CN114738069B - 一种储能发电系统及储能发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种储能发电系统及储能发电方法，属于涉及能量存储技术领域，本发明提供的一种储能发电系统，包括：储热单元，供冷单元，第一发电机组，第二发电机组。本装置在太阳光充足时将太阳能储存起来，蓄热器能给第二换热器和第三换热器提供热能，在本装置一侧设有液氮储罐，当太阳光不充分时，第一发电机组做功，通过第一换热器的液氮会变成高压氮气，再由高压氮气变成高温高压氮气，随后高温高压氮气在膨胀机组内释能做功；第二发电机组内部气体工质通过第三换热器后会从常温高压状态变成高温高压状态，经过第三膨胀机释能做功；本装置实现了通过利用太阳能和液氮进行发电的过程，发电方式并不单一，并且具有发电效率高的优点。

Description

一种储能发电系统及储能发电方法

技术领域

本发明涉及能量存储技术领域，具体涉及一种储能发电系统及储能发电方法。

背景技术

随着光伏发电、风力发电等清洁能源的快速发展，清洁能源在电网中所占的比例逐年增加，然而由于光伏发电、风力发电的发电情况受环境因素影响很大，其不能在一天内平稳发电，只能在太阳充足和风力充足的时段发电。

现有技术中为了得到的电力，会通过势能发电、热能、太阳能能、超导磁能等方法。但是，发电方式比较单一，并且效率底下。

发明内容

因此，本发明提高一种储能发电系统，包括：

储热单元，将太阳能储能在蓄热器中；所述蓄热器的进口端和出口端通过第二换热器的高温侧和第三换热器的高温侧连通；

供冷单元，具有液氮储罐；

第一发电机组，通过第一换热器的低温侧和第二换热器的低温侧与低温泵和液态氮罐连通；所述第一发电机组具有低温泵膨胀机组；

第二发电机组，具有压缩机和第三膨胀机；所述压缩机与第三膨胀机通过第三换热器的低温侧和第一换热器的高温侧循环连通。

作为优选方案，所述储热单元包括：

太阳能集热器，进口端和出口端通过第四换热的高温侧连通；所述第四换热器的低温侧的两端分别与所述蓄热器的两端连通。

作为优选方案，还包括：

定日镜，设置在所述太阳能集热器的一侧；所述定日镜将太阳能集中在所述太阳能集热器上。

作为优选方案，还包括：

循环泵，设置在所述太阳能集热器与第四换热器之间。

作为优选方案，还包括：

阀门组件，具有第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；所述第一阀门设置在第二换热器的高温侧出口端与蓄热器的进口端之间；所述第二阀门设置在所述第四换热器的低温侧出口端与蓄热器的进口端之间；所述第三阀门设置在蓄热器的出口端与第四换热器低温侧进口端之间；所述第四阀门设置蓄热器的出口端与第三换热器的高温侧进口端。

作为优选方案，所述供冷单元还包括：

低温泵，设置在液氮储罐与第一换热器之间。

作为优选方案，所述膨胀机组包括第一膨胀机和第二膨胀机，气体工质从第一膨胀机流向第二膨胀机。

作为优选方案，还包括：

风机，设置在蓄热器出口端。

一种储能发电方法，包括以下步骤：

发电之前，将液氮充装进入到液氮储罐中；将太阳能的热能储存到蓄热器中；

通过第三换热器将热量传递给由压缩机出来的气体工质，使得气体工质由常温高压变成高温高压；高温高压的气体工质进入第三膨胀机膨胀做功，所做的功一部分提供给压缩机的耗功和一部分用于提供发电；

通过第一换热器将热量传递给从液氮储罐中出来的液氮，使液氮由高压液态变成高压气态；通过第二换热器将热量传递给从第一换热器出来的氮气，使氮气由常温高压变成高温高压；高温高压的氮气进入膨胀机组膨胀做功。

