CN114837764B - 一种回热式热泵储电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种回热式热泵储电系统，属于储能发电技术领域，包括：储能机构，具有储能压缩机和储能膨胀机，储能循环管路上设置有中高温换热器和低温换热器，中高温换热器与中高温储热单元连通，低温换热器与低温储冷单元连通；释能机构，连接中高温换热器和低温换热器；本发明的回热式热泵储电系统，在用电低谷时，将多余电能用于带动储能机构运转，通过储能机构的运转将电能转换的热能收集在储热单元中，同时将电能转换的冷能收集在储冷单元中，释能时，通过释能机构吸收储热单元中的热能和储冷单元的冷能，然后进行发电，从而补偿用电高峰时的电能，这个系统由于不需要设置大型储气室，因此不受场所限制，能量密度也能达到要求。

Description

一种回热式热泵储电系统

技术领域

本发明涉及储能发电技术领域，具体涉及一种回热式热泵储电系统。

背景技术

在用电低谷时，将空气压缩并存于储气室中，使电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰时，高压空气从储气室释放，进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧，然后驱动透平发电。上述过程为采用压缩空气储能系统与燃气电厂配合的常规系统。

采用压缩空气储能系统，具有储能容量较大、储能周期长、效率高(50％～70％)和单位投资相对较小等优点。但是，压缩空气储能技术的储能密度低，难点是需要合适的能储存压缩空气的场所，例如密封的山洞或废弃矿井等。

为解决传统压缩空气储能系统面临的主要问题，最近几年国内外学者分别开展了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，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，需要大型的储气室。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中传统的压缩空气储能系统需要大型储气室的缺陷，从而提供一种回热式热泵储电系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种回热式热泵储电系统，包括：

储能机构，包括同轴连通的储能压缩机和储能膨胀机，所述储能压缩机通过驱动机构进行驱动，所述储能压缩机和所述储能膨胀机之间通过储能循环管路连通，所述储能压缩机通向所述储能膨胀机的管路上设置有中高温换热器，所述中高温换热器与中高温储热单元连通，通过所述中高温换热器使所述中高温储热单元进行储热，所述储能膨胀机通向所述储能压缩机的管路上连接有低温换热器，所述低温换热器与低温储冷单元连通，通过所述低温换热器使所述低温储冷单元进行储冷；

释能机构，包括同轴连通的释能压缩机和释能膨胀机，所述释能膨胀机与发电单元连接，所述释能压缩机和所述释能膨胀机之间通过释能循环管路连通，所述释能压缩机通向所述释能膨胀机的释能循环管路经过所述中高温换热器，通过所述中高温换热器吸收所述中高温储热单元的热能；所述释能膨胀机通向所述释能压缩机的释能循环管路经过所述低温换热器，通过所述低温换热器吸收所述低温储冷单元的冷能。

可选地，所述释能压缩机通向所述释能膨胀机的释能循环管路上还连接有高温换热器，所述高温换热器与高温储热单元连通，通过所述高温换热器吸收所述高温储热单元的热能，所述高温储热单元内的热能来源于燃气电厂的燃烧室回收热能。

可选地，所述低温储冷单元包括：低温液体储罐和常温液体储罐，所述低温换热器的两端分别通过管道与所述低温液体储罐和所述常温液体储罐连通。

可选地，所述常温液体储罐通向所述低温液体储罐的管道上设置有余热散热器，通过所述余热散热器排散所述常温液体储罐内的热量。

可选地，所述中高温储热单元包括：一号中高温液体储罐和中温液体储罐，所述中高温换热器的两端分别通过管道与所述一号中高温液体储罐和所述中温液体储罐连通。

可选地，所述高温储热单元包括：高温液体储热罐和二号中高温液体储罐，所述高温换热器的两端分别通过管道与所述高温液体储热罐和所述二号中高温液体储罐连通。

可选地，还包括：蓄热换热器，所述高温储热单元的两端分别通过管道与所述高温液体储热罐和所述二号中高温液体储罐连通，所述蓄热换热器还与所述燃气电厂的燃烧室连通。

可选地，所述储能压缩机通向所述储能膨胀机的管道与所述释能压缩机通向所述释能膨胀机的管道，具有部分段采用同一根第一管道。

可选地，所述储能膨胀机通向所述储能压缩机的管道与所述释能膨胀机通向所述释能压缩机的管道，具有部分段采用同一根第二管道。

可选地，所述第一管道连通中间换热器的第一介质通道，第二管道连接中间换热器的第二介质通道。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的回热式热泵储电系统，在用电低谷时，将多余电能用于带动储能机构运转，通过储能机构的运转将电能转换为的热能收集在储热单元中，同时将电能转换为的冷能收集在储冷单元中；释能时，通过释能机构吸收储热单元中的热能，然后进行发电，从而补偿用电高峰时的电能，这个系统由于不需要设置大型存储空间，因此不受场所限制，能量密度较高。

