CN116641768A - 混合储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合储能系统，所述混合储能系统包括热泵储电系统和冷能利用系统，热泵储电系统包括压缩机、熔盐换热器、第一回热器、冷媒换热器、熔盐罐、冷媒罐、第一发电机和第一透平，熔盐罐与熔盐换热器之间形成第一换热回路，冷媒罐与冷媒换热器之间形成第二换热回路，冷能利用系统包括天然气罐、第一换热器、第二透平和第二发电机，第一换热器具有第一换热口、第二换热口、第三换热口和第四换热口，第一换热口和第二换热口分别与冷媒罐的上分配口和下分配口相连，第三换热口与天然气罐相连，第四换热口与第二透平相连，第二透平与第二发电机相连以驱动第二发电机发电。本发明解决了热泵储电系统的储冷量与储热量不匹配的问题。

Description

混合储能系统

技术领域

本发明涉及热泵储电的技术领域，更具体地，涉及一种混合储能系统。

背景技术

在相关技术中，热泵储电系统为热泵式交替储能供电，其包括储能供热模式和供电供热模式，其特征在于通过两套蓄热系统分别在储能供热和供电供热模式下交替储能与释能达到储能与供电的作用。

在采用储能供热模式时,常温工作介质通过第一蓄热系统等压吸热后,经过压缩机绝热压缩,再通过第二蓄热系统等压放热,后进入透平绝热膨胀对外做功,最后作为暖气源供应释放到外界。其装置则沿工作气体的走向依次串联有进气装置、第一换热器、第一蓄热系统、压缩机、第二换热器、第二蓄热系统、透平和出气装置。

在采用供热供电模式时，常温工作介质经过压缩机绝热压缩后,通过第二蓄热系统进行等压吸热,然后进入透平绝热膨胀对外做功,然后通过第一蓄热系统进行等压放热,最后作为暖气源供应释放到外界，在此过程中净输出的功用于供电。

现有的技术方案通过常温工作介质在储能(储电)时的循环模式是：压缩-放热(通过第二蓄热体)-膨胀做功-供暖-吸热(通过第一蓄热体)。其供电时的循环模式是：压缩-吸热(通过第二蓄热体)-膨胀做功-放热(通过第一蓄热体)-供暖。

在储能循环模式下，如果采用单罐储能则不能完全储满热量和冷量，如果采用双罐储能，可储满热量和冷量，但是储能密度减小、占地面积增加；蓄热体中会出现高温介质和低温介质的掺混，造成能量损失。

在供电循环模式下，为了维持作为高温热源的第二蓄热体和作为低温热源的第一蓄热体的温差和能量转换效率，需提高第二蓄热体的温度。系统为开式循环，当循环工质为氦气、氩气等气体时不适用，且现有技术方案没有考虑发电循环的直接余热利用和系统运行稳定问题，未考虑由于循环不可逆损失导致的储冷量和储热量的不匹配，未考虑功率调节。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种混合储能系统，该混合储能系统通过热泵储电系统和冷能利用系统及其联合方式，提高了热泵储电系统和冷能利用系统的效率，实现了梯级利用液化天然气冷能、覆盖低温天然气宽温度范围的冷能，混合储能发电的方式提高了混合储能系统的峰功率和发电量，从而提高混合储能系统的效率、储能密度、安全性和经济性，实现了一种清洁低碳安全高效的混合储能系统。

根据本发明实施例的混合储能系统包括：热泵储电系统，所述热泵储电系统包括压缩机、熔盐换热器、第一回热器、冷媒换热器、熔盐罐、冷媒罐、第一发电机和第一透平；所述压缩机、所述熔盐换热器、所述第一回热器、所述第一透平、所述冷媒换热器、所述第一回热器和所述压缩机依次连通以形成第一循环回路；所述压缩机、所述第一回热器、所述熔盐换热器、所述第一透平、所述第一回热器、所述冷媒换热器和所述压缩机依次连通以形成第二循环回路；所述熔盐罐内适于储存熔盐，所述熔盐罐与所述熔盐换热器之间形成第一换热回路，所述冷媒罐内适于储存冷媒，所述冷媒罐与所述冷媒换热器之间形成第二换热回路，所述第一透平与所述第一发电机相连以驱动所述第一发电机发电；冷能利用系统，所述冷能利用系统包括天然气罐、第一换热器、第二透平和第二发电机；所述第一换热器具有第一换热口、第二换热口、第三换热口和第四换热口，所述第一换热口和所述第二换热口分别与所述冷媒罐的上分配口和下分配口相连，所述第三换热口与所述天然气罐相连，所述第四换热口与所述第二透平相连，所述第二透平与所述第二发电机相连以驱动所述第二发电机发电。

根据本发明实施例的混合储能系统通过热泵储电系统和冷能利用系统及其联合方式，提高了热泵储电系统和冷能利用系统的效率，实现了梯级利用液化天然气冷能、覆盖低温天然气宽温度范围的冷能，混合储能发电的方式提高了混合储能系统的峰功率和发电量，从而提高混合储能系统的效率、储能密度、安全性和经济性，实现了一种清洁低碳安全高效的混合储能系统。