作为优选方案，在发电之前，当太阳光充足时，关闭第一阀门和第四阀门，打开第二阀门和第三阀门；调整定日镜将太阳能汇聚在太阳能集热器上，传热流体在循环泵的驱动下将太阳能集热器收集的热量传递给第四换热器的高温侧；风机驱动气体工质在所述蓄热器和所述第四换热器之间循环，将热量储存在蓄热器内；

发电过程中，关闭第二阀门和第三阀门，打开第一阀门和第四阀门，驱动风机，将蓄热器内的热量由气体工质传递到第三换热器的高温侧和第二换热器的高温侧，释放出储热器内的热量。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一种储能发电系统，包括：储热单元，将太阳能储能在蓄热器中；所述蓄热器的进口端和出口端通过第二换热器的高温侧和第三换热器的高温侧连通；供冷单元，具有液氮储罐；第一发电机组，通过第一换热器的低温侧和第二换热器的低温侧与液态氮罐连通；所述第一发电机组具有膨胀机组；第二发电机组，具有压缩机和第三膨胀机；所述压缩机与第三膨胀机通过第三换热器的低温侧和第一换热器的高温侧循环连通。本装置在太阳光充足时将太阳能储存在蓄热器内，蓄热器与第二换热器和第三换热器连通，蓄热器能给第二换热器和第三换热器提供热能，在本装置一侧设有液氮储罐，液氮储罐内存有液氮，当太阳光不充分时，第一发电机组做功，第一发电机组通过与液氮储罐连接，使高压液氮通过第一换热器低温侧并吸收热量，通过第一换热器的液氮会变成高压氮气，随后高压氮气通过第二换热器的低温侧，再由高压氮气变成高温高压氮气，随后高温高压氮气在膨胀机组内释能做功；第二发电机组与所述第三换热器的低温侧连通，第二发电机组内部气体工质通过第三换热器后会从常温高压状态变成高温高压状态，经过第三膨胀机释能做功；本装置实现了通过利用太阳能和液氮进行发电的过程，发电方式并不单一，并且具有发电效率高的优点。

2.本发明提供的一种储能发电系统，在太阳能集热器的一侧安装有定日镜，定日镜能够将太阳能集中在太阳能集热器上，使本装置充分利用太阳能，具有环保绿色的优点，

3.本发明提供的一种储能发电系统，在第二发电机组中内部的气体工质通过第三膨胀机释能做功，所做的功一部分用于发电，另一部分用于压缩机做功，气体工质从第三膨胀机流向压缩机，并在压缩机的作功下将常温常压气体工质变成高压气体工质，常温高压气体工质在第三换热器的作用下变成高温高压气体工质，随后流向第三膨胀机内，在第三换热器的作用下第二发电机组形成能够循环的回路，具有节能高效的优点。

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为本发明的一种储能发电系统的流程图。

附图标记说明：

1、第二发电机；2、第三膨胀机；3、压缩机；4、第一发电机；5、第二膨胀机；6、第一膨胀机；7、低温泵；8、液氮储罐；9、第二换热器；10、第一换热器；11、第三换热器；12、风机；13、蓄热器；14、第四换热器；15、太阳能集热器；16、循环泵；17、定日镜；18、第一阀门；19、第二阀门；20、第三阀门；21、第四阀门。

