CN114622962B - 一种基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储能技术领域，提供了一种基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，包括制冷制热系统，适于利用多余的电能产生冷能与热能；流态化颗粒储冷储热系统，与所述制冷制热系统对应设置，所述流态化颗粒储冷储热系统中的颗粒适于存储所述制冷制热系统产生的冷能与热能；发电系统，与所述流态化颗粒储冷储热系统对应设置，适于利用所述流态化颗粒储冷储热系统存储的冷能与热能进行发电。本发明提供的基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，设置了流态化颗粒储冷储热系统，利用可以储热与储冷的颗粒作为储能介质，使得该系统不受地理环境的制约，也不会产生对环境有害的气体，更加符合绿色环保的发展理念。

Description

一种基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统。

背景技术

储能是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放的过程，通常储能主要指电力储能。

对于储能系统而言通常需要用到暂时储存能量的介质，其中，将水和空气作为储能介质已经逐渐趋于成熟，但是，对于抽水蓄能而言，该储能系统对地理环境有一定的要求，适合修建在靠近水源的位置。而空气储能虽然可以不受地理因素影响，但是空气储能系统中通常需要修建燃烧室，燃料的燃烧会产生一些温室气体及有害气体，不利于绿色环保。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中的储能系统容易受到环境制约以及不利于绿色环保，从而提供一种基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，包括制冷制热系统，适于利用多余的电能产生冷能与热能；流态化颗粒储冷储热系统，与所述制冷制热系统对应设置，所述流态化颗粒储冷储热系统中的颗粒适于存储所述制冷制热系统产生的冷能与热能；发电系统，与所述流态化颗粒储冷储热系统对应设置，适于利用所述流态化颗粒储冷储热系统存储的冷能与热能进行发电。

进一步地，所述流态化颗粒储冷储热系统包括相连的储热粒子常温储罐、储热换热器与储热粒子高温储罐，以及相连的储冷粒子常温储罐、储冷换热器与储冷粒子低温储罐；所述储热换热器与所述制冷制热系统的制热端对应设置，所述储热粒子常温储罐中的常温颗粒流经所述储热换热器吸热后转变成高温颗粒并存储在所述储热粒子高温储罐中；所述储冷换热器与所述制冷制热系统的制冷端对应设置，所述储冷粒子常温储罐中的常温颗粒流经所述储冷换热器吸冷后转变成低温颗粒并存储在所述储冷粒子低温储罐中。

进一步地，所述流态化颗粒储冷储热系统还包括释热换热器、储热粒子传送装置、储冷粒子传送装置以及释冷换热器；所述释热换热器的进料端通过所述储热粒子传送装置与所述储热粒子高温储罐相连，所述释热换热器的出料端与所述储热粒子常温储罐相连，所述释热换热器对应所述发电系统的吸热端设置，高温颗粒经所述储热粒子传送装置输送至所述释热换热器释热后转变成常温颗粒并存储在所述储热粒子常温储罐中；所述释冷换热器的进料端通过所述储冷粒子传送装置与所述储冷粒子低温储罐相连，所述释冷换热器的出料端与所述储冷粒子常温储罐相连，所述释冷换热器对应所述发电系统的吸冷端设置，低温颗粒经所述储冷粒子传送装置输送至所述释冷换热器释冷后转变成常温颗粒并存储在所述储冷粒子常温储罐中。

进一步地，所述流态化颗粒储冷储热系统还包括第一粒子排放阀、第二粒子排放阀、第三粒子排放阀、第四粒子排放阀；所述第一粒子排放阀设置在所述储热粒子高温储罐与所述储热粒子传送装置之间；所述第二粒子排放阀设置在所述储热粒子常温储罐与所述储热换热器之间；所述第三粒子排放阀设置在所述储冷粒子常温储罐与所述储冷换热器之间；所述第四粒子排放阀设置在所述储冷粒子低温储罐与所述储冷粒子传送装置之间；储能时，所述第二粒子排放阀与所述第三粒子排放阀打开，所述第一粒子排放阀与所述第四粒子排放阀关闭；释能时，所述第一粒子排放阀与所述第四粒子排放阀打开，所述第二粒子排放阀与所述第三粒子排放阀关闭。

进一步地，所述制冷制热系统包括相连的电动机、第一压缩机组与第一膨胀机组；所述电动机驱动所述第一压缩机组与所述第一膨胀机组工作；所述第一压缩机组的出气端与所述储热换热器的进气端相连，所述储热换热器的出气端与所述第一膨胀机组的进气端相连，所述第一膨胀机组的出气端与所述储冷换热器的进气端相连，所述储冷换热器的出气端与所述第一压缩机组的进气端相连。