在一些实施例中，所述的混合储能系统还包括第一换向阀和第二换向阀，所述压缩机具有第一压缩口和第二压缩口，所述第一换向阀具有第一换向口、第二换向口、第三换向口和第四换向口，所述熔盐换热器具有第一熔盐口、第二熔盐口、第三熔盐口和第四熔盐口，所述第一回热器具有第一回热口、第二回热口、第三回热口和第四回热口，所述第一透平具有第一透平口和第二透平口，所述第二换向阀具有第五换向口、第六换向口、第七换向口和第八换向口，所述冷媒换热器具有第一冷媒口、第二冷媒口、第三冷媒口和第四冷媒口，所述熔盐罐上设有熔盐上分配器和熔盐下分配器，所述冷媒罐上设有冷媒上分配器和冷媒下分配器；所述第一压缩口与所述第一换向口相连，所述第二换向口与所述第二熔盐口相连，所述第三换向口与所述第一透平口相连，所述第四换向口与所述第一回热口相连；所述第二透平口与所述第五换向口相连，所述第六换向口与所述第四回热口相连，所述第七换向口与所述第二压缩口相连，所述第八换向口与所述第三冷媒口相连；所述第一熔盐口与所述熔盐上分配器相连，所述第三熔盐口与所述熔盐下分配器相连，所述第四熔盐口与所述第二回热口相连；所述第三回热口与所述第一冷媒口相连，所述第二冷媒口与所述冷媒上分配器相连，所述第四冷媒口与所述冷媒下分配器相连。

在一些实施例中，所述的混合储能系统还包括高温熔盐泵、低温熔盐泵、高温冷媒泵和低温冷媒泵；所述高温熔盐泵设在所述熔盐上分配器与所述第一熔盐口之间，所述低温熔盐泵设在所述熔盐下分配器与所述第三熔盐口之间；所述高温冷媒泵设在所述冷媒上分配器与所述第三冷媒口之间，所述低温冻液泵设在所述冷媒下分配器与所述第四冷媒口。

在一些实施例中，所述的混合储能系统还包括阀门和多个支管，所述阀门包括第一子阀、第二子阀、第三子阀、第四子阀、第五子阀、第六子阀、第七子阀和第八子阀；所述第一子阀设在所述高温熔盐泵与所述熔盐上分配器之间，一个所述支管并联在所述第一子阀和所述高温熔盐泵的两端，该一个所述支管上设有所述第二子阀；所述第三子阀设在所述低温熔盐泵与所述第三熔盐口之间，一个所述支管并联在所述第三子阀和所述低温熔盐泵的两端，该一个所述支管上设有所述第四子阀；所述第五子阀设在所述高温冷媒泵与所述冷媒上分配器之间，一个所述支管并联在所述第五子阀和所述高温冷媒泵的两端，该一个所述支管上设有所述第六子阀；所述第七子阀设在所述低温冷媒泵与所述冷媒下分配器之间，一个所述支管并联在所述第七子阀和所述低温冷媒泵的两端，该一个所述支管上设有所述第八子阀。

在一些实施例中，所述的混合储能系统还包括第一泵、第二泵、第九子阀和第十子阀，所述第一泵设在所述冷媒上分配器与所述第一换热口之间，所述第一泵与所述冷媒上分配器之间设有第九子阀，所述第二泵设在所述天然气罐与所述第三换热口之间，所述第十子阀设在所述冷媒下分配器与所述第二换热口之间。

在一些实施例中，所述的混合储能系统还包括余热系统，所述余热系统包括余热换热器和余热蓄热罐；所述余热换热器具有第一余热口、第二余热口、第三余热口和第四余热口，所述余热蓄热罐上设有余热上分配器和余热下分配器；所述第一余热口与所述第三回热口相连，所述第二余热口与所述余热上分配器相连，所述第三余热口与所述第一冷媒口相连，所述第四余热口与所述余热下分配器相连。

在一些实施例中，所述余热系统还包括蒸发器、第二回热器、冷凝器、第三透平和第三发电机；所述蒸发器具有第一蒸发口、第二蒸发口、第三蒸发口和第四蒸发口，所述第二回热器具有第五回热口、第六回热口、第七回热口和第八回热口，所述第三透平具有第三透平口和第四透平口，所述冷凝器具有第一冷凝口、第二冷凝口、第三冷凝口和第四冷凝口；所述第三蒸发口连通在所述第二余热口与所述余热上分配器之间，所述第四蒸发口与所述余热下分配器相连，所述第一蒸发口与所述第三透平口相连，所述第四透平口与所述第五回热口相连，所述第六回热口与所述第二蒸发口相连，所述第七回热口与所述第四冷凝口相连，所述第八回热口与所述第一冷凝口相连，所述第二冷凝口与所述第二透平相连，所述第三冷凝口与所述第四换热口相连，所述第三透平与所述第三发电机相连以驱动所述第三发电机发电。

在一些实施例中，所述余热系统还包括第二换热器，所述第二换热器具有第五换热口、第六换热口、第七换热口和第八换热口；所述第五换热口与所述第二透平相连，所述第六换热口分别与所述第三蒸发口、所述第二余热口和所述余热上分配器相连，所述第七换热口分别与所述余热下分配器和所述第四余热口相连，所述第八换热口与所述第二冷凝口相连。

