CN116480431A - 一种热电联合储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热电联合储能系统，系统的压缩机、压缩侧换热器的气侧、储气装置、膨胀侧换热器的气侧与膨胀机依次串联构成空气通路；系统的电加热器的输出端、高温蓄热器、高温循环泵、膨胀侧换热器的管侧、热负荷、储气装置的热介质支路、低温蓄热器、低温循环泵、压缩侧换热器的管侧、中温蓄热器、中温循环泵及电加热器的输入端依次连接，构成循环热介质通路；储气装置、压缩侧换热器和膨胀侧换热器均用于实现循环热介质通路中的热介质和空气通路中的压缩空气的换热。利用电蓄热的方式提高系统内部热能的膨胀机进气温度，避免了压缩机耗功和膨胀机出力的相互制约，提高储能效率。

Description

一种热电联合储能系统
技术领域
本发明涉及能源技术领域，尤其涉及一种热电联合储能系统。
背景技术
以太阳能和风能为主体的可再生能源，具有天然的波动性和间歇性，因而，光伏和风电站的出力也是随天气状态波动和间歇的，这种电能的大容量、高比例并网会给电网带来严重的冲击，因而会受到并网容量限制，导致弃风光电的现象。作为一种新型的物理储能技术，压缩空气储能发电技术是一种高密度、长寿命、高效率、布置灵活的物理储能技术，能增加机组的调峰能力，并提高供电的可靠性。
现有工程实践中常用非补燃式的压缩空气储能技术，该技术中用于加热膨胀机进气温度的热源来自于压缩过程中回收的压缩热，从而可实现完全清洁无碳排。但是非补燃式的压缩空气储能系统，由于膨胀过程采用回收的压缩热，导致储能时的压缩机耗功和释能时的膨胀机出力相互制约，追求低耗功会导致压缩热品位过低而降低膨胀机出力，反之亦然，影响储能效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种热电联合储能系统，利用电蓄热的方式提高系统内部热能的膨胀机进气温度，避免了压缩机耗功和膨胀机出力的相互制约，提高储能效率。
本发明实施例提供一种热电联合储能系统，所述系统包括压缩机、压缩侧换热器、储气装置、膨胀侧换热器、膨胀机、低温蓄热器、低温循环泵、压缩侧换热器、中温蓄热器、中温循环泵、电加热器、高温蓄热器、高温循环泵、膨胀侧换热器和热负荷；
所述压缩机、所述压缩侧换热器的气侧、所述储气装置、所述膨胀侧换热器的气侧与所述膨胀机依次串联构成空气通路；
所述电加热器的输出端、所述高温蓄热器、所述高温循环泵、所述膨胀侧换热器的管侧、所述热负荷、所述储气装置的热介质支路、所述低温蓄热器、所述低温循环泵、所述压缩侧换热器的管侧、所述中温蓄热器、所述中温循环泵及所述电加热器的输入端依次连接，构成循环热介质通路；
所述储气装置、所述压缩侧换热器和所述膨胀侧换热器均用于实现所述循环热介质通路中的热介质和所述空气通路中的压缩空气的换热。
优选地，所述系统还包括控制阀；
所述控制阀与所述热负荷并路安装在所述循环热介质通路中；
所述控制阀控制所述循环热介质通路中的热介质是否经过所述热负荷。
作为一种优选方案，所述压缩机通过将环境空气压缩为预设气压的高压空气，并由所述空气通路将所述高压空气输送到所述压缩侧换热器；
所述压缩侧换热器将所述高压空气与所述循环热介质通路中的热介质进行换热降温，并将降温后的压缩气体输入到所述储气装置中存储，完成蓄气。
优选地，所述电加热器通过加热所述中温循环泵泵送的热介质，并将加热后的热介质存储到所述高温蓄热器中，完成蓄热。