进一步地，所述发电系统包括相连的发电机、第二膨胀机组与第二压缩机组；所述第二膨胀机组与所述第二压缩机组驱动所述发电机工作；所述第二膨胀机组的进气端与所述释热换热器的出气端相连，所述第二膨胀机组的出气端与所述释冷换热器的进气端相连，所述释冷换热器的出气端与所述第二压缩机组的进气端相连，所述第二压缩机组的出气端与所述释热换热器的进气端相连。

进一步地，所述流态化颗粒储冷储热系统采用的颗粒包括为球状、立方体或其他不规则形状中的一种或多种。

进一步地，所述流态化颗粒储冷储热系统采用的颗粒的粒径范围为0.01mm-50mm之间。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，设置了流态化颗粒储冷储热系统，利用可以储热与储冷的颗粒作为储能介质，使得该系统不受地理环境的制约，也不会产生对环境有害的气体，更加符合绿色环保的发展理念。

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为本发明实施例中基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统的示意图。

附图标记说明：

1、电动机；2、第一压缩机组；3、第一膨胀机组；4、发电机；5、第二膨胀机组；6、第二压缩机组；7、释热换热器；8、储热粒子常温储罐；9、储热换热器；10、储热粒子高温储罐；11、第一粒子排放阀；

12、储热粒子传送装置；13、释冷换热器；14、储冷粒子常温储罐；

15、储冷换热器；16、储冷粒子低温储罐；17、储冷粒子传送装置；

18、第二粒子排放阀；19、第三粒子排放阀；20、第四粒子排放阀。

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。

图1为本发明实施例中基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统的示意图，如图1所示，本实施例提供一种基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，包括制冷制热系统，适于利用多余的电能产生冷能与热能；流态化颗粒储冷储热系统，与制冷制热系统对应设置，流态化颗粒储冷储热系统中的颗粒适于存储制冷制热系统产生的冷能与热能；发电系统，与流态化颗粒储冷储热系统对应设置，适于利用流态化颗粒储冷储热系统存储的冷能与热能进行发电。

本实施例提供的基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，设置了流态化颗粒储冷储热系统，利用可以储热与储冷的颗粒作为储能介质，使得该系统不受地理环境的制约，也不会产生对环境有害的气体，更加符合绿色环保的发展理念。

其中，流态化颗粒储冷储热系统采用的颗粒包括为球状、立方体或其他不规则形状中的一种或多种。例如，颗粒的形状为球状。

其中，流态化颗粒储冷储热系统采用的颗粒的粒径范围为0.01mm-50mm之间。例如，颗粒的粒径为2mm。

其中，流态化颗粒储冷储热系统包括相连的储热粒子常温储罐8、储热换热器9与储热粒子高温储罐10，以及相连的储冷粒子常温储罐14、储冷换热器15与储冷粒子低温储罐16；储热换热器9与制冷制热系统的制热端对应设置，储热粒子常温储罐8中的常温颗粒流经储热换热器9吸热后转变成高温颗粒并存储在储热粒子高温储罐10中；储冷换热器15与制冷制热系统的制冷端对应设置，储冷粒子常温储罐14中的常温颗粒流经储冷换热器15吸冷后转变成低温颗粒并存储在储冷粒子低温储罐16中。

例如，储热粒子高温储罐10可以为圆柱体、球体或者长方体，外层有保温结构。同理，储冷粒子低温储罐16可以为圆柱体、球体或者长方体，外层有保温结构。

其中，流态化颗粒储冷储热系统还包括释热换热器7、储热粒子传送装置12、储冷粒子传送装置17以及释冷换热器13；释热换热器7的进料端通过储热粒子传送装置12与储热粒子高温储罐10相连，释热换热器7的出料端与储热粒子常温储罐8相连，释热换热器7对应发电系统的吸热端设置，高温颗粒经储热粒子传送装置12输送至释热换热器7释热后转变成常温颗粒并存储在储热粒子常温储罐8中；释冷换热器13的进料端通过储冷粒子传送装置17与储冷粒子低温储罐16相连，释冷换热器13的出料端与储冷粒子常温储罐14相连，释冷换热器13对应发电系统的吸冷端设置，低温颗粒经储冷粒子传送装置17输送至释冷换热器13释冷后转变成常温颗粒并存储在储冷粒子常温储罐14中。