在一些实施例中，所述的混合储能系统还包括多个余热泵和多个余热阀，多个所述余热泵和多个所述余热阀对应地设在所述余热系统的管路上。

在一些实施例中，所述的混合储能系统还包括电动机，所述电动机与所述压缩机相连。

附图说明

图1是根据本发明实施例的混合储能系统充电阶段的示意图。

图2是根据本发明实施例的混合储能系统放电阶段的示意图。

附图标记：

混合储能系统100，电动机101第一发电机102，天然气罐103，第二泵1031，第二发电机104，第三发电机105，压缩机1，第一压缩口11，第二压缩口12，阀门20，第一子阀201，第二子阀202，第三子阀203，第四子阀204，第五子阀205，第六子阀206，第七子阀207，第八子阀208，第九子阀209，第十子阀210，第一换向阀21，第一换向口211，第二换向口212，第三换向口213，第四换向口214，第二换向阀22，第五换向口221，第六换向口222，第七换向口223，第八换向口224，第一透平31，第一透平口311，第二透平口312，第二透平32，第三透平33，第三透平口331，第四透平口332，熔盐换热器4，第一熔盐口41，第二熔盐口42，第三熔盐口43，第四熔盐口44，第一回热器5，第一回热口51，第二回热口52，第三回热口53，第四回热口54，冷媒换热器6，第一冷媒口61，第二冷媒口62，第三冷媒口63，第四冷媒口64，熔盐罐7，熔盐上分配器71，熔盐下分配器72，熔盐斜温层73，高温熔盐泵74，低温熔盐泵75，冷媒罐8，冷媒上分配器81，冷媒下分配器82，高温冷媒泵85，低温冷媒泵84，冷媒斜温层83，第一泵811，第一换热器91，第一换热口901，第二换热口902，第三换热口903，第四换热口904，余热换热器10，第一余热口1001，第二余热口1002，第三余热口1003，第四余热口1004，余热泵1005，余热阀1006，余热蓄热罐30，余热上分配器301，余热下分配器302，余热斜温层303，蒸发器40，第一蒸发口401，第二蒸发口402，第三蒸发口403，第四蒸发口404，第二回热器50，第五回热口501，第六回热口502，第七回热口503，第八回热口504，冷凝器60，第一冷凝口601，第二冷凝口602，第三冷凝口603，第四冷凝口604，第二换热器70，第五换热口701，第六换热口702，第七换热口703，第八换热口704。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图2所示，根据本发明实施例的混合储能系统100包括热泵储电系统和冷能利用系统。

热泵储电系统包括压缩机1、熔盐换热器4、第一回热器5、冷媒换热器6、熔盐罐7、冷媒罐8、第一发电机102和第一透平31。

压缩机1、熔盐换热器4、第一回热器5、第一透平31、冷媒换热器6、第一回热器5和压缩机1依次连通以形成第一循环回路。

压缩机1、第一回热器5、熔盐换热器4、第一透平31、第一回热器5、冷媒换热器6和压缩机1依次连通以形成第二循环回路。

熔盐罐7内适于储存熔盐，熔盐罐7与熔盐换热器4之间形成第一换热回路，冷媒罐8内适于储存冷媒，冷媒罐8与冷媒换热器6之间形成第二换热回路，第一透平31与第一发电机102相连以驱动第一发电机102发电。

冷能利用系统包括天然气罐103、第一换热器91、第二透平32和第二发电机104。

第一换热器91具有第一换热口901、第二换热口902、第三换热口903和第四换热口904。

第一换热口901和第二换热口902分别与冷媒罐8的上分配口和下分配口相连，第三换热口903与天然气罐103相连，第四换热口904与第二透平32相连，第二透平32与第二发电机104相连以驱动第二发电机104发电。

根据本发明实施例的混合储能系统通过热泵储电系统和冷能利用系统及其联合方式，提高了热泵储电系统和冷能利用系统的效率，实现了梯级利用液化天然气冷能、覆盖低温天然气宽温度范围的冷能，混合储能发电的方式提高了混合储能系统的峰功率和发电量，从而提高混合储能系统的效率、储能密度、安全性和经济性，实现了一种清洁低碳安全高效的混合储能系统。

在一些实施例中，如图1-图2所示，混合储能系统100还包括第一换向阀21和第二换向阀22，第一换向阀21具有第一换向口211、第二换向口212、第三换向口213和第四换向口214，第二换向阀22具有第五换向口221、第六换向口222、第七换向口223和第八换向口224。

压缩机1具有第一压缩口11和第二压缩口12，熔盐换热器4具有第一熔盐口41、第二熔盐口42、第三熔盐口43和第四熔盐口44，第一回热器5具有第一回热口51、第二回热口52、第三回热口53和第四回热口54，第一透平31具有第一透平口311和第二透平口312，冷媒换热器6具有第一冷媒口61、第二冷媒口62、第三冷媒口63和第四冷媒口64。

熔盐罐7上设有熔盐上分配器71和熔盐下分配器72，冷媒罐8上设有冷媒上分配器81和冷媒下分配器82。

第一压缩口11与第一换向口211相连，第二换向口212与第二熔盐口42相连，第三换向口213与第一透平口311相连，第四换向口214与第一回热口51相连。

第二透平口312与第五换向口221相连，第六换向口222与第四回热口54相连，第七换向口223与第二压缩口12相连，第八换向口224与第三冷媒口63相连。

第一熔盐口41与熔盐上分配器71相连，第三熔盐口43与熔盐下分配器72相连，第四熔盐口44与第二回热口52相连。

第三回热口53与第一冷媒口61相连，第二冷媒口62与冷媒上分配器81相连，第四冷媒口64与冷媒下分配器82相连。

具体地，如图1-图2所示，混合储能系统100的具体运行过程如下：

例如，压缩机1、熔盐换热器4、第一回热器5、第一透平31、冷媒换热器6、第一回热器5和压缩机1依次连通以形成第一循环回路。热泵储电系统在储能阶段，气态工质进行逆向布雷顿循环，利用电能驱动气态工质完成循环，将电能转化成热能和冷能的形式存储。

