CN117213101A - 一种包含储能的多能联供工艺 - Google Patents
一种包含储能的多能联供工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117213101A CN117213101A CN202311226956.9A CN202311226956A CN117213101A CN 117213101 A CN117213101 A CN 117213101A CN 202311226956 A CN202311226956 A CN 202311226956A CN 117213101 A CN117213101 A CN 117213101A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat
- energy
- temperature
- stage
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 90
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 77
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 45
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 41
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 36
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 64
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 50
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 42
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 34
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 24
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 9
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical group [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013486 operation strategy Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
Abstract
本发明提供了一种包含储能的多能联供工艺，该工艺采用包含储能的多能联供系统；该工艺包括储能联合供冷运行模式、释能联合供冷运行模式、储能联合供热运行模式、释能联合供热运行模式。本发明在电价低谷或可再生能源发电富裕时段，利用压缩空气储能将电力存储，保证了电网运行的稳定。同时利用压缩过程的压缩热，驱动溴化锂机组制冷，解决用户的用冷需求。在供热季，则可以利用压缩热进行供热，解决用户用热需求。本发明在电价高峰或可再生能源发电不足时段，利用压缩空气膨胀发电，补充电力需求。同时膨胀后的低温空气，用于冷却供冷管网的回水，使其达到供冷温度后供冷，解决用户用冷需求，同时降低供冷成本。
Description
技术领域
本发明属于热能技术领域，涉及热能供应，具体涉及一种包含储能的多能联供工艺。
背景技术