其中，流态化颗粒储冷储热系统还包括第一粒子排放阀11、第二粒子排放阀18、第三粒子排放阀19、第四粒子排放阀20；第一粒子排放阀11设置在储热粒子高温储罐10与储热粒子传送装置12之间；第二粒子排放阀18设置在储热粒子常温储罐8与储热换热器9之间；第三粒子排放阀19设置在储冷粒子常温储罐14与储冷换热器15之间；第四粒子排放阀20设置在储冷粒子低温储罐16与储冷粒子传送装置17之间；储能时，第二粒子排放阀18与第三粒子排放阀19打开，第一粒子排放阀11与第四粒子排放阀20关闭；释能时，第一粒子排放阀11与第四粒子排放阀20打开，第二粒子排放阀18与第三粒子排放阀19关闭。

其中，制冷制热系统包括相连的电动机1、第一压缩机组2与第一膨胀机组3；电动机1驱动第一压缩机组2与第一膨胀机组3工作；第一压缩机组2的出气端与储热换热器9的进气端相连，储热换热器9的出气端与第一膨胀机组3的进气端相连，第一膨胀机组3的出气端与储冷换热器15的进气端相连，储冷换热器15的出气端与第一压缩机组2的进气端相连。

其中，发电系统包括相连的发电机4、第二膨胀机组5与第二压缩机组6；第二膨胀机组5与第二压缩机组6驱动发电机4工作；第二膨胀机组5的进气端与释热换热器7的出气端相连，第二膨胀机组5的出气端与释冷换热器13的进气端相连，释冷换热器13的出气端与第二压缩机组6的进气端相连，第二压缩机组6的出气端与释热换热器7的进气端相连。

其中，图1中仅画出一级压缩和一级膨胀的设备，实际上可以第一压缩机组2、第二压缩机组6均可以包括多个压缩机，形成多级压缩，例如，三级压缩、五级压缩等。同理，第一膨胀机组3、第二膨胀机组5均可以包括多个膨胀机，形成多级膨胀，例如，三级膨胀、五级膨胀等。

其中，每级压缩机的压缩比范围可以在1-10之间；每级膨胀机的膨胀比可以在1-10之间。

其中，对于储热粒子传送装置12而言，其可以采用输送带式的传送装置，整个传送空间密封，防止颗粒与外界环境降低效率。同理，对于储冷粒子传送装置17而言，其可以采用输送带式的传送装置，整个传送空间密封，防止颗粒与外界环境降低效率。

其中，释热换热器7、储热换热器9、释冷换热器13以及储冷换热器15均可以倾斜设置，利用重力使颗粒呈流态化。

储能流程：首先关闭第一粒子排放阀11、第二粒子排放阀18、第三粒子排放阀19、第四粒子排放阀20；在储热粒子常温储罐8中充注足量的储热的颗粒，在储冷粒子常温储罐14中充注足量的储冷的颗粒；储能时，打开第二粒子排放阀18与第三粒子排放阀19，储热粒子常温储罐8中的常温颗粒下落到储热换热器9中，储冷粒子常温储罐14中的常温颗粒下落到储冷换热器15中；从储热换热器9中流出的高温颗粒，落入储热粒子高温储罐10中存储起来；从储冷换热器15中流出的低温颗粒，落入储冷粒子低温储罐16中存储起来。

第一压缩机组2、第一膨胀机组3、储热换热器9和储冷换热器15的气侧通过管道连接形成气相闭合回路，启动电动机1驱动第一压缩机组2压缩气体，回路中的气体经过第一压缩机组2压缩至高温高压态，经过储热换热器9将热量交换给下落的常温颗粒，气体温度降至高压常温状态，高压常温气体进入第一膨胀机组3膨胀做功，一部分功通过轴传给第一压缩机，第一膨胀机出口的低温低压气体经过储冷换热器15将冷量交换给下落的常温颗粒，气体温度升至常温状态，重新进入循环。

释能流程：储能时，打开第一粒子排放阀11与第四粒子排放阀20，启动储热粒子传送装置12，使得高温颗粒提升并下落入释热换热器7；从释热换热器7释放热量后流出的常温颗粒，落入储热粒子常温储罐8中存储起来。

同理，启动储冷粒子传送装置17，使得低温颗粒提升并下落入释冷换热器13，从释冷换热器13释放冷量后流出的常温颗粒，落入储冷粒子常温储罐14中存储起来。

释热换热器7的气侧、释冷换热器13的气侧、第二膨胀机组5和第二压缩机组6通过管道连接形成气相闭合回路，释热换热器7的气侧出口的高温高压气体进入第二膨胀机组5膨胀做功，一部分功通过轴传给第二压缩机组6，另一部分功用于驱动发电机4发电；第二膨胀机组5出口的常温低压气体进入释冷换热器13的气侧，经过释冷换热器13的气侧吸收低温颗粒的低温冷能，转变成低温低压状态，释冷换热器13的出口低温低压气体进入第二压缩机组6压缩至常温高压状态，进一步进入释热换热器7的气侧吸收下落的高温颗粒的热能重新进入循环。

