能膨胀机构从而膨胀至次高温低压状态；经过多级膨胀和再热步骤的气体工质从所述释能膨胀机构出口排出后，经过所述中间换热器的第二通路释放热能至常温低压状态；所述释能膨胀机构驱动连接发电单元发电。
可选的，回热式热泵的储能方法，还包括：将经过所述中间换热器的常温低压状态的所述气体工质经所述低温换热机构冷却后，从新通入所述释能压缩机构的入口以参与热机循环，循环往复用于将所述高温保温储液罐和所述低温保温储液罐中的高温热能和低温冷能通过热机循环转化为电能输出。
可选的，所述的回热式热泵的储能方法中，还包括：蓄冷蓄热侧的稳压装置，通过压力传感器实时测量管路中液体工质的压力并将数据传输到控制中心；若所述管路中流体压力降低，则远程控制该管路上的气动阀门开度降低，以提高流体压力；若流体压力提高，则远程控制所述管路上的气动阀门开度增大，以降低流体压力。
可选的，所述的回热式热泵的储能方法中，还包括：气侧稳压装置，设置在热泵制冷制热回路和冷热能热机发电回路中；在储能释电过程中，气体缓冲罐与热泵制冷制热回路和冷热能热机发电回路连通，进行实时气体质量平衡；在储电循环和释电循环的间歇，通过压力调节压缩机从所述气体缓冲罐向冷热能热机发电回路中泵入气体工质。
可选的，回热式热泵的储能方法，还包括：
惰性气体保护机构，用于将储液罐中的蓄冷流体和蓄热流体保护在惰性气体中，以防止所述蓄冷流体和所述蓄热流体与空气发生反应或者解离；
所述惰性气体保护机构包括：惰性气体储罐，所述惰性气体储罐通过管路分别与高温保温储液罐和/或次高温保温储液罐和/或低温保温储液罐和/或常温储液罐连通，用于使蓄冷流体和蓄热流体与空气隔绝。
可选的，在所述用电低谷期、储能过程中，还包括以下控制方法：
次高温状态的液体蓄热工质在高温增压泵驱动下，从次高温保温储液罐流出，受驱动地分别进入所述高温换热机构的不同高温换热器中，进入所述高温换热机构的液体蓄热工质吸收热能后至高温状态，该高温状态的液体蓄热工质汇总并回到高温保温储液罐中以将热能存储；
同时，常温状态的液体蓄冷工质在低温增压泵驱动下，从常温储液罐流出，受驱动地分别进入所述低温换热机构的不同低温换热器中，进入所述低温换热机构的液体蓄热工质吸收冷能后至低温状态，该低温状态的液体蓄冷工质汇总并回到低温保温储液罐中。
可选的，在所述用电高峰期、电能释放过程中，还包括以下控制方法：
低温的液体蓄冷介质在低温增压泵驱动下，从低温保温储液罐流出，受驱动地分别进入所述低温换热机构的不同低温换热器中，该液体蓄冷介质经过余热排散换热器，回到常温储液罐中；冷热能热机发电回路中的膨胀机不可逆做功产生的废热通过所述余热排散换热器排散到环境中；
同时，高温的液体蓄热工质在高温增压泵驱动下，从高温保温储液罐流出，
受驱动地分别进入所述高温换热机构的不同高温换热器中以释放热能至次高温状态，该次高温状态的液体蓄热工质汇总并回到次高温保温储液罐中。
一种回热式热泵储能系统，包括：
热泵制热制冷储能回路，包括：储能压缩机构、储能膨胀机构、高温换热机构、低温换热机构，以及中间换热器；
冷热能热机发电回路，包括：释能压缩机构、释能膨胀机构、高温换热机构、低温换热机构，以及中间换热器；所述冷热能热机发电回路与所述热泵制热制冷储能回路共用所述中间换热器；
间接蓄热子系统，包括：高温保温储液罐、次高温保温储液罐、高温增压泵以及高温换热机构；所述间接蓄热子系统与所述冷热能热机发电回路共用所述高温换热机构。
可选的，所述储能压缩机构包括：第一级储能压缩机、第二级储能压缩机、第三级储能压缩机和第四级储能压缩机；
所述高温换热机构包括：第一级高温换热器、第二级高温换热器和第三级高温换热器；
所述储能膨胀机构包括：第一级储能膨胀机、第二级储能膨胀机、第三级储能膨胀机以及第四级储能膨胀机；
所述低温换热机构包括：第一级低温换热器、第二级低温换热器和第三级低温换热器；
所述释能压缩机构包括：第一级释能压缩机、第二级释能压缩机、第三级释能压缩机和第四级释能压缩机；
所述释能膨胀机构包括：第一级释能膨胀机、第二级释能膨胀机、第三级释能膨胀机以及第四级释能膨胀机。
回热式热泵储能系统应用到上述回热式热泵的储能方法中。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的回热式热泵的储能方法，包括以下步骤：在用电低谷期、储能过程中，具体方法如下：储能压缩机构将循环气体工质压缩至高温高压状态，所述储能压缩机构包括由多个储能压缩机组成；高温高压状态的所述气体工质通过高温换热机构转换成次高温高压状态的气体工质，所述高温换热机构将高温热能通过间接蓄热子系统存储在液体蓄热模块的高温保温储液罐中；经过上述步骤的气体工质经过中间换热器的第一通路以进一步冷却至常温高压状态；该常温高压状态的气体工质经储能膨胀机构转换至低温低压状态；低温低压状态的所述气体工质再经过低温换热机构转换至高至常温低压状态的气体工质，所述低温换热机构将低温冷能通过间接蓄冷子系统存储在低温保温储液罐中；经过多级膨胀和再热步骤的常温低压气体工质经过中间换热器的第二通路吸收热能，转换成次高温低压的气体工质。