作为一种优选方案，所述压缩机通过监测外部风光电站的负荷出力曲线控制运行；在负荷出力曲线不低于预设的第一阈值时，开始工作；在负荷出力曲线低于所述第一阈值时，停止工作；并根据负荷曲线功率按照设定比例调整运行功率。
优选地，所述电加热器根据风光电站的负荷出力曲线控制运行；当负荷出力曲线低于预设的第二阈值时，停止运行；当负荷出力曲线不低于所述第二阈值时，启动运行。
优选地，所述储气装置将存储的压缩空气经由所述空气通路释放至所述膨胀侧换热器中；
所述高温循环泵将所述高温蓄热器中存储的高温换热介质泵送至所述膨胀侧换热器；
所述膨胀侧换热器中的压缩空气与所述高温热介质进行换热，以使压缩空气升温膨胀，并将膨胀后的压缩气体输入到所述膨胀机中，驱动所述膨胀机的发电机做功发电。
作为上述方案的改进，所述膨胀侧换热器将放热后的热介质经由所述热负荷中对外供热降温，并将降温后的热介质输送到所述储气装置中预热空气。
作为上述方案的并列实施方案，所述膨胀侧换热器将放热后的热介质经由控制阀，将放热后的热介质直接输送到所述储气装置中预热空气。
优选地，所述循环热介质通路中的热介质具体为高温导热油。
本发明公开了一种热电联合储能系统，所述系统包括压缩机、压缩侧换热器、储气装置、膨胀侧换热器、膨胀机、低温蓄热器、低温循环泵、压缩侧换热器、中温蓄热器、中温循环泵、电加热器、高温蓄热器、高温循环泵、膨胀侧换热器和热负荷；压缩机、压缩侧换热器的气侧、储气装置、膨胀侧换热器的气侧与膨胀机依次串联构成空气通路；电加热器的输出端、高温蓄热器、高温循环泵、膨胀侧换热器的管侧、热负荷、储气装置的热介质支路、低温蓄热器、低温循环泵、压缩侧换热器的管侧、中温蓄热器、中温循环泵及电加热器的输入端依次连接，构成循环热介质通路；储气装置、压缩侧换热器和膨胀侧换热器均用于实现循环热介质通路中的热介质和空气通路中的压缩空气的换热。利用电蓄热的方式提高系统内部热能的膨胀机进气温度，避免了压缩机耗功和膨胀机出力的相互制约，提高储能效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种热电联合储能系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的风光电站负荷出力曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
本发明实施例提供一种热电联合储能系统，所述系统包括压缩机、压缩侧换热器、储气装置、膨胀侧换热器、膨胀机、低温蓄热器、低温循环泵、压缩侧换热器、中温蓄热器、中温循环泵、电加热器、高温蓄热器、高温循环泵、膨胀侧换热器和热负荷；
所述压缩机、所述压缩侧换热器的气侧、所述储气装置、所述膨胀侧换热器的气侧与所述膨胀机依次串联构成空气通路；
所述电加热器的输出端、所述高温蓄热器、所述高温循环泵、所述膨胀侧换热器的管侧、所述热负荷、所述储气装置的热介质支路、所述低温蓄热器、所述低温循环泵、所述压缩侧换热器的管侧、所述中温蓄热器、所述中温循环泵及所述电加热器的输入端依次连接，构成循环热介质通路；
所述储气装置、所述压缩侧换热器和所述膨胀侧换热器均用于实现所述循环热介质通路中的热介质和所述空气通路中的压缩空气的换热。
在本实施例具体实施时，参见图1，是本发明实施例提供的一种热电联合储能系统的结构示意图；
所述热点联合储能系统包括压缩机C、压缩侧换热器CHX、储气装置AS、膨胀侧换热器THX、膨胀机T、低温蓄热器LOT、低温循环泵LOP中温蓄热器MOT、中温循环泵MOP、电加热器EH、高温蓄热器HOT、高温循环泵HOP、热负荷HL；