近几年来新型电力系统快速发展，光伏及风力发电等可再生能源发电量在我国电力市场占比不断提升，随着电力市场需求量的进一步增大和非化石能源发电装机量容量和比例的不断增加，给储能的市场扩容带来更多发展空间，新型储能系统装机容量逐年翻倍提升。压缩空气储能作为一种长时大容量储能技术，也得到了快速的发展。尤其是绝热式压缩空气储能技术，因对压缩热的回收和利用，提高了整个系统的运行效率，成为主要的技术发展方向。
数据中心、工业园区等典型用能末端，其主要能源需求除了大量的电力需求外，也有大量的供热制冷需求。如何降低用电成本，同时保证数据中心及工业园区的供热制冷需求，是目前该类项目能源系统设计中的一个迫切的需求。
现有技术中，针对目前园区或数据中心等项目，冷热及电力供应系统设计的过程中，电价的高峰时段，往往也是用冷或用热的高峰时段，系统运行成本较高。
现有技术中，储能系统设计中，压力能和热能耦合度较高，对充放电时长调整，或调度策略调整后，影响系统的运行效率；
现有技术中，缺少一套集约化的且保证各供能模块运行平稳、安全的联供系统。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种包含储能的多能联供工艺，解决现有技术中的供能系统设计中供冷制热运行成本较高以及热/压力解耦性低的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种包含储能的多能联供工艺，该工艺采用包含储能的多能联供系统；该工艺包括储能联合供冷运行模式、释能联合供冷运行模式、储能联合供热运行模式、释能联合供热运行模式。
所述的包含储能的多能联供系统包括用能单元，用能单元的输出端连接有分水器，用能单元的输入端连接有集水器。
还包括吸收式热泵，吸收式热泵中设置有蒸发器、吸收器、冷凝器和发生器。
所述的分水器的第一端与第一三通阀的输入端相连，第一三通阀的第一输出端与吸收式热泵中的发生器的管程输入端相连，发生器的管程输出端与第二三通阀的第一输入端相连，第二三通阀的输出端与集水器的第一端相连。
所述的分水器的第二端与吸收式热泵中的蒸发器的管程输入端相连，蒸发器的管程输出端与集水器的第二端相连。
所述的第一三通阀的第二输出端通过管路与多级第一换热器的驱动介质行程的输入端相连，多级第一换热器的驱动介质行程并联设置，多级第一换热器的驱动介质行程的输出端通过管路与第一输送泵相连，第一输送泵与第二三通阀的第二输入端相连。
所述的多级第一换热器的空气介质行程串联设置，多级第一换热器一一对应设置有多级压缩机和多级第二换热器，每个压缩机的出口与一个对应的第一换热器的空气行程的输入端相串连，每个第一换热器的空气行程的输出端与一个对应的第二换热器的空气行程的输入端相串连，第二换热器的空气行程的输出端与对应的一个压缩机的输入端相串联，其中第一级压缩机的输入端与空气输入管道相连，最后一级第二换热器的空气行程的输出端与储气室的输入端相连。
所述的多级第二换热器的储热介质行程的输入端分别通过第二输送泵与低温储罐的输出端相连，多级第二换热器的储热介质行程并联设置，多级第二换热器的储热介质行程的输出端分别与高温储罐的输入端相连。
所述的高温储罐的输出端与多级第一再热器的储热介质行程的输入端相连，多级第一再热器的储热介质行程并联设置，多级第一再热器的储热介质行程的输出端分别与第三输送泵相连，第三输送泵与低温储罐的输入端相连。
所述的多级第一再热器的空气介质行程串联设置，多级第一再热器一一对应设置有多级膨胀机和多级第二再热器，每个膨胀机的输入端与一个对应的第一再热器的空气行程的输出端相串连，第一再热器的空气行程的输入端与一个对应的第二再热器的空气行程的输出端相串连，第二再热器的空气行程的输入端与对应的膨胀机的输出端相串联，其中第一级第一再热器的空气行程的输入端与储气室的输出端相连，最后一级膨胀机的输出端与空气输出管道相连。
所述的分水器的第三端通过第四输送泵与第三三通阀的第一输入端相连，第三三通阀的输出端与多级第二再热器的供冷介质行程的输入端相连，多级第二再热器的供冷介质行程并联设置，多级第二再热器的供冷介质行程的输出端均与第四三通阀的输入端相连，第四三通阀的第一输出端与集水器的第三端相连。