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。

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。

实施例一

本发明提供的一种储能发电系统，包括：储热单元，将太阳能储能在蓄热器13中；所述蓄热器13的进口端和出口端通过第二换热器9的高温侧和第三换热器11的高温侧连通；供冷单元，具有液氮储罐8；第一发电机4组，通过第一换热器10的低温侧和第二换热器9的低温侧与低温泵和液态氮罐连通；所述第一发电机4组具有低温泵膨胀机组；第二发电机1组，具有压缩机3和第三膨胀机2；所述压缩机3与第三膨胀机2通过第三换热器11的低温侧和第一换热器10的高温侧循环连通。本装置在太阳光充足时将太阳能储存在蓄热器13内，蓄热器13与第二换热器9和第三换热器11连通，蓄热器13能给第二换热器9和第三换热器11提供热能，在本装置一侧设有液氮储罐8，液氮储罐8内存有液氮，当太阳光不充分时，第一发电机4组做功，第一发电机4组通过与液氮储罐8连接，使高压液氮通过第一换热器10低温侧并吸收热量，通过第一换热器10的液氮会变成高压氮气，随后高压氮气通过第二换热器9的低温侧，再由高压氮气变成高温高压氮气，随后高温高压氮气在膨胀机组内释能做功；第二发电机1组与所述第三换热器11的低温侧连通，第二发电机1组内部气体工质通过第三换热器11后会从常温高压状态变成高温高压状态，经过第三膨胀机2释能做功；本装置实现了通过利用太阳能和液氮进行发电的过程，发电方式并不单一，并且具有发电效率高的优点。

如图1所示，本发明提供的一种储能发电系统，包括：储热单元，将太阳能储存在蓄热器13内，蓄热器13的进口端和出口端通过第二换热器9的高温侧和第三换热器11的高温侧连通，蓄热器13的出口端还与第四换热器14低温侧进口端连接，风机12设置在蓄热器13出口端，风机12能够带动蓄热器13管路中气体工质的流动，在第四换热器14的高温侧还连接有太阳能集热器15，太阳能集热器15进口端和出口端通过第四换热的高温侧连通；所述第四换热器14的低温侧的两端分别与所述蓄热器13的两端连通。第四换热器14与太阳能集热器15形成一回路，第四换热器14与太阳能集热器15之间流通有气体工质，循环泵16设置在所述太阳能集热器15与第四换热器14之间，第四换热器14高温侧与太阳能集热器15之间设有循环泵16，通过循环泵16的作用下，气体工质能在第四换热器14高温侧与太阳能集热器15之间循环，并且通过气体工质能够将太阳能集热器15上的热能传递到第四换热器14的高温侧，在太阳能集热器15的一侧还设有定日镜17，通过调整定日镜17的角度能够实现将太阳光集中在太阳能集热器15上，使太阳能集热器15吸热太阳光中的热能，从而实现了将太阳能中的热能传递到第四换热器14的高温侧，为储热单元提供热能来源。

在本发明中还包括供冷单元，具有液氮储罐8，液氮储罐8内装有通过空分等方式制的液氮，低温泵7设置在液氮储罐8与第一换热器10之间，并且液氮储罐8与低温泵7一侧连接，液态储罐在低温泵7的作用下能够将常温常压的液氮变成常温高压的液氮，低温泵7另一侧与第一换热器10的低温侧的进口端连接，使液氮能够流经第一换热器10的低温侧，第一换热器10的低温侧的出口端与第二换热器9的低温侧的进口端连接，使氮气能够流经第二换热器9的低温侧。

本发明中还包括，第一发电机4组，通过第一换热器10的低温侧和第二换热器9的低温侧与液态氮罐连通；所述第一发电机4组具有膨胀机组；所述膨胀机组包括第一膨胀机6和第二膨胀机5，所述第一膨胀机6与第二膨胀机5和发电机同轴运动，气体工质从第一膨胀机6流向第二膨胀机5。从第二换热器9流出的氮气会在第一膨胀机6内部做功，带动第一膨胀机6的转动轴使第一发电机4发电，氮气从第一膨胀机6流向第二膨胀机5，并在第二膨胀机5做功并带动转动轴转动使第一发电机4发电。