压缩机C的压缩气体输入端连接外部环境，压缩机C的压缩气体输出端通过气路与压缩侧换热器CHX气侧的输入端连接，压缩侧换热器CHX气侧的输出端与储气装置AS气体输入端连接，储气装置AS气体输出端与膨胀侧换热器THX气侧的输入端连接，膨胀侧换热器THX气侧的输出端与膨胀机T的气体输入端连接，膨胀机T的气体输出端连接外部环境，由气路构成空气通路；
电加热器EH的热介质输出端与高温蓄热器HOT的输入端连接，高温蓄热器HOT的输出端与高温循环泵HOP的输入端连接，高温循环泵HOP的输出端与膨胀侧换热器THX管侧的输入端连接，膨胀侧换热器THX管侧的输出端与热负荷HL的输入端连接，热负荷HL的输出端与储气装置AS的热介质支路的输入端连接，储气装置AS的热介质支路的输出端与低温蓄热器LOT的输入端连接，低温蓄热器LOT的输出端与低温循环泵LOP的输入端连接，低温循环泵LOP的输出端与压缩侧换热器CHX管侧的输入端连接，压缩侧换热器CHX管侧的输出端与中温蓄热器MOT的输入端连接，中温蓄热器MOT的输出端与中温循环泵MOP的输入端连接，中温循环泵MOP的输出端与电加热器EH的热介质输入端连接，由管路构成循环热介质通路。
储气装置内部设置的热介质支路，满足热介质与储气装置内部存储的压缩空气换热需求。
所述压缩侧换热器和膨胀侧换热器能够实现气侧的压缩空气和管侧的热介质的换热需求。
本申请可实现热电联合存储及联合供应，利用电蓄热的方式提高系统内部热能的膨胀机进气温度，避免了压缩机耗功和膨胀机出力的相互制约，在较低压缩排气温度的条件下即可实现较高膨胀机进气温度，有助于降低压缩机技术难度和设备成本。
在本申请提供的又一实施例中，所述系统还包括控制阀；
所述控制阀与所述热负荷并路安装在所述循环热介质通路中；
所述控制阀控制所述循环热介质通路中的热介质是否经过所述热负荷。
在本实施例具体实施时，参见图1，所述热电联合储能系统还包括控制阀CV；控制阀CV的一端与热负荷HL的输入端连接，控制阀CV的另一端与热负荷HL的输出端连接；
控制阀CV与热负荷HL并路安装在所述循环热介质通路中；通过控制所述控制阀的闭合或开启，控制所述循环热介质通路中的热介质是否经过所述热负荷。
在本发明提供的又一实施例中，所述压缩机通过将环境空气压缩为预设气压的高压空气，并由所述空气通路将所述高压空气输送到所述压缩侧换热器；
所述压缩侧换热器将所述高压空气与所述循环热介质通路中的热介质进行换热降温，并将降温后的压缩气体输入到所述储气装置中存储，完成蓄气。
在本实施例具体实施时，热电联合储能系统运行在储能模式下时，来自风电、光伏电站的低品质波动电能进入热电联合储能系统，压缩机消纳基础负荷电能，通过调整压缩机进气流量、保证排气压力的方式运行，将环境空气压缩至高压，即2～20MPa区间内压力值，压缩机排气经压缩侧换热器CHX与蓄换热介质换热，降温后进入储气装置AS中存储，完成蓄气过程。
通过消耗风光机组的波动电能压缩空气，完成蓄气，并通过蓄气储能，在需要发电时再通过蓄气发电，完成储能和释放。
在本发明提供的又一实施例中，所述电加热器通过加热所述中温循环泵泵送的热介质，并将加热后的热介质存储到所述高温蓄热器中，完成蓄热。
在本实施例具体实施时，热电联合储能系统运行在储能模式下时，所述电加热器EH消耗尖峰负荷来继续加热由中温循环泵MOT泵送而来的中温蓄换热介质，随后存储进入高温蓄热器HOT中，储能模式完成。
通过消耗风光机组的尖峰负荷加热热介质，并通过热介质储能，在需要发电时再通过热介质导热，完成储能和释放。
