CN115654768A - 一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，包括工作介质回路、储热介质回路、吸收式制冷回路和喷射式制冷回路，系统在储能和释能过程中无需额外能量；耦合了吸收式制冷和喷射式制冷，可向用户提高冷量，并布置有多个换热器，可向用户提高热量，同时能满足用户供冷、供热、供电等多方面的需求，适用范围广；透平和压缩机多级布置，且其后均布置有换热器，提高透平效率的同时也提高了换热器的效率；系统中多个回路可根据实际需要灵活布置。本发明的系统可实现冷、热、电三联产，具有运行条件简单，能量转化率高，对地理条件需求小等优点，可实现较高的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于储能技术领域，特别涉及一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统。
背景技术
从古至今，人类社会的一切活动都离不开能源，从衣食住行到文化娱乐，都要直接或间接地消耗一定数量的能源，随着生产生活方式的转变和工业的发展，能源需求量也逐年增大。在能源需求量呈现峰谷变化和风电、光伏等可再生能源具有随机性、间歇性和波动性等特点的大背景下，储能技术备受世界各国关注。
储能系统可通过对电能在时间维度上的调度实现削峰填谷，有效解决供电生产的连续性和用电需求的间断性之间的矛盾，实现电力在发电侧、电网侧以及用户侧的稳定运行，同时也有利于可再生能源的并网调配。当前储能系统主要有物理储能(抽水蓄能、压缩气体储能、飞轮储能等)、化学储能(铅酸电池、氧化还原液流电池、锂离子电池等)和电磁储能(超导电磁储能、超级电容器储能等)。物理存储容量大、寿命长，但选址较依赖地理条件，设备小型化困难；化学存储结构简单，响应较快，但寿命较短，且安全可靠性较低；电磁存储充放电快、循环次数多，但投资成本大，且具有一定的自放电损耗。同时，目前的储能系统功能较为单一，无法满足用户对热量、冷量等需求。
因此，亟需开发一种结构简单，对地理条件需求小，能同时满足用户多种需求的储能系统。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，能同时满足用户对冷量、热量以及电能的多种需求，可实现能量的综合高效利用，具有结构简单、能量存储量大、能量转换效率高等优点。
本发明采用如下技术方案来实现：
一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，包括储气装置、压缩机、储液装置、透平、蒸发器、储热罐和储冷罐；
储气装置中储存有气态工作介质，在储能过程中，工作介质从储气装置流出后，经由待储存的电能驱动的压缩机压缩成高温高压气体，后等压降温为液体并存储于储液装置；在释能过程中，液态工作介质从储液装置流出，等压升温成气态，在透平中膨胀做功，透平带动发电机发电，经过透平后工作介质重新回到储气装置，由此构成工作介质回路；
储冷罐中储存有温度较低的储热介质，在储能过程中，储热介质从储冷罐出口流出，与压缩机出口的高温高压工作介质进行换热，吸收工作介质热量后转化为温度较高的储热介质并储存于储热罐；在释能过程中，储热介质从储热罐出口流出，与进入透平的工作介质进行换热，将热量传递给工作介质后转化为温度较低的储热介质并重新回到储冷罐，由此构成储热介质回路。
本发明进一步的改进在于，压缩机采用多级布置，在压缩机级后均布置有换热器。
本发明进一步的改进在于，透平采用多级同轴布置，在透平级前均布置有换热器，第一级换热器用于将液态工作介质蒸发成气态，其余换热器用于提高了透平进口工作介质温度，。
本发明进一步的改进在于，在储热介质回路中，从前几级透平前的换热器流出的储能介质直接进入储冷罐，从后几级透平前的换热器流出的储能介质进入同一管路并进入供热换热器，利用储热介质的余热向用户供热，经过供热换热器后回到储冷罐。
本发明进一步的改进在于，在储热介质回路中，储热罐与透平前换热器之间布置有吸收式制冷回路，用以满足用户对冷量的需求。
本发明进一步的改进在于，在储热介质回路中，在储热罐和透平前的换热器之间布置有吸收式制冷的发生器，储热罐中的储热介质为吸收式制冷的工作热源，提供吸收式制冷回路中制冷剂蒸发所需要的热量。
本发明进一步的改进在于，在吸收式制冷回路中，在发生器与蒸发器之间布置有换热器。
本发明进一步的改进在于，在工作介质回路中，最后一级透平和储气装置之间布置有喷射式制冷回路，用以进一步满足用户对冷量的需求。
本发明进一步的改进在于，工作介质为氨气或二氧化碳。
本发明进一步的改进在于，储热介质为导热油；
工作介质回路中，在最后一级透平和储气装置之间布置有喷射式制冷的蒸汽发生器，经过透平后的工作介质作为喷射式制冷的工作热源，提供喷射式制冷回路中制冷剂蒸发所需要的热量；
在工作介质回路中，在蒸汽发生器和储气装置之间布置有换热器，利用从蒸汽发生器流出工作介质的余热为用户供热，进一步提高能量的利用率并提高系统的供热量。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