本发明还包括，第二发电机1组，具有压缩机3和第三膨胀机2；所述压缩机3与第三膨胀机2通过第三换热器11的低温侧和第一换热器10的高温侧循环连通。所述压缩机3与第三膨胀机2和第二发电机1同轴转动，第二发电机1组为封闭回路，第三换热器11低温侧出口端与第三膨胀机2连接，使气体工质能流经第三膨胀机2，第三膨胀机2出口端与第一换热器10的高温侧进口端连接，使气体工质流经第一换热器10的高温侧，压缩机3进口端与第一换热器10高温侧的出口端连接，使气体工质流经压缩机3，压缩机3出口端与第三换热器11低温侧的进口端连接，最终形成回路，气体工质在第三膨胀机2内膨胀做功，带动轴转动使第二发电机1做功，同时也带动压缩机3做功，这样能大幅度提供循环效率和比功。

本发明还包括有，阀门组件，具有第一阀门18、第二阀门19、第三阀门20和第四阀门21；所述第一阀门18设置在第二换热器9的高温侧出口端与蓄热器13的进口端之间；所述第二阀门19设置在所述第四换热器14的低温侧出口端与蓄热器13的进口端之间；所述第三阀门20设置在蓄热器13的出口端与第四换热器14低温侧进口端之间；所述第四阀门21设置蓄热器13的出口端与第三换热器11的高温侧进口端。

实施例二

本实施例提供一种储能发电方法，包括以下步骤：

发电之前，将液氮充装进入到液氮储罐8中；将太阳能的热能储存到蓄热器13中；当太阳光充足时，关闭第一阀门18和第四阀门21，打开第二阀门19和第三阀门20；此时储热系统工作，第一发电机4组与第二发电机1组不工作，调整定日镜17将太阳能汇聚在太阳能集热器15上，此时蓄热器13两端分别与第四换热器14连通，传热流体在循环泵16的驱动下将太阳能集热器15收集的热量传递给所述第四换热器14的高温侧；风机12驱动气体工质在所述蓄热器13和所述第四换热器14之间循环，将热量储存在蓄热器13内；此时蓄热器13与第四换热器14形成闭环回路，蓄热器13将太阳能产生的热量储存起来。

发电过程中，关闭第二阀门19和第三阀门20，打开第一阀门18和第四阀门21，蓄热器13的出口端此时与第三换热器11的高温侧进口端连接，蓄热器13能够给第三换热器11提供热量，将进入第三换热器11低温侧的气体工质温度提高。蓄热器13的另一端与第二换热器9高温侧连接，将进入第二换热器9低温侧的氮气进行升温，此时蓄热器13与第二换热高温侧和第三换热器11高温侧形成闭环回路，蓄热器13为第一发电机4组和第二发电机1组提供热能，当第二发电机1组运行过程中会将从第三膨胀机2流出的高温常压气体工质流向第一换热器10的高温侧，能够将从第一换热器10低温侧流进去的液氮进行升温，实现第二发电机1为第一发电机4提高热能，实现了液氮低温冷能和压力能的能量梯级利用。

发电过程中驱动风机12，将蓄热器13内的热量由气体工质传递到第三换热器11的高温侧和第二换热器9的高温侧，释放出蓄热器13内的热量。

通过第三换热器11将热量传递给由压缩机3出来的气体工质，使得气体工质由常温高压变成高温高压；高温高压的气体工质进入第三膨胀机2膨胀做功，所做的功一部分提供给压缩机3的耗功和一部分用于提供发电；

通过第一换热器10将热量传递给从液氮储罐8中出来的液氮，通过低温泵7将常温常用液氮变成常温高压液氮，通过第一换热器10使液氮由高压液态变成高压气态；通过第二换热器9将热量传递给从第一换热器10出来的氮气，使氮气由常温高压变成高温高压；高温高压的氮气进入膨胀机组膨胀做功，高温高压氮气经过第一膨胀机6变成中温高压氮气，随后流向第二膨胀机5，常温高压氮气会变成常温常压氮气并排到大气中。

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 (8)