所述的第四三通阀的第二输出端与吸收式换热泵的吸收器的管程输入端相连，吸收器的管程输出端与冷凝器的管程输入端相连，冷凝器的管程输出端与所述的第三三通阀的第二输入端相连。
所述的分水器的第四端还与压缩式热泵的输入端相连，压缩式热泵的输出端与集水器的第四端相连。
步骤一，所述的储能联合供冷运行模式的具体过程为：
常压空气首先通过空气输入管道，进入一级的压缩机，经过压缩空的空气温度及压力升高；高温高压的压缩空气，依次经过第一换热器、第二换热器冷却降温，达到设计温度后，进入二级的压缩机中进行进一步升压，经过再次压缩后，产生的高温高压的压缩空气，依次再经过第一换热器、第二换热器冷却降温；经多级压缩及冷却后，达到设计压力及温度后输入储气室中，实现储能。
经过第一换热器换热后的高温压缩空气，再进入第二换热器中，与来自低温储罐中的储热介质发生热交换，经过换热后的压缩空气温度降低，同时储热介质温度升高后进入高温储罐中储存，实现储能。
压缩机输出口的高温空气与第一换热器进行换热后，将热量传递给吸收式热泵的驱动介质，驱动介质通过第一三通阀和第二三通阀切换，进入吸收式热泵的发生器中用于驱动吸收式热泵中的蒸发器制冷，蒸发器的管程中的介质制冷后输入用能单元实现供冷。
步骤二，所述的释能联合供冷运行模式的具体过程为：
来自与储气室中的高压力压缩空气，首先到达第一再热器的空气行程中，与来自高温储罐中的高温储热介质进行换热，经过再热后的压缩空气温度升高，变为高温高压的压缩空气后，进入膨胀机，同时第一再热器的储热介质行程中的储热介质经过换热后温度降低后，进入低温储罐中储存。
压缩空气经过膨胀机做功后的空气温度及压力下降，减温减压后的压缩空气，依次经过第二再热器进行升温，达到设计温度后，进入下一级的膨胀机中进行进一步膨胀做功，经过再次膨胀做功后，压缩空气的温度压力进一步降低，进入下一级的第二再热器中换热；经多级膨胀及换热后，达到设计压力及温度后通过空气输出管道排放至环境大气。
所述的第二再热器的供冷介质行程中的供冷介质通过第二再热器的空气行程中的膨胀降温后的压缩空气进行降温，达到供冷温度后的供冷介质输送至用能单元，实现供冷。
当第二再热器不能满足供冷需要时，第三三通阀和第四三通阀的方向切换，让供冷介质进入吸收式热泵中的吸收器及冷凝器中，进行换热；通过吸收式热泵制冷输送至用能单元，实现供冷。
步骤三，所述的储能联合供热运行模式的具体过程为：
所述的储能联合供热运行模式中的储能过程与所述的储能联合供冷运行模式中的储能过程相同。
驱动介质经过第一换热器后温度升高至供热所需温度，驱动介质通过第一三通阀和第二三通阀切换，不再输入吸收式热泵，直接输入用能单元中，实现供热。
步骤四，所述的释能联合供热运行模式的具体过程为：
所述的释能联合供热运行模式的释能过程与所述的释能联合供冷运行模式的的释能过程相同。
第四输送泵停止运行，供冷介质行程中的供冷介质不参与循环；用能单元中不足的热量由压缩式热泵补给，实现供热。
本发明还具有如下技术特征：
所述的储能联合供冷运行模式中，第i级压缩机进出口温度及压力满足如下关系：
pout＝pinβ；
式中：Tout为压缩机出口温度；Tin为压缩机进口温度；η为压缩机等熵效率；β为第i级压比；k为绝热指数；pout为压缩机出口压力；pin为压缩机进口压力。
所述的释能联合供冷运行模式中，第i级膨胀机进出口温度及压力满足如下关系：
pout＝pin/β；
式中：Tout为膨胀机出口温度；Tin为膨胀机进口温度；η为膨胀机等熵效率；
β为第i级压比；k为绝热指数；pout为膨胀机出口压力；pin为膨胀机进口压力。
联合供冷运行模式和释能联合供冷运行模式中，驱动介质换热带走的热量、供冷介质补给的热量，储热介质存储的热量、储电量、发电量及压缩式热泵补充的冷量，系统根据电力及冷量需求，动态调整占比，使满足储电和发电需求的同时，保证供冷。