通过本发明中的回热式热泵储电方法其热泵制热制冷储能回路和冷热能热机发电回路均采用多级压缩和级间冷却，以及多级膨胀和再热，且上述储能过程中还具有由中间换热器带来回热功能，从而有效地提高了高温侧温度，改善了压缩机和膨胀机工作条件，提高了能量转换效率。通过上述多级间冷压缩和再热膨胀的回热式热泵储能系统具有效率高、安全性高、适用于电网调峰和各种可再生能源电站、以及不产生温室气体等优点。
2.本发明提供的回热式热泵的储能方法，还包括：经过所述中间换热器第二通路的次高温低压的气体工质重新进入所述储能压缩机构参与热泵循环，循环往复用于将高温热能和低温冷能分别存储在高温保温储液罐和低温保温储液罐中。通过上述方式可以使气体工质反复参与热泵循环。
3.本发明提供的回热式热泵的储能方法，还包括：将经过所述中间换热器的常温低压状态的所述气体工质经所述低温换热机构冷却后，从新通入所述释能压缩机构的入口以参与热机循环，循环往复用于将所述高温保温储液罐和所述低温保温储液罐中的高温热能和低温冷能通过热机循环转化为电能输出。通过上述方式可以使气体工质反复参与热泵循环。
4.本发明提供的回热式热泵的储能方法，还包括：蓄冷蓄热侧的稳压装置，通过压力传感器实时测量管路中液体工质的压力并将数据传输到控制中心；若所述管路中流体压力降低，则远程控制该管路上的气动阀门开度降低，以提高流体压力；若流体压力提高，则远程控制所述管路上的气动阀门开度增大，以降低流体压力。通过上述控制方法以及与该方法相配合的蓄冷蓄热侧的稳压装置可以有效地确保蓄冷蓄热侧液体工质压力稳定。
5.本发明提供的回热式热泵的储能方法，还包括：气侧稳压装置，设置在热泵制冷制热回路和冷热能热机发电回路中；在储能释电过程中，气体缓冲罐与热泵制冷制热回路和冷热能热机发电回路连通，进行实时气体质量平衡；在储电循环和释电循环的间歇，通过压力调节压缩机从所述气体缓冲罐向冷热能热机发电回路中泵入气体工质。
通过在热泵制冷制热回路和冷热能热机发电回路中增加气侧稳压装置。该气侧稳压装置可以有效地通过气体缓冲罐对热泵制冷制热回路和冷热能热机发电回路中进行实时气体质量平衡。
6.本发明提供的回热式热泵的储能方法，还包括：惰性气体保护机构，用于将储液罐中的蓄冷流体和蓄热流体保护在惰性气体中，以防止所述蓄冷流体和所述蓄热流体与空气发生反应或者解离；所述惰性气体保护机构包括：惰性气体储罐，所述惰性气体储罐通过管路分别与高温保温储液罐和/或次高温保温储液罐和/或低温保温储液罐和/或常温储液罐连通，用于使蓄冷流体和蓄热流体与空气隔绝。
通过上述惰性气体保护机构可以有效地使蓄冷流体和蓄热流体始终与空气隔绝，维持该蓄冷流体和蓄热流体的性能稳定。
6.本发明提供的回热式热泵储能系统，包括：
热泵制热制冷储能回路，包括：储能压缩机构、储能膨胀机构、高温换热机构、低温换热机构，以及中间换热器；
冷热能热机发电回路，包括：释能压缩机构、释能膨胀机构、高温换热机构、低温换热机构，以及中间换热器；所述冷热能热机发电回路与所述热泵制热制冷储能回路共用所述中间换热器；
间接蓄热子系统，包括：高温保温储液罐、次高温保温储液罐、高温增压泵以及高温换热机构；所述间接蓄热子系统与所述冷热能热机发电回路共用所述高温换热机构。
通过本发明中提供的回热式热泵储能系统，可以有效地实现热泵制热制冷储能回路以及冷热能热机发电回路均采用多级压缩和级间冷却以及多级膨胀和再热，且上述储能过程中还具有由中间换热器带来回热功能，从而有效地提高了高温侧温度，改善了压缩机和膨胀机工作条件，提高了能量转换效率。通过上述多级间冷压缩和再热膨胀的回热式热泵储能系统具有效率高、安全性高、适用于电网调峰和各种可再生能源电站、以及不产生温室气体等优点。
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为本发明提供的回热式热泵储能系统其储电过程中的结构示意图；
图2为本发明提供的回热式热泵储能系统其释电过程中的结构示意图；
图3为本发明提供的具有蓄冷蓄热侧的稳压装置、气侧稳压装置以及惰性气体保护机构的回热式热泵储能系统其储电过程中的结构示意图；
图4为本发明提供的具有蓄冷蓄热侧的稳压装置、气侧稳压装置以及惰性气体保护机构的回热式热泵储能系统其释电过程中的结构示意图。
附图标记说明：