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为本发明的实施例中提供的回热式热泵储电系统在储能时的介质流向示意图。

图2为本发明的实施例中提供的回热式热泵储电系统在释能时的介质流向示意图。

附图标记说明：

1、驱动机构；2、储能膨胀机；3、储能压缩机；4、低温换热器；5、中间换热器；6、中高温换热器；7、余热散热器；8、低温驱动泵；9、低温液体储罐；10、常温液体储罐；11、中高温驱动泵；12、中温液体储罐；13、一号中高温液体储罐；14、燃气电厂压缩机组；15、燃烧室；16、燃气电厂膨胀机组；17、发电机；18、蓄热驱动泵；19、蓄热换热器；20、第二高温驱动泵；21、二号中高温液体储罐；22、高温液体储热罐；23、第一高温驱动泵；24、释能压缩机；25、释能膨胀机；26、高温换热器；27、发电单元。

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，可以根据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。

本实施例提供的回热式热泵储电系统，可用于用电低谷时的储电，在用电高峰时进行放电，以平衡新能源发电不稳定的缺陷。

如图1、图2所示，为本实施例提供的一种回热式热泵储电系统的具体实施方式，包括：储能机构和释能机构。所述储能机构包括同轴连通的储能压缩机3和储能膨胀机2，所述储能压缩机3通过驱动机构1进行驱动，所述储能压缩机3和所述储能膨胀机2之间通过储能循环管路连通，所述储能压缩机3通向所述储能膨胀机2的管路上设置有中高温换热器6，所述中高温换热器6与中高温储热单元连通，通过所述中高温换热器6使所述中高温储热单元进行储热，所述储能膨胀机2通向所述储能压缩机3的管路上连接有低温换热器4，所述低温换热器4与低温储冷单元连通，通过所述低温换热器4使所述低温储冷单元进行储冷。

所述释能机构包括同轴连通的释能压缩机24和释能膨胀机25，所述释能膨胀机25与发电单元27连接，所述释能压缩机24和所述释能膨胀机25之间通过释能循环管路连通，所述释能压缩机24通向所述释能膨胀机25的释能循环管路经过所述中高温换热器6，通过所述中高温换热器6吸收所述中高温储热单元的热能；所述释能膨胀机25通向所述释能压缩机24的释能循环管路经过所述低温换热器4，通过所述低温换热器4吸收所述低温储冷单元的冷能。

本实施例提供的回热式热泵储电系统，在用电低谷时，将多余电能用于带动储能机构运转，通过储能机构的运转将电能转换为的热能收集在储热单元中，同时将电能转换为的冷能收集在储冷单元中；释能时，通过释能机构吸收储热单元中的热能，然后进行发电，从而补偿用电高峰时的电能，这个系统由于不需要设置大型存储空间，因此不受场所限制，能量密度较高。

如图2所示，本实施例提供的回热式热泵储电系统中，所述释能压缩机24通向所述释能膨胀机25的释能循环管路上还连接有高温换热器26，所述高温换热器26与高温储热单元连通，通过所述高温换热器26吸收所述高温储热单元的热能，所述高温储热单元内的热能来源于燃气电厂的燃烧室15回收热能。从而达到使回热式热泵储电系统与燃气电厂耦合，相互互补发电。

如图2所示，本实施例提供的回热式热泵储电系统中，所述释能膨胀机25通向所述释能压缩机24的释能循环管路上连接有低温换热器4，所述低温换热器4与低温储冷单元连通，通过所述低温换热器4使所述低温储冷单元进行吸热。通过所述低温换热器4吸收从释能膨胀机25流出的介质的余热。

如图1所示，本实施例提供的回热式热泵储电系统中，所述储能膨胀机2通向所述储能压缩机3的储能循环管路上连接有低温换热器4，所述低温换热器4与低温储冷单元连通，通过所述低温换热器4吸收所述低温储冷单元的热量。通过所述低温换热器4，用于对从储能膨胀机2流出的介质进行储冷，以提高储能压缩机3的效能。