其具体运行过程为：电动机101启动，驱动压缩机1做功，压缩机1内储存有低温气态工质，压缩机1做功将电能转化成高温气态工质的能量，即低温气态工质变为高温气态工质。

高温气态工质由第一压缩口11流向第一换向口211，高温气态工质再由第二换向口212流向第二熔盐口42，高温气态工质在熔盐换热器4加热低温熔盐并降温成为中温气态工质，中温气态工质由第四熔盐口44流向第三回热口53。

中温气态工质再由第一回热口51流向第四换向口214，中温气态工质再由第三换向口213流向第一透平口311，中温气态工质在第一透平31内膨胀后降温成为低温气态工质。

低温气态工质由第二透平口312流向第五换向口221，低温气态工质由第八换向口224流向第三冷媒口63，低温气态工质在冷媒换热器6内吸热可用于降低冷媒换热器6内的冷媒，低温气态工质在冷媒换热器6内完成升温。

升温后的气态工质再由第一冷媒口61流向第二回热口52，升温后的气态工质在第一回热器5完成放热过程，气态工质再由第四回热口54流向第六换向口222，再经过第七换向口223流回第二压缩口12，完成一个储能循环。

在一些实施例中，如图1-图2所示，混合储能系统100还包括高温熔盐泵74、低温熔盐泵75、高温冷媒泵85和低温冷媒泵84。

高温熔盐泵74设在熔盐上分配器71与第一熔盐口41之间，低温熔盐泵75设在熔盐下分配器72与第三熔盐口43之间。高温冷媒泵85设在冷媒上分配器81与第三冷媒口63之间，低温冻液泵设在冷媒下分配器82与第四冷媒口64。

在一些实施例中，如图1-图2所示，混合储能系统100还包括阀门20和多个支管，阀门20包括第一子阀201、第二子阀202、第三子阀203、第四子阀204、第五子阀205、第六子阀206、第七子阀207和第八子阀208。

第一子阀201设在高温熔盐泵74与熔盐上分配器71之间，一个支管并联在第一子阀201和高温熔盐泵74的两端，该一个支管上设有第二子阀202。

第三子阀203设在低温熔盐泵75与第三熔盐口43之间，一个支管并联在第三子阀203和低温熔盐泵75的两端，该一个支管上设有第四子阀204。

第五子阀205设在高温冷媒泵85与冷媒上分配器81之间，一个支管并联在第五子阀205和高温冷媒泵85的两端，该一个支管上设有第六子阀206。

第七子阀207设在低温冷媒泵84与冷媒下分配器82之间，一个支管并联在第七子阀207和低温冷媒泵84的两端，该一个支管上设有第八子阀208。

可以理解的是，第一子阀201、第二子阀202、第三子阀203、第四子阀204、第五子阀205、第六子阀206、第七子阀207和第八子阀208用于调节熔盐罐7与熔盐换热器4和冷媒罐8与冷媒换热器6之间的流通关系。

可以理解的是，加热压缩机1入口的低温气态工质，有效降低了压缩机1压缩比和第一透平31的膨胀比，确保了热动设备效率及降低其设计制造难度，同时降低了由于储热和储冷装置的换热效率下降而导致的出口温度偏差，维持了热泵储电在储能阶段的运行稳定性。

压缩机1、第一回热器5、熔盐换热器4、第一透平31、第一回热器5、冷媒换热器6和压缩机1依次连通以形成第二循环回路。热泵储电系统在发电阶段，启动热/冷-电转换的动力循环，气态工质进行布雷顿循环，此时第一透平31做功大于压缩机1做功，驱动第一发电机102发电，系统向外界输出功用于供电。

其具体运行过程为：电动机101启动，驱动压缩机1做功，压缩机1内储存有低温气态工质，加热压缩机1内的低温气态工质使之成为中低温气态工质。

低温气态工质由第一压缩口11流向第一换向口211，低温气态工质再由第四换向口214流向第一回热口51，低温气态工质在第一回热器5内被加热成中温气态工质。

中温气态工质由第三回热口53流向第四熔盐口44，中温气态工质在熔盐换热器4内进一步被加热成高温气态工质，高温气态工质由第二熔盐口42流向第二换向口212，再由第三换向口213流向第一透平口311，高温气态工质在第一透平31内膨胀做功并降温为中温气态工质。

中温气态工质由第二透平口312流向第五换向口221，中温气态工质再由第六换向口222流向第四回热口54，中温气态工质再由第二回热口52流向第一冷媒口61，中温气态工质在冷媒换热器6内完成放热并降温为低温气态工质。

低温气态工质由第三冷媒口63流向第八换向口224，再由第七换向口223流回第二压缩口12，完成一轮发电循环。

可以理解的是，在发电阶段，通过第一回热器5，膨胀做功后的中温气态工质，加热压缩机1出口的低温气态工质，有效降低了压缩机1的压缩比、第一透平31的膨胀比，确保了热动设备效率和可靠性，确保了储热和储冷装置的入口温度稳定。

熔盐罐7内适于储存熔盐，熔盐罐7与熔盐换热器4之间形成第一换热回路，冷媒罐8内适于储存冷媒，冷媒罐8与冷媒换热器6之间形成第二换热回路。

可以理解的是，热泵储电系统的熔盐罐7和冷媒罐8为2个保温性能高的绝热罐，熔盐罐7和冷媒罐8储热/冷的机制均为斜温层储热/冷。热能以高温熔盐热能的形式储存在熔盐罐7，以低温冷媒冷能的形式储存在冷媒罐8。