1-储能驱动单元；2-第一级储能压缩机；3-第二级储能压缩机；4-第三级储能压缩机；5-第四级储能压缩机；6-第一级储能膨胀机；7-第二级储能膨胀机；8-第三级储能膨胀机；9-第四级储能膨胀机；10-第一级高温换热器；11-第二级高温换热器；12-第三级高温换热器；13-中间换热器；14-第一级低温换热器；15-第二级低温换热器；16-第三级低温换热器；17-高温增压泵；18-泵驱动单元I；19-低温增压泵；20-泵驱动单元；21-第一三通阀门；22-第二三通阀门；23-第三三通阀门；24-第四三通阀门；25-第五三通阀门；26-第六三通阀门；27-第七三通阀门；28-第八三通阀门；29-第九三通阀门；30-第十三通阀门；31-第十一三通阀门；32-第十二三通阀门；33-余热排散换热器；34-高温保温储液罐；35-次高温保温储液罐；36-低温保温储液罐；37-常温储液罐；38-发电单元；39-第一级释能膨胀机；40-第二级释能膨胀机；41-第三级释能膨胀机；42-第四级释能膨胀机；43-第一级释能压缩机；44-第二级释能压缩机；45-第三级释能压缩机；46-第四级释能压缩机；47-惰性气体储罐；48-气体缓冲罐；49-压力调节压缩机。
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
特别说明的是本实施例中的下述n为大于等于2的任意常数。
本实施例中记载了如图1和图2所示，本发明的多级压缩膨胀的回热式热泵储能系统，主要由储能驱动单元1、具有多级的储能压缩机构、多级的储能膨胀机构、间接蓄热子系统的高温换热机构、液体蓄热模块的高温保温储液罐34和次高温保温储液罐35、间接蓄冷子系统其多级的低温换热机构、液体蓄冷模块的低温保温储液罐36和常温储液罐37、多级的释能压缩机构、多级的释能膨胀机构、发电单元38、中间换热器13、高温增压泵17、低温增压泵19、泵驱动单元I 18、泵驱动单元II 20、余热排散换热器33、第一三通阀门21至第十二三通阀门32。补充说明：上述储能压缩机构包括：第一级储能压缩机2、第二级储能压缩机3、第三级储能压缩机4和第四级储能压缩机5。上述储能膨胀机构包括：第一级储能膨胀机6、第二级储能膨胀机7、第三级储能膨胀机8以及第四级储能膨胀机9。所述高温换热机构包括：第一级高温换热器10、第二级高温换热器11和第三级高温换热器12。所述低温换热机构包括：第一级低温换热器14、第二级低温换热器15和第三级低温换热器16。释能压缩机构包括：第一级释能压缩机43、第二级释能压缩机44、第三级释能压缩机45和第四级释能压缩机46。所述释能膨胀机构包括：第一级释能膨胀机39、第二级释能膨胀机40、第三级释能膨胀机41以及第四级释能膨胀机42。
本发明的上述系统，整体可以划分为热泵制热制冷储能回路、冷热能热机发电回路、间接蓄热子系统、间接蓄冷子系统，各部分的具体结构如下：
储能压缩机构、储能膨胀机构、高温换热机构、低温换热机构、中间换热器13级管线101至管线118形成热泵制热制冷储能回路。驱动单元1与储能压缩机构和储能膨胀机构的共有传动轴固接。第一级储能压缩机2的排气口通过管线102、管线103经第一级高温换热器10与第二级储能压缩机3的进气口连通；第n-1级储能压缩机4的排气口通过管线106、管线107经第n-1级高温换热器11与第n级储能压缩机5的进气口连通；第n级储能压缩机5的排气口通过管线108、管线109经第n级高温换热器12与中间换热器13的第一通路的进气口连通；中间换热器13第一通路的出口通过管线110与第一级储能膨胀机6的进气口连通；第一级储能膨胀机6的排气口通过管线111、管线112经第一级低温换热器14与第二级储能膨胀机7的进气口连通；第n-1级储能膨胀机8的排气口通过管线115、管线116经第n-1级低温换热器15与第n级储能膨胀机9的进气口连通；第n级储能膨胀机9的排气口通过管线117、管线118经第n级低温换热器16与中间换热器13的第二通路的进气口连通；中间换热器13第二通路的出口通过管线101与第一级储能压缩机2的进气口连通。
释能压缩机构、释能膨胀机构、高温换热机构、低温换热机构、中间换热器13形成冷热能热机发电回路。发电单元38与释能压缩机构和释能膨胀机构的共有传动轴固接。第一级释能压缩机46的排气口通过管线216、管线215经第n-1级低温换热器15与第二级释能压缩机45的进气口连通；第n-1级释能压缩机44的排气口通过管线212、管线211经第一级低温换热器14与第n级释能压缩机43的进气口连通；第n级释能压缩机43的排气口通过管线210与中间换热器13的第一通路的进气口连通；中间换热器13第一通路的出气口通过管线109、管线208经第n级高温换热器12与第一级释能膨胀机42的进气口连通；第一级释能膨胀机42的排气口通过管线207、管线206经第n-1级高温换热器11与第二级释能膨胀机41的进气口连通；第n-1级释能膨胀机40的排气口通过管线203、管线202经第一级高温换热器10与第n级释能膨胀机39的进气口连通；第n级释能膨胀机39的排气口通过管线101与中间换热器13的第二通路的进气口连通；中间换热器13的第二通路的排气口通过管线118、管线217经第n级低温换热器与第一级释能压缩机46的进气口连通。