储能联合供热运行模式和释能联合供热运行模式中，驱动介质换热带走的热量、储热介质存储的热量、储电量、发电量及压缩式热泵补充的热量，系统根据电力及热量需求，动态调整占比，使满足储电和发电需求的同时，保证供热。
驱动介质经过第一换热器后的温升的控制通过调节第一输送泵的频率和流量来调节。
供冷介质供送温度的控制，通过调节第四输送泵的频率和流量来调节。
所述的每个压缩机对应连接有一个驱动电机。
所述的每个膨胀机对应连接有一个发电机。
所述的吸收式热泵中，蒸发器的壳程与吸收器的壳程相连通；冷凝器的壳程与发生器的壳程相连通。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明在电价低谷或可再生能源发电富裕时段，利用压缩空气储能将电力存储，保证了电网运行的稳定。同时利用压缩过程的压缩热，驱动溴化锂机组制冷，解决用户的用冷需求。在供热季，则可以利用压缩热进行供热，解决用户用热需求。
(Ⅱ)本发明在电价高峰或可再生能源发电不足时段，利用压缩空气膨胀发电，补充电力需求。同时膨胀后的低温空气，用于冷却供冷管网的回水，使其达到供冷温度后供冷，解决用户用冷需求，同时降低供冷成本。
(Ⅲ)本发明的系统同时设计有压缩式热泵，用于根据热电需求动态调节发电量及供冷(供热)量时，为用户补给不足部分的冷热，保证了储能系统及供冷供热系统运行的安全可靠性。
(Ⅳ)本发明的系统的总体效率高于一般绝热压缩空气储能的电电转换效率。
附图说明
图1为包含储能的多能联供系统的整体结构示意图。
图2为储能联合供冷运行模式和释能联合供冷运行模式中的能量交换的动态平衡示意图。
图3为储能联合供热运行模式和释能联合供热运行模式中的能量交换的动态平衡示意图。
图中各个标号的含义为：1-用能单元，2-分水器，3-集水器，4-吸收式热泵，401-蒸发器，402-吸收器，403-冷凝器，404-发生器；5-第一三通阀，6-第二三通阀，7-第一换热器，8-第一输送泵，9-压缩机，10-第二换热器，11-空气输入管道，12-储气室，13-第二输送泵，14-低温储罐，15-高温储罐，16-第一再热器，17-第三输送泵，18-多级膨胀机，19-第二再热器，20-空气输出管道，21-第四输送泵，22-第三三通阀，23-发电机，24-第四三通阀，25-压缩式热泵，26-驱动电机。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
需要说明的是，本发明中的所有的零部件和设备，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的零部件和设备。例如，用能单元1为已知常用的用能单元。用能单元1指的是有冷、热、电需求的相关用户，例如数据中心和工业园区。吸收式热泵4为已知常用的吸收式热泵4，吸收式热泵的工作原理也采用已知常用的工作原理。压缩式热泵25为已知常用的压缩式热泵，压缩式热泵的工作原理也采用已知常用的工作原理。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种包含储能的多能联供系统，如图1所示，该系统包括用能单元1，用能单元1的输出端连接有分水器2，用能单元1的输入端连接有集水器3。
还包括吸收式热泵4，吸收式热泵4中设置有蒸发器401、吸收器402、冷凝器403和发生器404。
分水器2的第一端与第一三通阀5的输入端相连，第一三通阀5的第一输出端与吸收式热泵4中的发生器404的管程输入端相连，发生器404的管程输出端与第二三通阀6的第一输入端相连，第二三通阀6的输出端与集水器3的第一端相连。
分水器2的第二端与吸收式热泵4中的蒸发器401的管程输入端相连，蒸发器401的管程输出端与集水器3的第二端相连。