如图1、图2所示，本实施例提供的回热式热泵储电系统中，所述低温储冷单元包括：低温液体储罐9和常温液体储罐10，所述低温换热器4的两端分别通过管道与所述低温液体储罐9和所述常温液体储罐10连通。从而，当所述低温液体储罐9和所述常温液体储罐10内的介质相互流动时，通过低温换热器4进行吸热或释热。进一步的，所述低温液体储罐9和所述常温液体储罐10之间的管道上，还可以设置低温驱动泵8，该低温驱动泵8为双向泵，可以驱动介质朝向低温液体储罐9或朝向常温液体储罐10方向进行流动。

如图1、图2所示，本实施例提供的回热式热泵储电系统中，所述常温液体储罐10通向所述低温液体储罐9的管道上设置有余热散热器7，当常温液体储罐10内的温度过高时，可以通过所述余热散热器7排散所述常温液体储罐10内的热量。

如图1、图2所示，本实施例提供的回热式热泵储电系统中，所述中高温储热单元包括：一号中高温液体储罐13和中温液体储罐12，所述中高温换热器6的两端分别通过管道与所述一号中高温液体储罐13和所述中温液体储罐12连通。进一步的，所述一号中高温液体储罐13和中温液体储罐12之间的管道上，还可以设置中高温驱动泵11，该中高温驱动泵11为双向泵，可以驱动介质朝向一号中高温液体储罐13或者朝向中温液体储罐12方向进行流动。

如图2所示，本实施例提供的回热式热泵储电系统中，所述高温储热单元包括：高温液体储热罐22和二号中高温液体储罐21，所述高温换热器26的两端分别通过管道与所述高温液体储热罐22和所述二号中高温液体储罐21连通。进一步的，所述高温液体储热罐22和二号中高温液体储罐21之间的管道上，还可以设置第一高温驱动泵23，该第一高温驱动泵23可以驱动介质从高温液体储热罐22朝向二号中高温液体储罐21方向进行流动。

如图1、图2所示，本实施例提供的回热式热泵储电系统中，还包括：蓄热换热器19，所述高温储热单元的两端分别通过管道与所述高温液体储热罐22和所述二号中高温液体储罐21连通，所述蓄热换热器19还与所述燃气电厂的燃烧室15连通。进一步的，连接所述蓄热换热器19的所述高温液体储热罐22和二号中高温液体储罐21之间的管道上，还可以设置第二高温驱动泵20，该第二高温驱动泵20可以驱动介质从二号中高温液体储罐21朝向高温液体储热罐22方向进行流动。

并且，在所述蓄热换热器19与燃气电厂的燃烧室15连通的管道上，还可以设置蓄热驱动泵18。通过该蓄热驱动泵18可以使管道内的介质循环流动，从而达到从燃烧室15内吸热换热的目的。

如图2所示，本实施例提供的回热式热泵储电系统中，所述燃气电厂的燃烧室15内通过燃烧燃气放出热能，燃气电厂压缩机组14将冲转介质通向燃烧室15，从而使冲转介质升温，然后流向燃气电厂膨胀机组16，燃气电厂膨胀机组16与发电机17连接，通过对燃气电厂膨胀机组16的冲转进行发电。同时燃气电厂膨胀机组16的转动还带动燃气电厂压缩机组14的转动，从而促进冲转介质的流动。

如图1、图2所示，本实施例提供的回热式热泵储电系统中，所述储能压缩机3通向所述储能膨胀机2的管道与所述释能压缩机24通向所述释能膨胀机25的管道，具有部分段采用同一根第一管道；所述储能膨胀机2通向所述储能压缩机3的管道与所述释能膨胀机25通向所述释能压缩机24的管道，具有部分段采用同一根第二管道；所述第一管道连通中间换热器5的第一介质通道，第二管道连接中间换热器5的第二介质通道。通过该设置，可以节省管道的布置，通过三通阀的切换可在储能阶段和释能阶段，使第一管道以及第二管道内的介质进行往复移动。

工作原理

如图1所示，在储能时，驱动机构1通过电能带动储能压缩机3转动，同时带动储能膨胀机2转动。介质通过储能压缩机3进行制热后通过管道朝向中高温换热器6流动，介质在中高温换热器6内进行放热，从而将热能存储在一号中高温液体储罐13内。介质从中高温换热器6输出后通过中间换热器5，然后进入储能膨胀机2进行释压。介质从储能膨胀机2输出后通过低温换热器4进行储冷，然后通过中间换热器5与进入储能膨胀机2的介质进行热交换，从而进一步的提高介质温度，最后进入到储能压缩机3内继续进行压缩制热。