液体蓄热模块中的高温保温储液罐34、次高温保温储液罐35、高温增压泵17、高温换热机构形成间接蓄热子系统。
液体蓄冷模块中的低温保温储液罐36、常温储液罐37、低温增压泵19、低温换热机构、余热排散换热器33形成间接蓄冷子系统。
如图1所示，在用电低谷期，储能驱动单元1驱动储能压缩机构，将循环气体工质压缩至高温高压状态；经过高温换热机构将高温高压的气体工质降低至次高温高压状态，并将高温热能通过间接蓄热子系统存储在液体蓄热模块的高温保温储液罐34中；经过冷却的高压气体工质经过中间换热器13的第一通路进一步冷却至常温高压状态；常温高压的气体工质经过储能膨胀机构至低温低压状态；经过低温换热机构将低温低压的气体工质提高至常温低压状态，并将低温冷能通过所述间接蓄冷子系统存储在低温保温储液罐36中；经过多级膨胀和再热的常温低压气体工质经过中间换热器13的第二通路吸收热能；次高温低压的气体工质重新进入储能压缩机构的入口参与热泵循环，如此循环往复，不断将高温热能和低温冷能存储在高温保温储液罐34和低温保温储液罐36中。
在用电低谷期，控制三通阀门III 23的第二接口和第一接口连通，使得管线119与管线120连通，管线123截止；控制三通阀门II 22的第二接口和第三接口连通，使得管线120与管线121接通，管线140截止；控制三通阀门V 25的第三接口和第一接口连通，使得管线122与管线124连通，管线137截止；控制三通阀门VI 26的第三接口和第二接口连通，使得管线124与管线125连通，管线123截止。通过上述阀门操作，使得三通阀门23，三通阀门22，三通阀门25，三通阀门26、高温增压泵17、管线119至管线122，管线124，管线125形成通路。次高温的液体蓄热工质被高温增压泵17驱动，从次高温保温储液罐35流出，通过上述通路均匀或不均的分配流入管线126至管线129中，进入高温换热机构吸收热能后至高温状态，高温的液体蓄热工质通过管线131至管线135汇总，通过管线136流入三通阀门IV 24的第一接口。
控制三通阀门IV 24的第一接口和第二接口连通，使得管线136与管线138连通，管线137截止；控制三通阀门I 21的第三接口和第一接口连通，使得管线139与管线138连通，管线140截止。通过上述阀门操作，使得三通阀门21，24、管线136，管线138，管线139形成通路。高温的液体蓄热工质通过上述通路回到高温保温储液罐34将热能存储起来。
同时，在用电低谷期，控制三通阀门IX 29的第二接口和第一接口连通，使得管线141与管线142连通，管线145截止；控制三通阀门VIII 28的第二接口和第三接口连通，使得管线142与管线143连通，管线163截止；控制三通阀门XI 31的第三接口和第一接口连通，使得管线144与管线147连通，管线160截止；控制三通阀门XII 32的第三接口和第二接口连通，使得管线147与管线148连通，管线146截止。通过上述阀门操作，使得三通阀门29，三通阀门28，三通阀门31，三通阀门32、低温增压泵19以及管线141至管线144,管线147,管线148形成通路。常温的液体蓄冷介质被低温增压泵19驱动，从常温储液罐37流出，通过上述通路均匀或不均的分配流入管线149至管线152中，流入低温换热机构的各级低温换热器吸收冷能至低温状态，低温的液体蓄冷介质经管线154至管线158汇总后，通过管线159流入三通阀门X 30的第一接口。
控制三通阀门X 30的第一接口和第二接口连通，使得管线159与管线161连通，管线160截止；控制三通阀门VII 27的第三接口和第一接口连通，使得管线161与管线162连通，管线163截止。通过上述阀门操作，使得三通阀门27，30以及管线159，管线161，管线162形成通路。低温的液体蓄冷介质经过上述通路回到所述液体蓄冷模块的低温保温储液罐36中存储。