第一三通阀5的第二输出端通过管路与多级第一换热器7的驱动介质行程的输入端相连，多级第一换热器7的驱动介质行程并联设置，多级第一换热器7的驱动介质行程的输出端通过管路与第一输送泵8相连，第一输送泵8与第二三通阀6的第二输入端相连。
多级第一换热器7的空气介质行程串联设置，多级第一换热器7一一对应设置有多级压缩机9和多级第二换热器10，每个压缩机9的出口与一个对应的第一换热器7的空气行程的输入端相串连，每个第一换热器7的空气行程的输出端与一个对应的第二换热器10的空气行程的输入端相串连，第二换热器10的空气行程的输出端与对应的一个压缩机9的输入端相串联，其中第一级压缩机9的输入端与空气输入管道11相连，最后一级第二换热器10的空气行程的输出端与储气室12的输入端相连。
多级第二换热器10的储热介质行程的输入端分别通过第二输送泵13与低温储罐14的输出端相连，多级第二换热器10的储热介质行程并联设置，多级第二换热器10的储热介质行程的输出端分别与高温储罐15的输入端相连。
高温储罐15的输出端与多级第一再热器16的储热介质行程的输入端相连，多级第一再热器16的储热介质行程并联设置，多级第一再热器16的储热介质行程的输出端分别与第三输送泵17相连，第三输送泵17与低温储罐14的输入端相连。
多级第一再热器16的空气介质行程串联设置，多级第一再热器16一一对应设置有多级膨胀机18和多级第二再热器19，每个膨胀机18的输入端与一个对应的第一再热器16的空气行程的输出端相串连，第一再热器16的空气行程的输入端与一个对应的第二再热器19的空气行程的输出端相串连，第二再热器19的空气行程的输入端与对应的膨胀机18的输出端相串联，其中第一级第一再热器16的空气行程的输入端与储气室12的输出端相连，最后一级膨胀机18的输出端与空气输出管道20相连。
分水器2的第三端通过第四输送泵21与第三三通阀22的第一输入端相连，第三三通阀22的输出端与多级第二再热器19的供冷介质行程的输入端相连，多级第二再热器19的供冷介质行程并联设置，多级第二再热器19的供冷介质行程的输出端均与第四三通阀24的输入端相连，第四三通阀24的第一输出端与集水器3的第三端相连。
第四三通阀24的第二输出端与吸收式换热泵4的吸收器402的管程输入端相连，吸收器402的管程输出端与冷凝器403的管程输入端相连，冷凝器403的管程输出端与第三三通阀22的第二输入端相连。
作为本实施例的一种优选方案，分水器2的第四端还与压缩式热泵25的输入端相连，压缩式热泵25的输出端与集水器3的第四端相连。压缩式热泵25用于根据热电需求动态调节发电量及供冷(供热)量时，为用户补给不足部分的冷热，保证了储能系统及供冷供热系统运行的安全可靠性。
作为本实施例的一种优选方案，每个压缩机9对应连接有一个驱动电机26。驱动电机26用于驱动压缩机9。
作为本实施例的一种优选方案，每个膨胀机18对应连接有一个发电机23。发电机23通过膨胀机18带动用于发电。
作为本实施例的一种优选方案，吸收式热泵4中，蒸发器401的壳程与吸收器402的壳程相连通，用于蒸发介质和吸收介质的交换；冷凝器403的壳程与发生器404的壳程相连通，用于冷凝介质和发生介质的交换。
实施例2：
本实施例给出一种包含储能的多能联供工艺，该工艺采用实施例1中给出的包含储能的多能联供系统。
该工艺包括储能联合供冷运行模式、释能联合供冷运行模式、储能联合供热运行模式、释能联合供热运行模式。
步骤一，储能联合供冷运行模式的具体过程为：
储能联合供冷运行模式中，在电价低谷时段、或者可再生发电富裕时段，用电力驱动压缩机进行储能。储气室12一般设计压力在10MPa级，为了避免单级压比过高，保持系统运行稳定可靠，一般均采用多级压缩。
常压空气首先通过空气输入管道11，进入一级的压缩机8，经过压缩空的空气温度及压力升高。高温高压的压缩空气，依次经过第一换热器7、第二换热器10冷却降温，达到设计温度后，进入二级的压缩机8中进行进一步升压，经过再次压缩后，产生的高温高压的压缩空气，依次再经过第一换热器7、第二换热器10冷却降温。经多级压缩及冷却后，达到设计压力及温度后输入储气室12中，实现储能。