1、本发明一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，通过引入储热介质回路，将工作介质压缩过程中的压缩热加以储存，并用于将工作介质加热为气态、为吸收式制冷回路提供工作热源，喷射式制冷回路所需的工作热源为经过透平后的工作介质，系统在储能过程中只需提供要存储的电能，在释能过程中所需的热量完全由储热介质提供，无需额外的能量，系统运行条件简单。
2、本发明一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，储能系统中同时耦合了吸收式制冷和喷射式制冷，可向用户提供冷量；除从第一级透平前换热器流出的储热介质直接流入储冷罐，其余各级透平前换热器流出的储热介质汇入同一管路并经过换热器向用户供热后再回到储冷罐；蒸汽发生器与储气装置之间布置有换热器，利用工作介质的余热向用户供热。本发明的储能系统可充分利用工作介质、储热介质的热量，能量利用率高，整体系统效率高，同时可满足用户供冷、供热、供电等多方面的需求，适用范围广。
3、本发明一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，压缩机采用多级布置，透平采用多级同轴布置。在压缩机级后均布置有换热器，将工作介质的热量传递给储热介质，不仅降低了将工作介质压缩到相同压力所需要的功，在消耗相同电能的情况下能压缩更多的气体，同时相比单换热器而言，多换热器的模式换热效率更高；在透平级前均布置有换热器，除第一级透平前换热器用于将液态工作介质加热为气态，其余换热器起到再热的作用，在提高透平效率的同时也提高了换热器的效率。压缩机多级布置，透平多级同轴布置与多级换热使工作介质回路与储热介质回路之间的热量交换量更大，系统储能和释能的效率高。
4、本发明一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，系统包括工作介质回路、储热介质回路、吸收式制冷回路和喷射式制冷回路，各回路设备可根据实际需要进行灵活布置，系统对地理条件的需求小。
附图说明
图1为本发明提出的一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统结构示意图。
附图标记说明：
1、储气装置；2、第一级压缩机；3、第二级压缩机；4、第三级压缩机；5、第一换热器；6、第二换热器；7、第三换热器；8、第一冷凝器；9、储液装置；10、第一级透平；11、第二级透平；12、第三级透平；13、第四换热器；14、第五换热器；15、第六换热器；16、蒸汽发生器；17、第七换热器；18、储热罐；19、发生器；20、第八换热器；21、第一节流阀；22、第一蒸发器；23、吸收器；24、溶液泵；25、第二节流阀；26、第九换热器；27、第十换热器；28、储冷罐；29、第二冷凝器；30、第三节流阀；31、第二蒸发器；32、喷射器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例的一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，工作介质为二氧化碳，储能介质为导热油，吸收式制冷介质为氨水，喷射式制冷介质为水。其中包括：二氧化碳回路组件、导热油回路组件、吸收式制冷回路组件、喷射式制冷回路组件。
所述二氧化碳回路组件具体包括：
储气装置1出口与第一级压缩机2进口相连通，第一级压缩机2进口与第一换热器5第一流道进口相连通，第一换热器3第一流道出口与第二级压缩机3进口相连通，第二级压缩机3出口与第二换热器6第一流道进口相连通，第二换热器6第一流道出口与第三级压缩机4进口相连通，第三级压缩机4出口与第三换热器7第一流道进口相连通，第三换热器7第一流道出口与第一冷凝器8进口相连通，第一冷凝器8出口与储液装置9进口相连通，储液装置9出口与第四换热器13第二流道进口相连通，第四换热器13第二流道出口与第一级透平10进口相连通，第一级透平10出口与第五换热器14第二流道进口相连通，第五换热器14第二流道出口与第二级透平11进口相连通，第二级透平11出口与第六换热器15第二流道进口相连通，第六换热器15第二流道出口与第三级透平12进口相连通，第三级透平12出口与蒸汽发生器16第二流道进口相连通，蒸汽发生器16第二流道出口与第七换热器17第一流道进口相连通，第七换热器17第一流道出口与储气装置1进口相连通。
所述导热油回路组件具体包括：
储热罐18出口与发生器19第一流道进口相连通，发生器19第一流道出口与第四换热器13、第五换热器14、第六换热器15第一流道进口均连通，第四换热器13第一流道出口与储冷罐27进口相连通，第五换热器14、第六换热器15第一流道出口与第十换热器27第二流道进口均连通，第十换热器27第二流道出口与储冷罐28进口相连通，储冷罐28出口与第一换热器5、第二换热器6第三换热器7第二流道进口均连通，第一换热器5、第二换热器6第三换热器7第二流道出口与储热罐18进口均连通。