如图2所示，在用电高峰期，控制三通阀门VII 27的第一接口和第二接口，使得管线162与管线163连通，管线161截止；控制三通阀门VIII 28的第一接口和第三接口连通，使得管线163与管线143连通，管线142截止；控制三通阀门XI 31的第三接口和第二接口连通，使得管线144与管线160连通，管线147截止；控制三通阀门X 30的第三接口和第一接口连通，使得管线160与管线159连通，管线161截止。通过上述阀门操作，使得三通阀门27，三通阀门28，三通阀门31，三通阀门30、低温增压泵19、管线162，管线163，管线143，管线144，管线160，管线159形成通路。低温的液体蓄冷介质被低温增压泵19驱动，从低温保温储液罐36流出，通过上述通路均匀或不均的分配流入管线154至管线157中，流入低温换热器14至低温换热器16释放冷能，液体蓄冷介质从低温换热器14至低温换热器16的出口流出后经过管线149至管线153汇总，经过管线148流入三通阀门XII 32的第二接口。
控制三通阀门XII 32的第二接口和第一接口连通，使得管线148与管线146连通，管线147截止；控制三通阀门IX 29的第三接口和第二接口连通，使得管线145与管线141连通，管线142截止。通过上述阀门操作，使得三通阀门29，32、余热排散换热器33以及管线141，管线145，管线146，管线148形成通路。常温的液体蓄冷介质通过上述通路经余热排散换热器33，回到液体蓄冷模块的常温储液罐37中。冷热能热机发电回路中膨胀机不可逆做功产生的废热通过余热排散换热器33排散到环境中。
在用电高峰期，控制三通阀门I21的第一接口和第二接口连通，使得管线139与管线140连通，管线138截止；控制三通阀门II22的第一接口和第三接口连通，使得管线140与管线121连通，管线120截止；控制三通阀门V25的第三接口和第二接口连通，使得管线122与管线137连通，管线124截止；控制三通阀门IV24的第三接口和第一接口连通，使得管线137与管线136连通，管线138截止；高温的液体蓄热工质被高温增压泵17驱动，从高温保温储液罐34流出，经过管路131～136平均或不均的分配后流入各级高温换热器10至高温换热器12释放热能至次高温状态，次高温的液体蓄热介质经管线126至管线130汇总，经管线125流入三通阀门VI 26的第二接口。
控制三通阀门VI26的第二接口和第一接口连通，使得管线125与管线123接通，管线124截止；控制三通阀门III23的第三接口和第二接口连通，使得管线123与管线119连通，管线120截止；通过上述阀门操作，使得三通阀门23、三通阀门26、管线125、管线123、管线119形成通路。在高温换热器10至高温换热器12中释放热能后的液体蓄热介质经上述通路回到液体蓄热模块的次高温保温储液罐35中。
用电时，在冷热能热机发电回路中，常温低压的气体工质经过低温换热机构吸收低温冷能至低温低压状态，经过释能压缩机构将低温低压的循环气体工质压缩至常温高压态；常温高压的气体工质从第n级释能压缩机43排出后经过中间换热器13的第一通路吸收热量至次高温高压状态；次高温高压的气体工质经过高温换热机构吸收热能提高至高温高压状态；高温高压的气体工质经过释能膨胀机构膨胀至次高温低压状态；经过多次膨胀和再热的气体工质从第n级释能膨胀机39出口排出后，经过中间换热器13的第二通路释放热能至常温低压状态；常温低压的循环气体工质经第n级低温换热器16冷却后，重新进入第一级释能压缩机46的入口参与热机循环，释能膨胀机构驱动连接发电单元38，如此循环往复，不断将存储的高温热能和低温冷能通过热机循环转化为电能输出出来。
当然，本实施例对构成储能压缩机构的中冷储能压缩机数量不做具体限定，在其它实施例中，中冷储能压缩机还可以为1个、两个或三个以上。
当然，本实施例对构成高温换热机构的高温换热器数量不做具体限定，在其它实施例中，高温换热器还可以为1个、两个或三个以上。
当然，本实施例对构成储能膨胀机构的储能膨胀机数量不做具体限定，在其它实施例中，储能膨胀机还可以为1个、两个或三个以上。
当然，本实施例对构成低温换热机构的低温换热器数量不做具体限定，在其它实施例中，低温换热器还可以为1个、两个或三个以上。
当然，本实施例对构成释能压缩机构的释能压缩机数量不做具体限定，在其它实施例中，释能压缩机还可以为1个、两个或三个以上。
当然，本实施例对构成释能膨胀机构的释能膨胀机数量不做具体限定，在其它实施例中，释能膨胀机还可以为1个、两个或三个以上。
当然，本实施例对储液容器排列方式不做具体限定，在其它实施例中，当所述储液容器为多个时，排列方式可以为并联、串联或两者组合。
当然，本实施例对储液容器的形状不做具体限定，在其它实施例中，所述储液容器为圆柱形、球形或者长方形。