经过第一换热器7换热后的高温压缩空气，再进入第二换热器10中，与来自低温储罐14中的储热介质发生热交换，经过换热后的压缩空气温度降低，同时储热介质温度升高后进入高温储罐15中储存，实现储能。
压缩机8输出口的高温空气与第一换热器7进行换热后，将热量传递给吸收式热泵4的驱动介质，驱动介质通过第一三通阀5和第二三通阀6切换，进入吸收式热泵4的发生器404中用于驱动吸收式热泵4中的蒸发器401制冷，蒸发器401的管程中的介质制冷后输入用能单元1实现供冷。
进一步的，储能联合供冷运行模式中，驱动介质经过第一换热器7后的温升的控制通过调节第一输送泵8的频率和流量来调节。
储能联合供冷运行模式中，第i级压缩机8进出口温度及压力满足如下关系：
pout=pinβ
式中：Tout为压缩机出口温度；Tin为压缩机进口温度；η为压缩机等熵效率；β为第i级压比；k为绝热指数；pout为压缩机出口压力；pin为压缩机进口压力。
步骤二，释能联合供冷运行模式的具体过程为：
释能联合供冷运行模式中，在电价高峰时段、或者可再生发电不足时段，用压缩空气驱动膨胀机发电。和压缩过程类似，膨胀过程一般也采用多级膨胀。
来自与储气室12中的高压力压缩空气，首先到达第一再热器16的空气行程中，与来自高温储罐14中的高温储热介质进行换热，经过再热后的压缩空气温度升高，变为高温高压的压缩空气后，进入膨胀机18，同时第一再热器16的储热介质行程中的储热介质经过换热后温度降低后，进入低温储罐14中储存。
压缩空气经过膨胀机18做功后的空气温度及压力下降，减温减压后的压缩空气，依次经过第二再热器19进行升温，达到设计温度后，进入下一级的膨胀机22中进行进一步膨胀做功，经过再次膨胀做功后，压缩空气的温度压力进一步降低，进入下一级的第二再热器19中换热。经多级膨胀及换热后，达到设计压力及温度后通过空气输出管道20排放至环境大气。
第二再热器19的供冷介质行程中的供冷介质通过第二再热器19的空气行程中的膨胀降温后的压缩空气进行降温，达到供冷温度后的供冷介质输送至用能单元1，实现供冷。
进一步的，释能联合供冷运行模式中，供冷介质供送温度的控制，通过调节第四输送泵21的频率和流量来调节。
释能联合供冷运行模式中，第i级膨胀机18进出口温度及压力满足如下关系：
pout＝pin/β
式中：Tout为膨胀机出口温度；Tin为膨胀机进口温度；η为膨胀机等熵效率；
β为第i级压比；k为绝热指数；pout为膨胀机出口压力；pin为膨胀机进口压力。
当因储能系统运行策略调整，而导致膨胀比减小，膨胀机出口压缩空气温度升高，进而影响到供冷管网的供冷介质的温度，不能满足供冷需要时，供冷管网则不直接进入用能单元1。
当第二再热器19不能满足供冷需要时，第三三通阀22和第四三通阀24的方向切换，让供冷介质进入吸收式热泵4中的吸收器402及冷凝器403中，进行换热。通过吸收式热泵4制冷输送至用能单元1，实现供冷。
进一步的，当压缩空气储能换热制冷及吸收式热泵制冷不能满足用户用冷需求时，系统还配置由压缩式热泵25，用于补充系统不足的冷量。当压缩式热泵在电价高峰时段运行时，优先使用压缩空气储能释能所发电力，以降低运行成本。
进一步的，联合供冷运行模式和释能联合供冷运行模式中，驱动介质换热带走的热量Q1、供冷介质补给的热量Q2，储热介质存储的热量Q3、储电量Q4、发电量Q5及压缩式热泵补充的冷量Q6，系统根据电力及冷量需求，动态调整占比，使满足储电和发电需求的同时，保证供冷。
为了便于说明，将系统图进行如图2所示的简化，重点展示各部分能量交换，具体实现逻辑为：
第一步，根据电网用电调度，或用户用电量需求，首先确定第i级膨胀发电量Q5。