综上，本申请基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，结构更精简、成本更低、储能密度更高。

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 (7)

1.一种基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，其特征在于，包括制冷制热系统，适于利用多余的电能产生冷能与热能；

流态化颗粒储冷储热系统，与所述制冷制热系统对应设置，所述流态化颗粒储冷储热系统中的颗粒适于存储所述制冷制热系统产生的冷能与热能；

发电系统，与所述流态化颗粒储冷储热系统对应设置，适于利用所述流态化颗粒储冷储热系统存储的冷能与热能进行发电；

所述流态化颗粒储冷储热系统包括相连的储热粒子常温储罐、储热换热器与储热粒子高温储罐，以及相连的储冷粒子常温储罐、储冷换热器与储冷粒子低温储罐；

所述储热换热器与所述制冷制热系统的制热端对应设置，所述储热粒子常温储罐中的常温颗粒流经所述储热换热器吸热后转变成高温颗粒并存储在所述储热粒子高温储罐中；

所述储冷换热器与所述制冷制热系统的制冷端对应设置，所述储冷粒子常温储罐中的常温颗粒流经所述储冷换热器吸冷后转变成低温颗粒并存储在所述储冷粒子低温储罐中。

2.根据权利要求1所述的基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，其特征在于，

所述流态化颗粒储冷储热系统还包括释热换热器、储热粒子传送装置、储冷粒子传送装置以及释冷换热器；

所述释热换热器的进料端通过所述储热粒子传送装置与所述储热粒子高温储罐相连，所述释热换热器的出料端与所述储热粒子常温储罐相连，所述释热换热器对应所述发电系统的吸热端设置，高温颗粒经所述储热粒子传送装置输送至所述释热换热器释热后转变成常温颗粒并存储在所述储热粒子常温储罐中；

所述释冷换热器的进料端通过所述储冷粒子传送装置与所述储冷粒子低温储罐相连，所述释冷换热器的出料端与所述储冷粒子常温储罐相连，所述释冷换热器对应所述发电系统的吸冷端设置，低温颗粒经所述储冷粒子传送装置输送至所述释冷换热器释冷后转变成常温颗粒并存储在所述储冷粒子常温储罐中。

3.根据权利要求2所述的基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，其特征在于，

所述流态化颗粒储冷储热系统还包括第一粒子排放阀、第二粒子排放阀、第三粒子排放阀、第四粒子排放阀；

所述第一粒子排放阀设置在所述储热粒子高温储罐与所述储热粒子传送装置之间；

所述第二粒子排放阀设置在所述储热粒子常温储罐与所述储热换热器之间；

所述第三粒子排放阀设置在所述储冷粒子常温储罐与所述储冷换热器之间；

所述第四粒子排放阀设置在所述储冷粒子低温储罐与所述储冷粒子传送装置之间；

储能时，所述第二粒子排放阀与所述第三粒子排放阀打开，所述第一粒子排放阀与所述第四粒子排放阀关闭；

释能时，所述第一粒子排放阀与所述第四粒子排放阀打开，所述第二粒子排放阀与所述第三粒子排放阀关闭。

4.根据权利要求1所述的基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，其特征在于，

所述制冷制热系统包括相连的电动机、第一压缩机组与第一膨胀机组；

所述电动机驱动所述第一压缩机组与所述第一膨胀机组工作；

所述第一压缩机组的出气端与所述储热换热器的进气端相连，所述储热换热器的出气端与所述第一膨胀机组的进气端相连，所述第一膨胀机组的出气端与所述储冷换热器的进气端相连，所述储冷换热器的出气端与所述第一压缩机组的进气端相连。

5.根据权利要求2所述的基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，其特征在于，

所述发电系统包括相连的发电机、第二膨胀机组与第二压缩机组；

所述第二膨胀机组与所述第二压缩机组驱动所述发电机工作；

所述第二膨胀机组的进气端与所述释热换热器的出气端相连，所述第二膨胀机组的出气端与所述释冷换热器的进气端相连，所述释冷换热器的出气端与所述第二压缩机组的进气端相连，所述第二压缩机组的出气端与所述释热换热器的进气端相连。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，其特征在于，

所述流态化颗粒储冷储热系统采用的颗粒包括为球状、立方体或其他不规则形状中的一种或多种。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的基于流态化颗粒储冷储热的热泵储电系统，其特征在于，

所述流态化颗粒储冷储热系统采用的颗粒的粒径范围为0.01mm-50mm之间。