所述吸收式制冷回路组件具体包括：
发生器19第二流道出口与第九换热器26第一流道进口和第八换热器20第二流道进口相连通，第九换热器26第一流道出口与吸收器23进口相连通，第八换热器20第二流道出口与第一蒸发器22第二流道进口相连通，第一蒸发器22第二流道出口与吸收器23进口相连通，吸收器23出口与溶液泵24进口相连通，溶液泵24出口与第九换热器26第二流道进口相连通，第九换热器26第二流道出口与发生器19第二流道进口相连通。
所述喷射式制冷回路组件具体包括：
第二冷凝器29出口与第二蒸发器31第一流道进口和蒸汽发生器16第一流道进口均连通，第二蒸发器31第一流道出口与喷射器32混合室进口相连通，蒸汽发生器16第一流道出口与喷射器32喷嘴进口相连通，喷射器32扩压室出口与第二冷凝器29进口相连通。
所述第八换热器20第二流道出口与第一蒸发器22第二流道进口之间设置有第一节流阀21。
所述第九换热器26第一流道出口与吸收器23进口之间设置有第二节流阀25。
所述第二冷凝器29出口与第二蒸发器31第一流道进口之间设置有第三节流阀30。
本发明实施例的一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，该系统包括储能过程和释能过程，具体包括一下步骤：
在储能过程中，气态二氧化碳从储气装置1中流出，依次进入多级压缩机2、3、4中进行压缩，在各级压缩机后分别布置有换热器5、6、7，将二氧化碳的热量传递至导热油，随后经过冷凝器8等压降温冷凝至液态并储存于储液装置9，储冷罐28中储存有温度较低的导热油，经换热器5、6、7后温度升高并存储于储热罐28，至此完成储能过程。
在释能过程中，液态二氧化碳从储液装置9中流出，在第四换热器13中吸收来自导热油的热量汽化后进入第一级透平10膨胀做功，并依次经过第五换热器14、第二级透平11、第六换热器15和第三级透平12，第五换热器14和第六换热器15起到再热作用，经过透平级后流入蒸汽发生器16为喷射式制冷提供工作热源，从蒸汽发生器16流出后进入第七换热器17向用户供热，最终回到储气装置1。
在导热油回路中，高温导热油从储热罐18流出，经过发生器19后进入第四换热器13、第五换热器14和第六换热器15，由于在第四换热器13中需将低温二氧化碳液态汽化，其出口导热油温度较低，因此导热油从第四换热器13流出后直接回到储冷罐28，而第五换热器14和第六换热器15起再热作用，其出口导热油仍具有一定的温度，因此导热油从第五换热器14和第六换热器15流出口汇入同一管道，在第十换热器27中向用户供热后再回到储冷罐28。
在吸收式制冷回路中，在发生器19中吸收来自导热油的热量，氨水溶液中的氨蒸发为氨蒸气，进入第八换热器20中冷凝为液态，同时利用冷凝过程中释放的热量向用户供热，液态氨从第八换热器20中流出后经过第一节流阀21重新降压至蒸发压力，并进入第一蒸发器22中吸收用户端的热量，向用户供冷，并激化为氨蒸气；发生器19中经发生过程后剩余的氨水溶液经第九换热器26和第二节流阀25后降至蒸发压力并进入吸收器，吸收从第一蒸发器22流出的低压氨蒸气后恢复至初始浓度，依次经溶液泵24和第九换热器26后回到发生器19，由此完成吸收式制冷回路。
在喷射式制冷回路中，液态水从第二冷凝器29流出后，一部分进入蒸汽发生器16吸收二氧化碳气体的热量并转化为高温蒸汽，之后进入喷射器32的喷嘴绝热膨胀，并在喷嘴出口形成局部低压区；另一部分经过第三节流阀30降压后进入第二蒸发器31，在第二蒸发器31中吸收用户端热量并转化为低压水蒸气，同时受到喷嘴出口低压区的抽吸作用，低压水蒸气被吸至喷射器中混合室，最后从扩压室中喷出并回到第二冷凝器29中重新转化为液态水，由此完成喷射式制冷回路。
本储能系统通过引入导热油回路，将储能时二氧化碳压缩过程中的压缩热加以储存，并用于在释能过程中将二氧化碳加热为气态、为吸收式制冷回路提供工作热源，喷射式制冷回路所需的工作热源为经过透平后人具有一定温度的二氧化碳气体，系统在储能过程中只需提供要存储的电能，在释能过程中所需的热量完全由导热油提供，无需额外的能量；系统通过透平带动发电机以向用户提供电能，通过第七换热器17、第八换热器20和第十换热器27向用户提供热量，通过第一蒸发器22和第二蒸发器31向用户提供冷量，由此实现系统冷热电三联产，满足用户多方面的需求；同时系统多个回路可灵活布置，减少了地理条件的限制。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上仅对本发明的实施例加以说明，但并不能作为本发明的全部保护范围，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，其特征在于，包括储气装置、压缩机、储液装置、透平、蒸发器、储热罐和储冷罐；
储气装置中储存有气态工作介质，在储能过程中，工作介质从储气装置流出后，经由待储存的电能驱动的压缩机压缩成高温高压气体，后等压降温为液体并存储于储液装置；在释能过程中，液态工作介质从储液装置流出，等压升温成气态，在透平中膨胀做功，透平带动发电机发电，经过透平后工作介质重新回到储气装置，由此构成工作介质回路；