在本发明提供的又一实施例中，所述压缩机通过监测外部风光电站的负荷出力曲线控制运行；在负荷出力曲线不低于第一阈值时，开始工作；在负荷曲线低于所述第一阈值时，停止工作；并根据负荷曲线功率按照设定比例调整运行功率。
在本实施例具体实施时，储能模式中，压缩机C根据基础负荷曲线调整运行功率，在负荷出力曲线不低于第一阈值时，开始工作；在负荷出力曲线低于所述第一阈值时，停止工作；并根据负荷曲线功率按照设定比例调整运行功率。
第一阈值可根据外部的风光电站运行具体设置，可设置为波动电能的平均值，可预设为20MW，以消纳风光电站低品质的波动电能，将其转化为压缩空气的内能。在其他实施例中，第一阈值可设置为其他值。
通过压缩机监控负荷曲线，控制储能模型运行，实现基础负荷的跟随存储，有助于促进压缩空气储能在风光电站中的应用。
在本发明提供的又一实施例中，所述电加热器根据风光电站的负荷出力曲线控制运行；当负荷出力曲线低于预设的第二阈值时，停止运行；当负荷出力曲线不低于所述第二阈值时，启动运行。
在本实施例具体实施时，电加热器跟踪尖峰负荷出力曲线运行，参见图2，是本发明实施例提供的风光电站负荷出力曲线图，所述图中以28MW将负荷出力划分为尖峰负荷区域和基础负荷区域，负荷出力功率低于28MW时，出于基础负荷区域；负荷出力功率不低于28MW时，进入尖峰负荷区域；
在本实施例中，第二阈值设置为28MW，以使电加热器跟踪尖峰负荷出力。在其他实施例中，第二阈值可设置为其他值。
电加热器根据风光电站的负荷出力曲线控制运行；当负荷出力曲线未进入尖峰负荷区域时，停止运行；当负荷出力曲线进入尖峰负荷区域时，启动运行。
通过电加热器实现尖峰负荷的跟随存储，有助于促进压缩空气储能在风光电站中的应用。
在本发明提供的又一实施例中，所述储气装置将存储的压缩空气经由所述空气通路释放至所述膨胀侧换热器中；
所述高温循环泵将所述高温蓄热器中存储的高温换热介质泵送至所述膨胀侧换热器；
所述膨胀侧换热器中的压缩空气与所述高温热介质进行换热，以使压缩空气升温膨胀，并将膨胀后的压缩气体输入到所述膨胀机中，驱动所述膨胀机的发电机做功发电。
在本实施例具体实施时，热电联合储能系统运行在发电模式下时，
储气装置AS释放存储的压缩空气进入膨胀侧换热器THX；
高温循环泵HOP则将高温蓄热器HOT中存储的高温换热介质泵送至膨胀侧换热器THX；
膨胀侧换热器THX中的压缩空气与高温热介质进行换热，吸热后的压缩空气进入膨胀机T中膨胀做功，驱动发电机稳定发电对外输出。
通过储气装置存储的压缩气体，以及高温蓄热器存储的高温换热介质，能够用于发电，通过需要消耗尖峰负荷存储能量，在低谷时进行发电，提高电能利用效率，输出平稳电力。
在本发明提供的又一实施例中，所述膨胀侧换热器将放热后的热介质经由所述热负荷中对外供热降温，并将降温后的热介质输送到所述储气装置中预热空气。
在本实施例具体实施时，放热后的热介质，经由循环热介质通路输送到热负荷HL中；
当存在外部用热需求时，热介质通过热负荷HL对外供热；
当外部无用热需求，则采用循环水冷却塔对通过热负荷HL的热介质进行降温，以控制进入储气装置AS及返回低温蓄热器LOT的温度。
通过热负荷能够提高热量的利用效率，避免能量流失，也能降低返回储气装置和低温蓄热器的热介质的温度，提高系统运行稳定性。
在本发明提供的又一实施例中，所述膨胀侧换热器将放热后的热介质经由控制阀，将放热后的热介质直接输送到所述储气装置中预热空气。
在本实施例具体实施时，作为上一实施例的并列实施方法，若储气装置AS的内部温度需要大幅提升，可通过开启控制阀CV，通过支路直接将未经过热负荷HL降温的较高温度的热介质直接引入储气装置AS中预热空气。
