CN114688907A - 一种一体化电蒸汽储能设备及储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种一体化电蒸汽储能设备及储能系统，该系统包括一体化电蒸汽储能罐、补水系统、换热器、补水泵组和冷凝水回收系统，所述补水系统的出水口与补水泵组的进水口相连，所述补水泵组的出水口连接换热器后，接入所述一体化电蒸汽储能罐的进水口，所述一体化电蒸汽储能罐内设有加热组件，还设有罐内循环换热单元，所述罐内循环换热单元包括用于将一体化电蒸汽储能罐上部的高温水送至一体化电蒸汽储能罐下部的循环泵，所述冷凝水回收系统的出水口连接换热器，通过换热器预热所述补水系统输入一体化电蒸汽储能罐的水。该设备及系统具备较强的移峰填谷和新能源消纳的能力，能够从需求侧平衡电网的波动，可广泛应用于企业的节能降耗改造。

Description

一种一体化电蒸汽储能设备及储能系统

【技术领域】

本发明涉及储能的技术领域，特别是一种应用于企业的节能降耗改造和新建高效储能的一种一体化电蒸汽储能设备及储能系统。

【背景技术】

随着含高比例新能源的电力系统逐步形成，对现行的电力需求侧的高效消纳和移峰填谷能力提出更高的技术要求，通过新的技术和制度来平衡电网波动是当下的研究热点。

现针对能源结构调整的各项措施中就包括了电能替代。“煤改电”甚至是“气改电”的政策都在有条不紊的推进中，包含了拉大峰谷电价、电能替代的改造补贴以及享受电价优惠等等政策。对于工业企业来说，自身的节能减排和提质增效的需求也促进了企业去迎合政策的导向，加大力度进行用能改造，现提出一种一体化电蒸汽储能设备及储能系统。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种一体化电蒸汽储能设备及储能系统，具备较强的移峰填谷和新能源消纳的能力，能够从需求侧平衡电网的波动，为企业节能减排、提质增效。

为实现上述目的，本发明提出了一种一体化电蒸汽储能设备，包括一体化电蒸汽储能罐，所述一体化电蒸汽储能罐内设有加热组件，所述一体化电蒸汽储能罐上设有罐内循环换热单元，所述罐内循环换热单元包括用于将一体化电蒸汽储能罐上部的高温水送至一体化电蒸汽储能罐下部的循环泵。

作为优选，所述罐内循环换热单元还包括分别设置于一体化电蒸汽储能罐内上部、下部的上布水器和下布水器，所述循环泵的输入端连接上布水器，输出端连接下布水器。

作为优选，所述加热组件包括安装于一体化电蒸汽储能罐内的若干排电加热芯组，各排电加热芯组包括多个电加热芯，相邻两排电加热芯组的电加热芯相交错布置。

作为优选，所述一体化电蒸汽储能罐内布置有若干个折流板。

作为优选，所述一体化电蒸汽储能罐上还设有高、低水位警报装置、水位控制器、超压保护装置、安全阀泄压阀、温度变送器。

作为优选，所述一体化电蒸汽储能罐的上部设有集汽室，所述集汽室内为汽空间。

为实现上述目的，本发明还提出了一种一体化电蒸汽储能系统，包括上述的一体化电蒸汽储能罐，还包括补水系统、换热器、补水泵组和冷凝水回收系统，所述补水系统的出水口与补水泵组的进水口相连，所述补水泵组的出水口连接换热器后，接入所述一体化电蒸汽储能罐的进水口，所述冷凝水回收系统的出水口连接换热器，通过换热器预热所述补水系统输入一体化电蒸汽储能罐的水。

作为优选，所述补水系统包括软化水装置和软水箱，所述软水箱的进水口连接软化水装置，出水口连接补水泵组。

作为优选，所述补水泵组包括并接于补水系统与换热器之间的两个补水泵。

作为优选，还包括集装箱、以及与一体化电蒸汽储能罐、补水系统、换热器、补水泵组、冷凝水回收系统电性连接的控制系统，所述一体化电蒸汽储能罐、补水系统、换热器、补水泵组、冷凝水回收系统和控制系统均设置于集装箱内。