储冷罐中储存有温度较低的储热介质，在储能过程中，储热介质从储冷罐出口流出，与压缩机出口的高温高压工作介质进行换热，吸收工作介质热量后转化为温度较高的储热介质并储存于储热罐；在释能过程中，储热介质从储热罐出口流出，与进入透平的工作介质进行换热，将热量传递给工作介质后转化为温度较低的储热介质并重新回到储冷罐，由此构成储热介质回路。
2.根据权利要求1所述的一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，其特征在于，压缩机采用多级布置，在压缩机级后均布置有换热器。
3.根据权利要求1所述的一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，其特征在于，透平采用多级同轴布置，在透平级前均布置有换热器，第一级换热器用于将液态工作介质蒸发成气态，其余换热器用于提高了透平进口工作介质温度，。
4.根据权利要求1所述的一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，其特征在于，在储热介质回路中，从前几级透平前的换热器流出的储能介质直接进入储冷罐，从后几级透平前的换热器流出的储能介质进入同一管路并进入供热换热器，利用储热介质的余热向用户供热，经过供热换热器后回到储冷罐。
5.根据权利要求1所述的一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，其特征在于，在储热介质回路中，储热罐与透平前换热器之间布置有吸收式制冷回路，用以满足用户对冷量的需求。
6.根据权利要求1所述的一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，其特征在于，在储热介质回路中，在储热罐和透平前的换热器之间布置有吸收式制冷的发生器，储热罐中的储热介质为吸收式制冷的工作热源，提供吸收式制冷回路中制冷剂蒸发所需要的热量。
7.根据权利要求1所述的一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，其特征在于，在吸收式制冷回路中，在发生器与蒸发器之间布置有换热器。
8.根据权利要求1所述的一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，其特征在于，在工作介质回路中，最后一级透平和储气装置之间布置有喷射式制冷回路，用以进一步满足用户对冷量的需求。
9.根据权利要求1所述的一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，其特征在于，工作介质为氨气或二氧化碳。
10.根据权利要求1所述的一种利用压缩热的冷热电三联产储能系统，其特征在于，储热介质为导热油；
工作介质回路中，在最后一级透平和储气装置之间布置有喷射式制冷的蒸汽发生器，经过透平后的工作介质作为喷射式制冷的工作热源，提供喷射式制冷回路中制冷剂蒸发所需要的热量；
在工作介质回路中，在蒸汽发生器和储气装置之间布置有换热器，利用从蒸汽发生器流出工作介质的余热为用户供热，进一步提高能量的利用率并提高系统的供热量。
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|---|---|---|---|---|
| CN117433248A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-01-23 | 河北建投国融能源服务有限公司 | 基于压缩热分级存储的液态空气储能热电联供系统及方法 |
| CN118310074A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-07-09 | 浙江大学 | 供热与余热利用耦合的压气蓄能系统及其运行方法 |
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2022
- 2022-10-19 CN CN202211281857.6A patent/CN115654768A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117433248A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-01-23 | 河北建投国融能源服务有限公司 | 基于压缩热分级存储的液态空气储能热电联供系统及方法 |
| CN118310074A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-07-09 | 浙江大学 | 供热与余热利用耦合的压气蓄能系统及其运行方法 |
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