1.一种储能发电系统，其特征在于，包括：

储热单元，将太阳能储能在蓄热器（13）中；所述蓄热器（13）的进口端和出口端通过第二换热器（9）的高温侧和第三换热器（11）的高温侧连通；

供冷单元，具有液氮储罐（8）；

第一发电机（4）组，通过第一换热器（10）的低温侧和第二换热器（9）的低温侧与低温泵和液态氮罐连通；所述第一发电机（4）组具有低温泵膨胀机组；

第二发电机（1）组，具有压缩机（3）和第三膨胀机（2）；所述压缩机（3）与第三膨胀机（2）通过第三换热器（11）的低温侧和第一换热器（10）的高温侧循环连通；

所述储热单元包括：

太阳能集热器（15），进口端和出口端通过第四换热器（14）的高温侧连通；所述第四换热器（14）的低温侧的两端分别与所述蓄热器（13）的两端连通；

还包括：

阀门组件，具有第一阀门（18）、第二阀门（19）、第三阀门（20）和第四阀门（21）；所述第一阀门（18）设置在第二换热器（9）的高温侧出口端与蓄热器（13）的进口端之间；所述第二阀门（19）设置在所述第四换热器（14）的低温侧出口端与蓄热器（13）的进口端之间；所述第三阀门（20）设置在蓄热器（13）的出口端与第四换热器（14）低温侧进口端之间；所述第四阀门（21）设置在蓄热器（13）的出口端与第三换热器（11）的高温侧进口端之间。

2.根据权利要求1所述的储能发电系统，其特征在于，还包括：

定日镜（17），设置在所述太阳能集热器（15）的一侧；所述定日镜（17）将太阳能集中在所述太阳能集热器（15）上。

3.根据权利要求1所述的储能发电系统，其特征在于，还包括：

循环泵（16），设置在所述太阳能集热器（15）与第四换热器（14）之间。

4.根据权利要求1所述的储能发电系统，其特征在于，所述供冷单元还包括：

低温泵（7），设置在液氮储罐（8）与第一换热器（10）之间。

5.根据权利要求1所述的储能发电系统，其特征在于，所述膨胀机组包括第一膨胀机（6）和第二膨胀机（5），气体工质从第一膨胀机（6）流向第二膨胀机（5）。

6.根据权利要求1所述的储能发电系统，其特征在于，还包括：

风机（12），设置在蓄热器（13）出口端。

7.一种储能发电方法，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的储能发的系统，引用包括以下步骤：

发电之前，将液氮充装进入到液氮储罐（8）中；将太阳能的热能储存到蓄热器（13）中；

通过第三换热器（11）将热量传递给由压缩机（3）出来的气体工质，使得气体工质由常温高压变成高温高压；高温高压的气体工质进入第三膨胀机（2）膨胀做功，所做的功一部分提供给压缩机（3）的耗功和一部分用于提供发电；

通过第一换热器（10）将热量传递给从液氮储罐（8）中出来的液氮，使液氮由高压液态变成高压气态；通过第二换热器（9）将热量传递给从第一换热器（10）出来的氮气，使氮气由常温高压变成高温高压；高温高压的氮气进入膨胀机组膨胀做功。

8.根据权利要求7所述储能发电方法，其特征在于，在发电之前，当太阳光充足时，关闭第一阀门（18）和第四阀门（21），打开第二阀门（19）和第三阀门（20）；调整定日镜（17）将太阳能汇聚在太阳能集热器（15）上，传热流体在循环泵（16）的驱动下将太阳能集热器（15）收集的热量传递给所述第四换热器（14）的高温侧；风机（12）驱动气体工质在所述蓄热器（13）和第四换热器（14）之间循环，将热量储存在蓄热器（13）内；

发电过程中，关闭第二阀门（19）和第三阀门（20），打开第一阀门（18）和第四阀门（21），驱动风机（12），将蓄热器（13）内的热量由气体工质传递到第三换热器（11）的高温侧和第二换热器（9）的高温侧，释放出蓄热器（13）内的热量。