在储能完成的时刻，熔盐罐7自上而下储满了高温熔盐、底部的低温熔盐完全排空。冷媒罐8自下而上储满了低温冷媒、上部的高温冷媒完全排空。

储能阶段，储能装置的运行方式如下：

单罐斜温层储热系统：低温熔盐泵75驱动低温熔盐从熔盐罐7的底部经熔盐下分配器72流出流向熔盐换热器4，低温熔盐被加热成为高温熔盐，高温熔盐通过熔盐上分配器71流入熔盐罐7的上部空间，通过熔盐上分配器71和熔岩下分配器72，熔盐罐7内形成温度梯度大、厚度薄的熔盐斜温层73，确保熔盐斜温层73有效隔离上部高温熔盐和下部低温熔盐，当熔盐罐7储满高温熔盐后即完成系统高温端的储热。

单罐斜温层储冷系统：高温冷媒泵85驱动冷媒从冷媒罐8的上部空间，经由冷媒上分配器81内流出并流经冷媒换热器6，高温冷媒被冷却成为低温冷媒，低温冷媒经冷媒下分配器82后流向冷媒罐8的下部空间，通过冷媒上分配器81和冷媒下分配器82的设计，使得冷媒罐8内形成温度梯度大、厚度薄的冷媒斜温层83，确保了冷媒斜温层83有效隔离上部高温冷媒和下部低温冷媒，当冷媒罐8储满低温冷媒后即完成系统低温端的储冷。

在系统储能完成时刻，熔盐罐7自上而下储满了高温熔盐、下部的低温熔盐完全排空，冷媒罐8自下而上储满了低温冷媒、上部的高温冷媒完全排空。

发电阶段，储能装置的运行方式如下：

单罐斜温层储热系统：高温熔盐泵74驱动高温熔盐从熔盐罐7的上部经熔盐上分配器71流出，流经熔盐换热器4，高温熔盐加热气态工质后成为低温熔盐，低温熔盐通过熔盐下分配器72流入熔盐罐7的下部空间，通过熔盐上分配器71和熔岩下分配器72，确保熔盐斜温层73有效隔离上部高温熔盐和下部低温熔盐，当熔盐罐7内高温熔盐全部转换为低温熔盐后即完成系统发电过程。

单罐斜温层储冷系统：低温冷媒泵84驱动冷媒从冷媒罐8的下部空间冷媒下分配器82内流出，流经冷媒换热器6，低温冷媒冷却气态工质，低温冷媒经冷媒上分配器81后流向冷媒罐8的上部空间，通过冷媒上分配器81和冷媒下分配器82的设计，确保了冷媒斜温层83有效隔离上部高温冷媒和下部低温冷媒，当冷媒罐8低温冷媒全部转换为高温冷媒后即完成系统发电过程。

在系统放电完成时刻，熔盐罐7自下而上储满了低温熔盐、上部的高温熔盐完全排空，冷媒罐8自上而下储满了高温冷媒、下部的低温冷媒完全排空，开始下一次储能发电循环。

以上单罐斜温层储热/冷设计，使得在热泵储电系统进行储能和发电循环时，主循环系统高温端和低温端的温度恒定，确保了热泵储电系统能量转换效率。

在一些实施例中，如图1-图2所示，混合储能系统100还包括第一泵811、第二泵1031、第九子阀209和第十子阀210。

第一泵811设在冷媒上分配器81与第一换热口901之间，第一泵811与冷媒上分配器81之间设有第九子阀209.

第二泵1031设在天然气罐103与第三换热口903之间，第十子阀210设在冷媒下分配器82与第二换热口902之间。

可以理解的是，第一泵811、第二泵1031、第九子阀209和第十子阀210用于调节冷媒罐8与第一换热器91和第一换热器91与天然气罐103之间的流通关系。

在一些实施例中，如图1-图2所示，混合储能系统100还包括余热系统，余热系统包括余热换热器10和余热蓄热罐30。

余热换热器10具有第一余热口1001、第二余热口1002、第三余热口1003和第四余热口1004，余热蓄热罐30上设有余热上分配器301和余热下分配器302。

第一余热口1001与第三回热口53相连，第二余热口1002与余热上分配器301相连，第三余热口1003与第一冷媒口61相连，第四余热口1004与余热下分配器302相连。

可以理解的是，通过设置余热储热系统，回收了中低温气态工质的余热，提高了整个系统循环效率，维持了系统在发电阶段的运行工作参数的稳定性。

在一些实施例中，如图1-图2所示，余热系统还包括蒸发器40、第二回热器50、冷凝器60、第三透平33和第三发电机105。蒸发器40具有第一蒸发口401、第二蒸发口402、第三蒸发口403和第四蒸发口404。第二回热器50具有第五回热口501、第六回热口502、第七回热口503和第八回热口504。第三透平33具有第三透平口331和第四透平口332。冷凝器60具有第一冷凝口601、第二冷凝口602、第三冷凝口603和第四冷凝口604。

第三蒸发口403连通在第二余热口1002与余热上分配器301之间，第四蒸发口404与余热下分配器302相连，第一蒸发口401与第三透平口331相连，第四透平口332与第五回热口501相连，第六回热口502与第二蒸发口402相连，第七回热口503与第四冷凝口604相连，第八回热口504与第一冷凝口相连601，第二冷凝口602与第二透平32相连，第三冷凝口603与第四换热口904相连，第三透平33与第三发电机105相连以驱动第三发电机105发电。

在一些实施例中，余热系统还包括第二换热器70，第二换热器70具有第五换热口701、第六换热口702、第七换热口703和第八换热口704；第五换热口701与第二透平32相连，第六换热口702分别与第三蒸发口403、第二余热口1002和余热上分配器301相连，第七换热口703分别与余热下分配器302和第四余热口1004相连，第八换热口704与第二冷凝口602相连。