本发明的有益效果：本发明通过将高压饱和水储存于一体化电蒸汽储能罐中，待用汽的时候通过一体化电蒸汽储能罐内压降闪蒸将一定参数的饱和蒸汽输出。相比较于传统蒸汽蓄热，本发明解决了以下三方面技术难点：

1、储能介质采用饱和水而非蒸汽，储能设备的体积比传统蒸汽介质蓄能缩小约60～100倍，大大减小了设备的占地和制造成本。

2、在储热结构上，通过电加热芯错排、叉排布置强化储能设备内部的自然对流换热，还通过扰流、折流、混流结构的优化设计，使得储能效率比传统蒸汽蓄能器更高，解决了理论储能量与实际用能的合理匹配问题。

3、采用一体化设计思路，可将储能和能量输出过程全部集成到介质储存装置上。相比现有的电蒸汽蓄热系统，减少了电锅炉的占地空间和高昂成本，同时考虑为用户现场接管等工作减量和运输方便，本系统中所有功能部件集成在一个专用集装箱内，设备可放置在室外，不需要单独建设锅炉房。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本发明一种一体化电蒸汽储能系统的流程示意图；

图2是本发明一种一体化电蒸汽储能系统的整体外观结构示意图；

图3是本发明一种一体化电蒸汽储能系统的补水及冷凝水热量回收的流程示意图；

图4是本发明一种一体化电蒸汽储能系统的一体化电蒸汽储能罐的放大示意图；

图5是本发明一种一体化电蒸汽储能设备的一体化电蒸汽储能罐的内部结构主视图；

图6是本发明一种一体化电蒸汽储能设备的一体化电蒸汽储能罐的内部结构左视示意图。

图中：1-一体化电蒸汽储能罐、11-加热组件、12-罐内循环换热单元、120-开孔、121-上布水器、122-下布水器、123-循环泵、13-高、低水位警报装置、14-水位控制器、15-超压保护装置、16-安全阀泄压阀、17-温度变送器、18-折流板、19-蒸汽输出管道、191-调节阀、192-流量计、2-补水系统、21-软化水装置、22-软水箱、3-换热器、4-补水泵组、5-冷凝水回收系统、51-冷凝水箱、52-冷凝水输送泵、10-集装箱、20-扶梯、PT-压力变送器、PI-压力表、PS-压力开关、LS-水位电极、TT-温度变送器、TI-温度表)

【具体实施方式】

参阅图4至图6，本发明一种一体化电蒸汽储能设备，包括一体化电蒸汽储能罐1，所述一体化电蒸汽储能罐1内设有加热组件11，所述一体化电蒸汽储能罐1上还设有罐内循环换热单元12，所述罐内循环换热单元12包括用于将一体化电蒸汽储能罐1上部的高温水送至一体化电蒸汽储能罐1下部的循环泵123。

进一步地，参阅图4至图6，在本实施例中，所述罐内循环换热单元12还包括分别设置于一体化电蒸汽储能罐1内上部、下部的上布水器121和下布水器122，所述循环泵123的输入端连接上布水器121，输出端连接下布水器122。上布水器121在加热阶段作为循环集水作用，通过循环泵123将一体化电蒸汽储能罐1上部的高温水送至一体化电蒸汽储能罐1下部，强制使罐内冷、热水混合换热。在本实施例中，所述上布水器121包括至少一个上布水管，所述上布水管的上部两侧设有若干个开孔120，所述下布水器122包括至少一个下布水管，所述下布水管的两侧下部设有若干开孔120。

进一步地，参阅图5，所述加热组件11包括安装于一体化电蒸汽储能罐1内的若干排电加热芯组，各排电加热芯组包括多个电加热芯，相邻两排电加热芯组的电加热芯相交错布置。在本实施例中在一体化电蒸汽储能罐1的两侧分别设有两排电加热芯组，通过在一体化电蒸汽储能罐1内插入电加热芯，电加热芯数量和单根功率根据用户需求确定，布置在罐体下部，布置方式包括错列、叉列或者混合布置等，此类布置有利于内部换热。