在本发明提供的又一实施例中，所述循环热介质通路中的热介质具体为高温导热油。
在本实施例具体实施时，采用高温导热油作为循环热介质通路中的热介质，能够实现优良的导热性能，提高热电联合储能系统效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热电联合储能系统，其特征在于，所述系统包括压缩机、压缩侧换热器、储气装置、膨胀侧换热器、膨胀机、低温蓄热器、低温循环泵、压缩侧换热器、中温蓄热器、中温循环泵、电加热器、高温蓄热器、高温循环泵、膨胀侧换热器和热负荷；
所述压缩机、所述压缩侧换热器的气侧、所述储气装置、所述膨胀侧换热器的气侧与所述膨胀机依次串联构成空气通路；
所述电加热器的输出端、所述高温蓄热器、所述高温循环泵、所述膨胀侧换热器的管侧、所述热负荷、所述储气装置的热介质支路、所述低温蓄热器、所述低温循环泵、所述压缩侧换热器的管侧、所述中温蓄热器、所述中温循环泵及所述电加热器的输入端依次连接，构成循环热介质通路；
所述储气装置、所述压缩侧换热器和所述膨胀侧换热器均用于实现所述循环热介质通路中的热介质和所述空气通路中的压缩空气的换热。
2.如权利要求1所述的热电联合储能系统，其特征在于，所述系统还包括控制阀；
所述控制阀与所述热负荷并路安装在所述循环热介质通路中；
所述控制阀控制所述循环热介质通路中的热介质是否经过所述热负荷。
3.如权利要求1所述的热电联合储能系统，其特征在于，所述压缩机通过将环境空气压缩为预设气压的高压空气，并由所述空气通路将所述高压空气输送到所述压缩侧换热器；
所述压缩侧换热器将所述高压空气与所述循环热介质通路中的热介质进行换热降温，并将降温后的压缩气体输入到所述储气装置中存储，完成蓄气。
4.如权利要求1所述的热电联合储能系统，其特征在于，所述电加热器通过加热所述中温循环泵泵送的热介质，并将加热后的热介质存储到所述高温蓄热器中，完成蓄热。
5.如权利要求1所述的热电联合储能系统，其特征在于，所述压缩机通过监测外部风光电站的负荷出力曲线控制运行；在负荷出力曲线不低于预设的第一阈值时，开始工作；在负荷出力曲线低于所述第一阈值时，停止工作；并根据负荷曲线功率按照设定比例调整运行功率。
6.如权利要求1所述的热电联合储能系统，其特征在于，所述电加热器根据风光电站的负荷出力曲线控制运行；当负荷出力曲线低于预设的第二阈值时，停止运行；当负荷出力曲线不低于所述第二阈值时，启动运行。
7.如权利要求1所述的热电联合储能系统，其特征在于，所述储气装置将存储的压缩空气经由所述空气通路释放至所述膨胀侧换热器中；
所述高温循环泵将所述高温蓄热器中存储的高温换热介质泵送至所述膨胀侧换热器；
所述膨胀侧换热器中的压缩空气与所述高温热介质进行换热，以使压缩空气升温膨胀，并将膨胀后的压缩气体输入到所述膨胀机中，驱动所述膨胀机的发电机做功发电。
8.如权利要求7所述的热电联合储能系统，其特征在于，所述膨胀侧换热器将放热后的热介质经由所述热负荷中对外供热降温，并将降温后的热介质输送到所述储气装置中预热空气。
9.如权利要求7所述的热电联合储能系统，其特征在于，所述膨胀侧换热器将放热后的热介质经由控制阀，将放热后的热介质直接输送到所述储气装置中预热空气。
10.如权利要求1所述的热电联合储能系统，其特征在于，所述循环热介质通路中的热介质具体为高温导热油。
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