在一些实施例中，如图1-图2所示，混合储能系统100还包括多个余热泵1005和多个余热阀1006，多个余热泵1005和多个余热阀1006对应地设在余热系统的管路上。

根据本发明实施例的混合储能系统100的一个具体实施过程如下：

在热泵储电系统的发电阶段，余热储热系统运行，余热储热系统主要包括余热换热器10和余热蓄热罐30。余热换热器10利用热泵储电系统(主循环系统)发电阶段的不可逆损失产生的余热作为热源，通过余热换热器10进行换热，热泵储电系统的气体工质加热来自余热蓄热罐30的储热介质，从而将热泵储电系统的余热储存在余热蓄热罐30内，利用热泵储电系统循环过程的余热，为朗肯循环发电系统和LNG冷能利用系统提供热源，提高本发明系统能量转换效率。同时，余热储热系统维持主循环系统运行的气体工质温度参数稳定。

在余热蓄热罐30的储热阶段：该储热阶段与热泵储电系统的发电阶段重合。发电阶段，热泵储电系统的气体工质流经余热换热器10；在储热前，余热蓄热罐30内部充满常温的储热介质。余热泵1005驱动低温储热介质从余热蓄热罐30的底部经余热下分配器302流出，流经余热换热器10，低温储热介质被加热成为高温储热介质，高温储热介质通过余热阀1006和余热上分配器301，流入余热蓄热罐30的上部空间进行储存。通过余热上分配器301和余热下分配器302，确保余热斜温层303有效隔离上部高温储热介质和下部低温储热介质，当余热蓄热罐30储满高温储热介质后即完成余热储热系统的储热。

根据本发明实施例的混合储能系统100还包括朗肯循环发电系统。

在需要朗肯循环发电系统发电的时段，朗肯循环发电系统开启，进行发电循环。朗肯循环发电系统利用余热蓄热罐30内储存的热量作为蒸发器40热源，余热泵1005驱动二次冷媒进入第二回热器50，与第三透平33出口的高温气体换热，温度升高后进入蒸发器40。蒸发器40另一侧储热介质通过余热蓄热罐30内余热上分配器301、余热阀1006、余热泵1005驱动流入蒸发器40，储热介质释热，二次冷媒被加热至蒸发。

蒸发器40出口的二次冷媒蒸气进入第三透平33，焓降转变为第三透平33的机械能，驱动第三发电机105发电。第三透平33出口的二次冷媒蒸气，首先进入第二回热器50，加热余热泵1005出口的液态二次冷媒，之后二次冷媒蒸气进入冷凝器60，冷凝器60以LNG作为朗肯循环发电提供冷凝的冷源(降低凝汽温度)。冷凝器60内，二次冷媒则冷凝放热成为液体，液态二次冷媒经过工质泵升压后再次进入第二回热器50和蒸发器40，气化后进入透平做功，完成一轮发电循环。

LNG冷能利用系统在运行阶段：

首先，来自天然气罐103的LNG通过与单罐斜温层储冷系统连接的第一换热器91为罐内的冷媒换热，降低冷媒罐8内的冷媒温度，为冷媒罐8补充冷能，解决热泵储电系统由于循环过程的不可逆损失导致的储冷量与储热量不匹配问题。高温冷媒从冷媒罐8的上部区域流经冷媒上分配器81在第一换热器91中高温冷媒与LNG换热，高温冷媒温度降低成为低温冷媒，LNG温度升高。低温冷媒经冷媒下分配器82流入冷媒罐8内的下部区域。

然后，LNG通过朗肯循环发电系统的冷凝器60，为朗肯循环发电系统提供冷凝的冷源，带动二次冷媒的蒸气动力循环对外做功和发电，释放冷能用于降低第三透平33的凝气温度、提高发电效率。

最后，LNG利用热泵储电系统的余热加热LNG，高温储热介质从余热蓄热罐30的上部区域流经余热上分配器301在第二换热器70中高温储热介质与LNG换热，高温储热介质温度降低成为低温储热介质，经余热下分配器302回到余热蓄热罐30。LNG在第二换热器70内温度升高至蒸发。第二换热器70出口的天然气在第二透平32中膨胀做功、进行发电，带动42.电机发电。

通过以上LNG冷能利用系统与热泵储电系统的冷媒罐8进行换热，为冷媒罐8补充冷能，解决热泵储电系统由于循环过程的不可逆损失导致的储冷量与储热量不匹配问题，提高了热泵储电系统效率；之后LNG冷能利用系统为朗肯循环发电系统提供冷源，提高了朗肯循环发电系统效率；之后LNG冷能利用系统与余热储热系统联合进行膨胀做功和发电，提高了热泵储电系统、LNG冷能利用系统的效率。以上LNG冷能利用系统与其他系统的梯次联合方式，实现了梯级利用LNG冷能、覆盖低温天然气宽温度范围的冷能；LNG逐级实现升温和气化，提高了各级换热的热效率；且混合储能发电的方式提高了储能系统的峰功率和发电量。

本发明技术方案带来的有益效果如下：

热泵储电系统在储能阶段，热泵储电系统的气态工质进行逆向布雷顿循环，气态工质从冷媒吸热、向熔盐放热。通过单罐斜温层储热系统实现熔盐的恒定温度储热、单罐斜温层储冷系统实现冷媒的恒定温度储冷。