当然，本实施例对液体蓄热模块中的液体蓄热介质不做具体限定，在其它实施例中，所述液体蓄热模块中的液体蓄热介质由硝酸钾、硝酸钙、硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸锂、氯盐、氟盐、导热油、压缩气体和液态金属中的一种或多种组成。所述液体蓄冷模块中的液体蓄冷介质由烷类：丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、异己烷等，醇类：甲醇、乙醇等，液态气体：氮、氦、氖、氩、氪、空气、氢、甲烷等，以及液化天然气中的一种或多种组成。
当然，本实施例对热泵制热制冷储能回路和冷热能热机发电回路中的传热工质不做具体限定，在其它实施例中，所述热泵制热制冷储能回路和冷热能热机发电回路中的传热工质为空气、氮气、氦气、氩气中的一种或多种。
当然，本实施例对储能驱动单元的动力来源不做具体限定，在其它实施例中，所述储能驱动单元可以为驱动电机或者风力机；当所述储能驱动单元为驱动电机时，是以常规电站低谷电、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源。
当然，本实施例对增压泵的数量和布置方式不做具体限定，在其它实施例中，所述高温增压泵可以为1台及以上，1台以上时可以采用并联或串联排列方式；所述低温增压泵可以为1台及以上，1台以上时可以采用并联或串联排列方式；所述高温增压泵、低压增压泵可以是容积式泵、动力式泵和其他类型泵或以上三种泵的组合。
实施例2
记载了一种回热式热泵储能系统，如图1和图2所示，其包括：
热泵制热制冷储能回路，包括：储能压缩机构、储能膨胀机构、高温换热机构、低温换热机构，以及中间换热器13；
冷热能热机发电回路，包括：释能压缩机构、释能膨胀机构、高温换热机构、低温换热机构，以及中间换热器13；所述冷热能热机发电回路与所述热泵制热制冷储能回路共用所述中间换热器13；
间接蓄热子系统，包括：高温保温储液罐34、次高温保温储液罐35、高温增压泵17以及高温换热机构；所述间接蓄热子系统与所述冷热能热机发电回路共用所述高温换热机构；
蓄冷蓄热侧的稳压装置，该蓄冷蓄热侧的稳压装置的运行方法如下：通过压力传感器实时测量管路中液体工质的压力并将数据传输到控制中心；若所述管路中流体压力降低，则远程控制该管路上的气动阀门开度降低，以提高流体压力；若流体压力提高，则远程控制所述管路上的气动阀门开度增大，以降低流体压力。
气侧稳压装置，设置在热泵制冷制热回路和冷热能热机发电回路中；该气侧稳压装置的运行方法如下：在储能释电过程中，气体缓冲罐48与热泵制冷制热回路和冷热能热机发电回路连通，进行实时气体质量平衡；在储电循环和释电循环的间歇，通过压力调节压缩机49从所述气体缓冲罐48向冷热能热机发电回路中泵入气体工质；
惰性气体保护机构，用于将储液罐中的蓄冷流体和蓄热流体保护在惰性气体中，以防止所述蓄冷流体和所述蓄热流体与空气发生反应或者解离；所述惰性气体保护机构包括：惰性气体储罐47，所述惰性气体储罐47通过管路分别与高温保温储液罐34和次高温保温储液罐35和低温保温储液罐36和常温储液罐37连通，用于使蓄冷流体和蓄热流体与空气隔绝。
在本实施例中，所述储能压缩机构包括：第一级储能压缩机2、第二级储能压缩机3、第三级储能压缩机4和第四级储能压缩机5；所述高温换热机构包括：第一级高温换热器10、第二级高温换热器11和第三级高温换热器12；所述储能膨胀机构包括：第一级储能膨胀机6、第二级储能膨胀机7、第三级储能膨胀机8以及第四级储能膨胀机9；所述低温换热机构包括：第一级低温换热器14、第二级低温换热器15和第三级低温换热器16；所述释能压缩机构包括：第一级释能压缩机43、第二级释能压缩机44、第三级释能压缩机45和第四级释能压缩机46；所述释能膨胀机构包括：第一级释能膨胀机39、第二级释能膨胀机40、第三级释能膨胀机41以及第四级释能膨胀机42。
实施例3
本实施例中记载了如图3和图4所示，一种回热式热泵的储能方法，包括以下步骤：
在用电低谷期、储能过程中，具体方法如下：
储能压缩机构将循环气体工质压缩至高温高压状态，所述储能压缩机构包括由多个储能压缩机组成；高温高压状态的所述气体工质通过高温换热机构转换成次高温高压状态的气体工质，所述高温换热机构将高温热能通过间接蓄热子系统存储在液体蓄热模块的高温保温储液罐34中；经过上述步骤的气体工质经过中间换热器13的第一通路以进一步冷却至常温高压状态；该常温高压状态的气体工质经储能膨胀机构转换至低温低压状态；低温低压状态的所述气体工质再经过低温换热机构转换至高至常温低压状态的气体工质，所述低温换热机构将低温冷能通过间接蓄冷子系统存储在低温保温储液罐36中；经过多级膨胀和再热步骤的常温低压气体工质经过中间换热器13的第二通路吸收热能，转换成次高温低压的气体工质；