进一步地，参阅图6，所述一体化电蒸汽储能罐1内布置有若干个折流板18，用于对一体化电蒸汽储能罐1内流场进行扰动，强化冷热水之间的掺混，使之换热更充分，提高储能效率。在本实施例中一体化电蒸汽储能罐1内的下部两侧均设有折流板18，折流板18呈倾斜布置，朝向一体化电蒸汽储能罐1轴心的一端高于另一端。

进一步地，参阅图4，该设备设置了四重保护措施，包括设置于一体化电蒸汽储能罐1上的高、低水位警报装置13、水位控制器14、超压保护装置15、安全阀泄压阀16。超压保护装置15包括压力变送器、压力表、压力开关。所述一体化电蒸汽储能罐1内还设有温度变送器17，该设备还包括电控柜及PLC控制单元，采用压力、温度、水位三变量反馈式加热模式，可通过设定程序确定目前需要开启的电加热芯的数量以及开启的时长，自行开启和关闭电加热芯，保证谷电时段的供汽参数精度，同时保证在谷电结束时能够储满峰电时段的足够能量。

进一步地，参阅图4，一体化电蒸汽储能罐1上部设有的集汽室6，所述集汽室6内为汽空间，可预留一定的空间，使一体化电蒸汽储能罐1内不充满水。一方面，可保证足够的蒸汽空间，防止蒸汽带水，提升蒸汽输出品质；另一方面，自留了水加热后的膨胀空间，省去了需要独立设置的膨胀水箱。所述集汽室6上还连接有蒸汽输出管道19，所述蒸汽输出管道19上安装有调节阀191和流量计192，可输出符合用户需求的蒸汽。

参阅图1至图6，本发明一种一体化电蒸汽储能系统，包括上述的一体化电蒸汽储能罐1，还包括补水系统2、换热器3、补水泵组4和冷凝水回收系统5，所述补水系统2的出水口与补水泵组4的进水口相连，所述补水泵组4的出水口连接换热器3后，接入所述一体化电蒸汽储能罐1的进水口，所述冷凝水回收系统5的出水口连接换热器3，通过换热器3预热所述补水系统2输入一体化电蒸汽储能罐1的水。

进一步地，参阅图1，所述补水系统2包括软化水装置21和软水箱22，所述软水箱22的进水口连接软化水装置21，出水口连接补水泵组4，在本实施中，所述补水泵组4包括并接于补水系统2与换热器3之间的两个补水泵，一备一用。

进一步地，参阅图1，所述冷凝水回收系统5包括冷凝水箱51和冷凝水输送泵52，所述冷凝水箱51通过冷凝水输送泵52连接换热器3，用于预热补水系统2输送到一体化电蒸汽储能罐1的水。采用了冷凝水回收及换热撬块，回收蒸汽冷凝后余热来预热储罐的补水，能量的梯级，实现节能减排。

进一步地，参阅图2，该系统还包括集装箱10、以及与一体化电蒸汽储能罐1、补水系统2、换热器3、补水泵组4、冷凝水回收系统5电性连接的控制系统，所述一体化电蒸汽储能罐1、补水系统2、换热器3、补水泵组4、冷凝水回收系统5和控制系统均设置于集装箱10内，该一体设备可放置在室外，不需要单独建设锅炉房。