热泵储电系统在发电阶段，热泵储电系统的气态工质进行布雷顿循环，气态工质从熔盐吸热、向冷媒放热，气态工质推动透平做功发电。通过单罐斜温层储热系统，维持了系统高温端的温度恒定；单罐斜温层储冷系统，维持了低温端的温度恒定。

热泵储电系统包括单罐斜温层储热系统和单罐斜温层储冷系统，采用熔盐作为主循环系统的高温端储热介质；采用冷媒作为主循环系统的低温端储冷介质。在单罐斜温层储罐内完成熔盐储热和冷媒储冷，为热泵储电系统提供热源和冷源、防止高温介质和低温介质掺混、减小占地面积、提高储能密度。通过LNG冷能利用系统为单罐斜温层储冷系统补充冷能。

以上设计使得热泵储电系统在进行储能和发电循环时，热泵储电系统的高温端和低温端的温度恒定、避免了高温介质和低温介质的掺混、避免储冷量和储热量的不匹配问题，确保主循环系统能量转换效率。

余热储热系统储存热泵储电系统的全部余热，热泵储电系统在发电阶段，联合余热储热系统运行，运行余热换热器和余热蓄热罐。热泵储电系统的气体工质和余热储热系统的储热介质，两者通过余热换热器进行换热，将热泵储电系统余热储存在余热蓄热罐内，从而回收热泵储电系统(主循环系统)发电阶段的余热。

余热储热系统所储存的余热，为朗肯循环发电系统和LNG(液化天然气)冷能利用系统的膨胀发电过程提供持续的热源，提高了本发明系统的系统效率和经济性；同时维持了热泵储电系统的储能循环和发电循环的气体工质温度等工作参数稳定、增强了主循环系统的安全性和稳定性。

朗肯循环发电系统实现热泵储电系统的余热利用。二次冷媒的朗肯循环发电系统进行发电循环时，利用余热蓄热罐内储存的热量作为蒸发器热源，第三透平出口的二次冷媒蒸气则进入冷凝器，朗肯循环发电的冷凝器以LNG作为冷凝的冷源，降低了凝汽温度，提高发电效率。

LNG冷能利用系统为热泵储电系统补充冷能，LNG冷能利用系统与热泵储电系统的冷媒罐内储存的高温冷媒通过第一换热器进行换热，降低储冷罐内的冷媒温度，为冷媒罐补充冷能，解决热泵储电系统由于循环过程的不可逆损失导致的储冷量与储热量不匹配问题，提高了热泵储电系统效率。

LNG冷能利用系统为朗肯循环发电提供冷源，LNG通过朗肯循环发电系统的冷凝器，为朗肯循环发电系统提供冷凝的冷源，带动二次冷媒的蒸气动力循环对外做功和发电，LNG释放冷能用于降低第三透平的凝气温度、提高发电效率。

LNG冷能利用系统利用热泵储电系统余热进行发电，LNG利用热泵储电系统存储在余热蓄热罐的余热，余热储热介质通过第二换热器加热LNG，天然气在透平中膨胀做功、进行发电。提高热泵储电系统、LNG冷能利用系统的效率。

以上LNG冷能利用系统与热泵储电系统、朗肯循环发电系统、余热储热系统的梯次联合方式，实现了梯级利用LNG冷能、覆盖低温天然气宽温度范围的冷能；LNG逐级实现升温和气化，提高了各级换热的热效率、LNG(液化天然气)冷能利用系统的发电效率。

通过以上热泵储电系统、朗肯循环发电系统、余热储热系统和LNG冷能利用的联合方式，提高了热泵储电系统、朗肯循环发电系统、LNG冷能利用系统的效率，且混合储能发电的方式提高了储能系统的峰功率和发电量，从而提高了本发明系统的能量转换效率。

本发明的热泵储电系统、朗肯循环发电系统、余热储热系统在储能和发电阶段均为闭式循环，无排放无污染，实现了清洁低碳、高效节能的储能和发电。

本发明提供了一种普遍适用于调峰、调频、平抑可再生能源发电功率波动、负荷削峰填谷、改善电能质量等的储能发电方式。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种混合储能系统，其特征在于，包括：

热泵储电系统，所述热泵储电系统包括压缩机、熔盐换热器、第一回热器、冷媒换热器、熔盐罐、冷媒罐、第一发电机和第一透平；

所述压缩机、所述熔盐换热器、所述第一回热器、所述第一透平、所述冷媒换热器、所述第一回热器和所述压缩机依次连通以形成第一循环回路；

所述压缩机、所述第一回热器、所述熔盐换热器、所述第一透平、所述第一回热器、所述冷媒换热器和所述压缩机依次连通以形成第二循环回路；

所述熔盐罐内适于储存熔盐，所述熔盐罐与所述熔盐换热器之间形成第一换热回路，所述冷媒罐内适于储存冷媒，所述冷媒罐与所述冷媒换热器之间形成第二换热回路，所述第一透平与所述第一发电机相连以驱动所述第一发电机发电；

冷能利用系统，所述冷能利用系统包括天然气罐、第一换热器、第二透平和第二发电机；

所述第一换热器具有第一换热口、第二换热口、第三换热口和第四换热口，所述第一换热口和所述第二换热口分别与所述冷媒罐的上分配口和下分配口相连，所述第三换热口与所述天然气罐相连，所述第四换热口与所述第二透平相连，所述第二透平与所述第二发电机相连以驱动所述第二发电机发电。