在用电高峰期、电能释放过程中，具体方法如下：
冷热能热机发电回路中，常温低压的气体工质经过所述低温换热机构吸收低温冷能至低温低压状态；的所述循环气体工质经过释能压缩机构将低温低压状态的循环气体工质压缩至常温高压态，所述释能压缩机构包括由多个释能压缩机组成；该常温高压的气体工质再经过所述中间换热器13的第一通路吸收热量至次高温高压状态；次高温高压状态的所述气体工质经过所述高温换热机构吸收热能提高至高温高压状态；该高温高压状态的所述气体工质再进入释能膨胀机构从而膨胀至次高温低压状态；经过多级膨胀和再热步骤的气体工质从所述再热释能膨胀机构出口排出后，经过所述中间换热器13的第二通路释放热能至常温低压状态；所述再热释能膨胀机构驱动连接发电单元38发电。
在本实施例中，如图3和图4所示，回热式热泵储能系统还包括以下系统结构以及其控制方法：
蓄冷蓄热侧的稳压装置，通过压力传感器实时测量管路中液体工质的压力并将数据传输到控制中心；若所述管路中流体压力降低，则远程控制该管路上的气动阀门开度降低，以提高流体压力；若流体压力提高，则远程控制所述管路上的气动阀门开度增大，以降低流体压力；
气侧稳压装置，设置在热泵制冷制热回路和冷热能热机发电回路中；在储能释电过程中，气体缓冲罐48与热泵制冷制热回路和冷热能热机发电回路连通，进行实时气体质量平衡；在储电循环和释电循环的间歇，通过压力调节压缩机49从所述气体缓冲罐48向冷热能热机发电回路中泵入气体工质；
惰性气体保护机构，用于将储液罐中的蓄冷流体和蓄热流体保护在惰性气体中，以防止所述蓄冷流体和所述蓄热流体与空气发生反应或者解离；所述惰性气体保护机构包括：惰性气体储罐47，所述惰性气体储罐47通过管路分别与高温保温储液罐34和/或次高温保温储液罐35和/或低温保温储液罐36和/或常温储液罐37连通，用于使蓄冷流体和蓄热流体与空气隔绝。
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 (12)
1.一种回热式热泵的储能方法，其特征在于，包括以下步骤：
在用电低谷期、储能过程中，具体方法如下：
储能压缩机构将循环气体工质压缩至高温高压状态，所述储能压缩机构包括由多个储能压缩机组成；高温高压状态的所述气体工质通过高温换热机构转换成次高温高压状态的气体工质，所述高温换热机构将高温热能通过间接蓄热子系统存储在液体蓄热模块的高温保温储液罐(34)中；经过上述步骤的气体工质经过中间换热器(13)的第一通路以进一步冷却至常温高压状态；该常温高压状态的气体工质经储能膨胀机构转换至低温低压状态；低温低压状态的所述气体工质再经过低温换热机构转换至常温低压状态的气体工质，所述低温换热机构将低温冷能通过间接蓄冷子系统存储在低温保温储液罐(36)中；经过多级膨胀和再热步骤的常温低压气体工质经过中间换热器(13)的第二通路吸收热能，转换成次高温低压的气体工质。
2.根据权利要求1所述的回热式热泵的储能方法，其特征在于，还包括：
经过所述中间换热器(13)第二通路的次高温低压的气体工质重新进入所述储能压缩机构参与热泵循环，循环往复用于将高温热能和低温冷能分别存储在高温保温储液罐(34)和低温保温储液罐(36)中。
3.根据权利要求1或2所述的回热式热泵的储能方法，其特征在于，还包括：
在用电高峰期、电能释放过程中，具体方法如下：
冷热能热机发电回路中，常温低压的气体工质经过所述低温换热机构吸收低温冷能至低温低压状态；所述循环气体工质经过释能压缩机构将低温低压状态的循环气体工质压缩至常温高压态，所述释能压缩机构包括由多个释能压缩机组成；该常温高压的气体工质再经过所述中间换热器(13)的第一通路吸收热量至次高温高压状态；次高温高压状态的所述气体工质经过所述高温换热机构吸收热能提高至高温高压状态；该高温高压状态的所述气体工质再进入释能膨胀机构从而膨胀至次高温低压状态；经过多级膨胀和再热步骤的气体工质从所述释能膨胀机构出口排出后，经过所述中间换热器(13)的第二通路释放热能至常温低压状态；所述释能膨胀机构驱动连接发电单元(38)发电。
4.根据权利要求3所述的回热式热泵的储能方法，其特征在于，还包括：将经过所述中间换热器(13)的常温低压状态的所述气体工质经所述低温换热机构冷却后，从新通入所述释能压缩机构的入口以参与热机循环，循环往复用于将所述高温保温储液罐(34)和所述低温保温储液罐(36)中的高温热能和低温冷能通过热机循环转化为电能输出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的回热式热泵的储能方法，其特征在于，还包括：