本发明工作过程：

本发明一种一体化电蒸汽储能设备及储能系统，在使用的过程中，企业使用过的具有一定温度的蒸汽冷凝水经过回收管路返回至冷凝水回收系统5的冷凝水箱51，高温(50℃以上)冷凝水由冷凝水输送泵52送至换热器3加热来自软水箱22中的软水，经过预热后的软水由补水泵送入一体化电蒸汽储能罐1。一体化电蒸汽储能罐1中的软水在企业谷电时段被罐内设置的电加热芯加热至高压饱和水，电加热芯的加热功率不仅满足当时的能量需求，而且能够输入峰电时段的总的能量，将谷电时段的电能储存于高压饱和水中。到了峰电时段，停止所有电加热芯，不再使用峰电时段的电能，通过储罐1内的降压闪蒸以及蒸汽输出管道19上调节阀191配合输出符合用户需求的蒸汽。峰电时段结束，一体化电蒸汽储能罐1内饱和水量和参数都到达规定的低值，此时再次开启电加热芯加热同时对储罐进行补水，如此往复。本发明用电时段全部在谷电时段，电加热芯总功率会达到MW级，具备较强的移峰填谷和新能源消纳的能力，从需求侧平衡了电网的波动。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体化电蒸汽储能设备，其特征在于：包括一体化电蒸汽储能罐(1)，所述一体化电蒸汽储能罐(1)内设有加热组件(11)，所述一体化电蒸汽储能罐(1)上设有罐内循环换热单元(12)，所述罐内循环换热单元(12)包括用于将一体化电蒸汽储能罐(1)上部的高温水送至一体化电蒸汽储能罐(1)下部的循环泵(123)。

2.如权利要求1所述的一种一体化电蒸汽储能设备，其特征在于：所述罐内循环换热单元(12)还包括分别设置于一体化电蒸汽储能罐(1)内上部、下部的上布水器(121)和下布水器(122)，所述循环泵(123)的输入端连接上布水器(121)，输出端连接下布水器(122)。

3.如权利要求1所述的一种一体化电蒸汽储能设备，其特征在于：所述加热组件(11)包括安装于一体化电蒸汽储能罐(1)内的若干排电加热芯组，各排电加热芯组包括多个电加热芯，相邻两排电加热芯组的电加热芯相交错布置。

4.如权利要求1所述的一种一体化电蒸汽储能设备，其特征在于：所述一体化电蒸汽储能罐(1)内布置有若干个折流板(18)。

5.如权利要求1所述的一种一体化电蒸汽储能设备，其特征在于：所述一体化电蒸汽储能罐(1)上还设有高、低水位警报装置(13)、水位控制器(14)、超压保护装置(15)、安全阀泄压阀(16)、温度变送器(17)。

6.如权利要求1所述的一种一体化电蒸汽储能设备，其特征在于：所述一体化电蒸汽储能罐(1)的上部设有集汽室(6)，所述集汽室(6)内为汽空间。

7.一种一体化电蒸汽储能系统，其特征在于：包括如权利要求1至6中任意一项所述的一体化电蒸汽储能罐(1)，还包括补水系统(2)、换热器(3)、补水泵组(4)和冷凝水回收系统(5)，所述补水系统(2)的出水口与补水泵组(4)的进水口相连，所述补水泵组(4)的出水口连接换热器(3)后，接入所述一体化电蒸汽储能罐(1)的进水口，所述冷凝水回收系统(5)的出水口连接换热器(3)，通过换热器(3)预热所述补水系统(2)输入一体化电蒸汽储能罐(1)的水。

8.如权利要求7所述的一种一体化电蒸汽储能系统，其特征在于：所述补水系统(2)包括软化水装置(21)和软水箱(22)，所述软水箱(22)的进水口连接软化水装置(21)，出水口连接补水泵组(4)。

9.如权利要求7所述的一种一体化电蒸汽储能系统，其特征在于：所述补水泵组(4)包括并接于补水系统(2)与换热器(3)之间的两个补水泵。

10.如权利要求7所述的一种一体化电蒸汽储能系统，其特征在于：还包括集装箱(10)、以及与一体化电蒸汽储能罐(1)、补水系统(2)、换热器(3)、补水泵组(4)、冷凝水回收系统(5)电性连接的控制系统，所述一体化电蒸汽储能罐(1)、补水系统(2)、换热器(3)、补水泵组(4)、冷凝水回收系统(5)和控制系统均设置于集装箱(10)内。

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