2.根据权利要求1所述的混合储能系统，其特征在于，还包括第一换向阀和第二换向阀，所述压缩机具有第一压缩口和第二压缩口，所述第一换向阀具有第一换向口、第二换向口、第三换向口和第四换向口，所述熔盐换热器具有第一熔盐口、第二熔盐口、第三熔盐口和第四熔盐口，所述第一回热器具有第一回热口、第二回热口、第三回热口和第四回热口，所述第一透平具有第一透平口和第二透平口，所述第二换向阀具有第五换向口、第六换向口、第七换向口和第八换向口，所述冷媒换热器具有第一冷媒口、第二冷媒口、第三冷媒口和第四冷媒口，所述熔盐罐上设有熔盐上分配器和熔盐下分配器，所述冷媒罐上设有冷媒上分配器和冷媒下分配器；

所述第一压缩口与所述第一换向口相连，所述第二换向口与所述第二熔盐口相连，所述第三换向口与所述第一透平口相连，所述第四换向口与所述第一回热口相连；

所述第二透平口与所述第五换向口相连，所述第六换向口与所述第四回热口相连，所述第七换向口与所述第二压缩口相连，所述第八换向口与所述第三冷媒口相连；

所述第一熔盐口与所述熔盐上分配器相连，所述第三熔盐口与所述熔盐下分配器相连，所述第四熔盐口与所述第二回热口相连；

所述第三回热口与所述第一冷媒口相连，所述第二冷媒口与所述冷媒上分配器相连，所述第四冷媒口与所述冷媒下分配器相连。

3.根据权利要求2所述的混合储能系统，其特征在于，还包括高温熔盐泵、低温熔盐泵、高温冷媒泵和低温冷媒泵；

所述高温熔盐泵设在所述熔盐上分配器与所述第一熔盐口之间，所述低温熔盐泵设在所述熔盐下分配器与所述第三熔盐口之间；

所述高温冷媒泵设在所述冷媒上分配器与所述第三冷媒口之间，所述低温冻液泵设在所述冷媒下分配器与所述第四冷媒口。

4.根据权利要求3所述的混合储能系统，其特征在于，还包括阀门和多个支管，所述阀门包括第一子阀、第二子阀、第三子阀、第四子阀、第五子阀、第六子阀、第七子阀和第八子阀；

所述第一子阀设在所述高温熔盐泵与所述熔盐上分配器之间，一个所述支管并联在所述第一子阀和所述高温熔盐泵的两端，该一个所述支管上设有所述第二子阀；

所述第三子阀设在所述低温熔盐泵与所述第三熔盐口之间，一个所述支管并联在所述第三子阀和所述低温熔盐泵的两端，该一个所述支管上设有所述第四子阀；

所述第五子阀设在所述高温冷媒泵与所述冷媒上分配器之间，一个所述支管并联在所述第五子阀和所述高温冷媒泵的两端，该一个所述支管上设有所述第六子阀；

所述第七子阀设在所述低温冷媒泵与所述冷媒下分配器之间，一个所述支管并联在所述第七子阀和所述低温冷媒泵的两端，该一个所述支管上设有所述第八子阀。

5.根据权利要求2所述的混合储能系统，其特征在于，还包括第一泵、第二泵、第九子阀和第十子阀，所述第一泵设在所述冷媒上分配器与所述第一换热口之间，所述第一泵与所述冷媒上分配器之间设有第九子阀，所述第二泵设在所述天然气罐与所述第三换热口之间，所述第十子阀设在所述冷媒下分配器与所述第二换热口之间。

6.根据权利要求2所述的混合储能系统，其特征在于，还包括余热系统，所述余热系统包括余热换热器和余热蓄热罐；

所述余热换热器具有第一余热口、第二余热口、第三余热口和第四余热口，所述余热蓄热罐上设有余热上分配器和余热下分配器；

所述第一余热口与所述第三回热口相连，所述第二余热口与所述余热上分配器相连，所述第三余热口与所述第一冷媒口相连，所述第四余热口与所述余热下分配器相连。

7.根据权利要求6所述的混合储能系统，其特征在于，所述余热系统还包括蒸发器、第二回热器、冷凝器、第三透平和第三发电机；

所述蒸发器具有第一蒸发口、第二蒸发口、第三蒸发口和第四蒸发口，所述第二回热器具有第五回热口、第六回热口、第七回热口和第八回热口，所述第三透平具有第三透平口和第四透平口，所述冷凝器具有第一冷凝口、第二冷凝口、第三冷凝口和第四冷凝口；

所述第三蒸发口连通在所述第二余热口与所述余热上分配器之间，所述第四蒸发口与所述余热下分配器相连，所述第一蒸发口与所述第三透平口相连，所述第四透平口与所述第五回热口相连，所述第六回热口与所述第二蒸发口相连，所述第七回热口与所述第四冷凝口相连，所述第八回热口与所述第一冷凝口相连，所述第二冷凝口与所述第二透平相连，所述第三冷凝口与所述第四换热口相连，所述第三透平与所述第三发电机相连以驱动所述第三发电机发电。

8.根据权利要求7所述的混合储能系统，其特征在于，所述余热系统还包括第二换热器，所述第二换热器具有第五换热口、第六换热口、第七换热口和第八换热口；

所述第五换热口与所述第二透平相连，所述第六换热口分别与所述第三蒸发口、所述第二余热口和所述余热上分配器相连，所述第七换热口分别与所述余热下分配器和所述第四余热口相连，所述第八换热口与所述第二冷凝口相连。

9.根据权利要求8所述的混合储能系统，其特征在于，还包括多个余热泵和多个余热阀，多个所述余热泵和多个所述余热阀对应地设在所述余热系统的管路上。

10.根据权利要求1-9中任一所述的混合储能系统，其特征在于，还包括电动机，所述电动机与所述压缩机相连。