蓄冷蓄热侧的稳压装置，通过压力传感器实时测量管路中液体工质的压力并将数据传输到控制中心；若所述管路中流体压力降低，则远程控制该管路上的气动阀门开度降低，以提高流体压力；若流体压力提高，则远程控制所述管路上的气动阀门开度增大，以降低流体压力。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的回热式热泵的储能方法，其特征在于，还包括：
气侧稳压装置，设置在热泵制冷制热回路和冷热能热机发电回路中；
在储能释电过程中，气体缓冲罐(48)与热泵制冷制热回路和冷热能热机发电回路连通，进行实时气体质量平衡；
在储电循环和释电循环的间歇，通过压力调节压缩机(49)从所述气体缓冲罐(48)向冷热能热机发电回路中泵入气体工质。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的回热式热泵的储能方法，其特征在于，还包括：
惰性气体保护机构，用于将储液罐中的蓄冷流体和蓄热流体保护在惰性气体中，以防止所述蓄冷流体和所述蓄热流体与空气发生反应或者解离；
所述惰性气体保护机构包括：惰性气体储罐(47)，所述惰性气体储罐(47)通过管路分别与高温保温储液罐(34)和/或次高温保温储液罐(35)和/或低温保温储液罐(36)和/或常温储液罐(37)连通，用于使蓄冷流体和蓄热流体与空气隔绝。
8.根据权利要求1所述的回热式热泵的储能方法，其特征在于，在所述用电低谷期、储能过程中，还包括以下控制方法：
次高温状态的液体蓄热工质在高温增压泵(17)驱动下，从次高温保温储液罐(35)流出，受驱动地分别进入所述高温换热机构的不同高温换热器中，进入所述高温换热机构的液体蓄热工质吸收热能后至高温状态，该高温状态的液体蓄热工质汇总并回到高温保温储液罐(34)中以将热能存储；
同时，常温状态的液体蓄冷工质在低温增压泵(19)驱动下，从常温储液罐(37)流出，受驱动地分别进入所述低温换热机构的不同低温换热器中，进入所述低温换热机构的液体蓄热工质吸收冷能后至低温状态，该低温状态的液体蓄冷工质汇总并回到低温保温储液罐(36)中。
9.根据权利要求1所述的回热式热泵的储能方法，其特征在于，在所述用电高峰期、电能释放过程中，还包括以下控制方法：
低温的液体蓄冷介质在低温增压泵(19)驱动下，从低温保温储液罐(36)流出，受驱动地分别进入所述低温换热机构的不同低温换热器中，该液体蓄冷介质经过余热排散换热器(33)，回到常温储液罐(37)中；冷热能热机发电回路中的膨胀机不可逆做功产生的废热通过所述余热排散换热器(33)排散到环境中；
同时，高温的液体蓄热工质在高温增压泵(17)驱动下，从高温保温储液罐(34)流出，
受驱动地分别进入所述高温换热机构的不同高温换热器中以释放热能至次高温状态，该次高温状态的液体蓄热工质汇总并回到次高温保温储液罐(35)中。
10.一种回热式热泵储能系统，其特征在于，包括：
热泵制热制冷储能回路，包括：储能压缩机构、储能膨胀机构、高温换热机构、低温换热机构，以及中间换热器(13)；
冷热能热机发电回路，包括：释能压缩机构、释能膨胀机构、高温换热机构、低温换热机构，以及中间换热器(13)；所述冷热能热机发电回路与所述热泵制热制冷储能回路共用所述中间换热器(13)；
间接蓄热子系统，包括：高温保温储液罐(34)、次高温保温储液罐(35)、高温增压泵(17)以及高温换热机构；所述间接蓄热子系统与所述冷热能热机发电回路共用所述高温换热机构。
11.根据权利要求10所述的回热式热泵储能系统，其特征在于，
所述储能压缩机构包括：第一级储能压缩机(2)、第二级储能压缩机(3)、第三级储能压缩机(4)和第四级储能压缩机(5)；
所述高温换热机构包括：第一级高温换热器(10)、第二级高温换热器(11)和第三级高温换热器(12)；
所述储能膨胀机构包括：第一级储能膨胀机(6)、第二级储能膨胀机(7)、第三级储能膨胀机(8)以及第四级储能膨胀机(9)；
所述低温换热机构包括：第一级低温换热器(14)、第二级低温换热器(15)和第三级低温换热器(16)；
所述释能压缩机构包括：第一级释能压缩机(43)、第二级释能压缩机(44)、第三级释能压缩机(45)和第四级释能压缩机(46)；
所述释能膨胀机构包括：第一级释能膨胀机(39)、第二级释能膨胀机(40)、第三级释能膨胀机(41)以及第四级释能膨胀机(42)。
12.根据权利要求10或11所述的回热式热泵储能系统，其特征在于，所述回热式热泵储能系统应用到权利要求1至9中任一项所述的回热式热泵的储能方法中。
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