如图2所示，在释能时，高温介质进入释能膨胀机25，从而对释能膨胀机25进行冲转，通过释能膨胀机25的转动带动发电单元27进行发电。同时，释能膨胀机25带动释能压缩机24转动，通过释能压缩机24的转动给介质加压，以促进管道内介质的流动。在此需要说明的时，由于释能压缩机24的压缩比大于释能膨胀机25的膨胀比，因此，通过释能膨胀机25的转动带动释能压缩机24的转动后，能够保证循环管道内的介质压力。高温介质在释能膨胀机25内冲转完成后，介质依次通过中间换热器5和低温换热器4，然后进入释能压缩机24内进行压缩。然后介质从释能压缩机24内流出后，依次经过中间换热器5、中高温换热器6和高温换热器26，以进行逐级升温，然后再进入释能膨胀机25进行冲转发电。

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。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种回热式热泵储电系统，其特征在于，包括：

储能机构，包括同轴连通的储能压缩机（3）和储能膨胀机（2），所述储能压缩机（3）通过驱动机构（1）进行驱动，所述储能压缩机（3）和所述储能膨胀机（2）之间通过储能循环管路连通，所述储能压缩机（3）通向所述储能膨胀机（2）的管路上设置有中高温换热器（6），所述中高温换热器（6）与中高温储热单元连通，通过所述中高温换热器（6）使所述中高温储热单元进行储热，所述储能膨胀机（2）通向所述储能压缩机（3）的管路上连接有低温换热器（4），所述低温换热器（4）与低温储冷单元连通，通过所述低温换热器（4）使所述低温储冷单元进行储冷；

释能机构，包括同轴连通的释能压缩机（24）和释能膨胀机（25），所述释能膨胀机（25）与发电单元（27）连接，所述释能压缩机（24）和所述释能膨胀机（25）之间通过释能循环管路连通，所述释能压缩机（24）通向所述释能膨胀机（25）的释能循环管路经过所述中高温换热器（6），通过所述中高温换热器（6）吸收所述中高温储热单元的热能；所述释能膨胀机（25）通向所述释能压缩机（24）的释能循环管路经过所述低温换热器（4），通过所述低温换热器（4）吸收所述低温储冷单元的冷能；所述释能压缩机（24）通向所述释能膨胀机（25）的释能循环管路上还连接有高温换热器（26），所述高温换热器（26）与高温储热单元连通，通过所述高温换热器（26）吸收所述高温储热单元的热能，所述高温储热单元内的热能来源于燃气电厂的燃烧室（15）回收热能；所述高温储热单元包括：高温液体储热罐（22）和二号中高温液体储罐（21），所述高温换热器（26）的两端分别通过管道与所述高温液体储热罐（22）和所述二号中高温液体储罐（21）连通；

蓄热换热器（19），所述高温储热单元的两端分别通过管道与所述高温液体储热罐（22）和所述二号中高温液体储罐（21）连通，所述蓄热换热器（19）还与所述燃气电厂的燃烧室（15）连通。

2.根据权利要求1所述的回热式热泵储电系统，其特征在于，所述低温储冷单元包括：低温液体储罐（9）和常温液体储罐（10），所述低温换热器（4）的两端分别通过管道与所述低温液体储罐（9）和所述常温液体储罐（10）连通。

3.根据权利要求2所述的回热式热泵储电系统，其特征在于，所述常温液体储罐（10）通向所述低温液体储罐（9）的管道上设置有余热散热器（7），通过所述余热散热器（7）排散所述常温液体储罐（10）内的热量。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的回热式热泵储电系统，其特征在于，所述中高温储热单元包括：一号中高温液体储罐（13）和中温液体储罐（12），所述中高温换热器（6）的两端分别通过管道与所述一号中高温液体储罐（13）和所述中温液体储罐（12）连通。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的回热式热泵储电系统，其特征在于，所述储能压缩机（3）通向所述储能膨胀机（2）的管道与所述释能压缩机（24）通向所述释能膨胀机（25）的管道，具有部分段采用同一根第一管道。

6.根据权利要求5所述的回热式热泵储电系统，其特征在于，所述储能膨胀机（2）通向所述储能压缩机（3）的管道与所述释能膨胀机（25）通向所述释能压缩机（24）的管道，具有部分段采用同一根第二管道。

7.根据权利要求6所述的回热式热泵储电系统，其特征在于，所述第一管道连通中间换热器（5）的第一介质通道，第二管道连接中间换热器（5）的第二介质通道。