第二步，根据发电量Q5，与膨胀发电机进口温度Tin，质量流量m，及压比β的关系Q5＝f(Tin，m，β)，确定对应的第i级膨胀机的进口温度Tin。
第三步，根据确定对应的第i级膨胀机出口温度Tout。
第四步，第i级膨胀机出口温度Tout与设计的膨胀机最终排空温度对比，其温差为第二再热器对应的再热量，即为对应的第i级可提供的供冷量Q2。
第五步，经过第二再热器后的空气温度与各级膨胀机进口设计温度差值部分由储热单元补充，且最后一级排气不用补充。第一级再热量为由储气室温度补到膨胀机进口温度所需热量，得出各级所需的补充热量Q3，同时该热量也即为压缩阶段所需要储存的储热量Q3。
第六步，根据储电量Q4，得出各级压缩机的产热量，和压缩排气温度。
第七步，根据压缩机产热量与储热量Q3的差值，既可得出驱动介质换热带走的热量Q1。
第八步，进一步计算出驱动热的热的制冷量。
第九步，根据用户总需冷量，与上述系统可制冷量进行对比，即可得出需要压缩式热泵补充的冷量Q6。
第十步，当储能调度信息变更，或用户电量需求量变化后，返回第一步重新确定各部分热量及电量分配。
步骤三，储能联合供热运行模式的具体过程为：
储能联合供热运行模式中的储能过程与储能联合供冷运行模式中的储能过程相同。
驱动介质经过第一换热器7后温度升高至供热所需温度，驱动介质通过第一三通阀5和第二三通阀6切换，不再输入吸收式热泵4，直接输入用能单元1中，实现供热。
步骤四，释能联合供热运行模式的具体过程为：
释能联合供热运行模式的释能过程与释能联合供冷运行模式的的释能过程相同。
第四输送泵21停止运行，供冷介质行程中的供冷介质不参与循环。用能单元1中不足的热量由压缩式热泵25补给，实现供热。
进一步的，储能联合供热运行模式和释能联合供热运行模式中，驱动介质换热带走的热量Q1、储热介质存储的热量Q3、储电量Q4、发电量Q5及压缩式热泵补充的热量Q6，系统根据电力及热量需求，动态调整占比，使满足储电和发电需求的同时，保证供热。
为了便于说明，将系统图进行如图3所示的简化，重点展示各部分能量交换。由于该模式下，用户及膨胀单元均需要热量，因此在相对于模式一和模式二，此两种模式下没有外界热量Q2可以补充到系统膨胀单元，因此其运行逻辑为：
第一步，根据电网用电调度，或用户用电量需求，首先确定第i级膨胀发电量Q5。
第二步，根据发电量Q5，与膨胀发电机进口温度Tin，质量流量m，及压比β的关系Q5＝f(Tin，m，β)，确定对应的第i级膨胀机的进口温度Tin。
第三步，根据确定对应的第i级膨胀机出口温度Tout。
第四步，第i级膨胀机出口温度Tout与各级膨胀机进口设计温度比较，确定需要储热系统补充的热量，且最后一级排气不用补充。第一级再热量为由储气室温度补热到膨胀机进口设计温度所需的热量，得出各级所需的补充热量Q3，同时该热量也即为压缩阶段所需要储存的储热量Q3。
第五步，根据储电量Q4，得出各级压缩机的产热量，和压缩排气温度。
第六步，根据压缩机产热量与储热量Q3的差值，既可得出驱动介质换热带走的热量Q1。
第七步，根据用户总需热量，与上述系统驱动介质换热带走的热量Q1进行对比，即可得出需要压缩式热泵补充的热量Q6。
第八步，当储能调度信息变更，或用户电量需求量变化后，返回第一步重新确定各部分热量及电量分配。
应用例：
本应用例给出一种基于实施例2的包含储能的多能联供工艺，该应用例具体以某10MW绝热型压缩空气储能项目进行分析测算，该储能项目的基本参数包括：充电时长8h，放电时长5h。
压缩空气储能储气装置的设计储存压力8.1MPa，储气温度为40℃。
压缩单元中，第一级压缩机进口为常压0.1MPa进入。压缩机采用4级压缩，达到设计储存压力后储存与储气罐中。
膨胀单元中膨胀机进口压力6.4MPa，2级膨胀，压力降至标准大气压后排放。
标准绝热压缩空气储能系统设计工况下：将压缩热全部存储与储热罐，在膨胀发电阶段，用于预热膨胀机进口气体温度，该项目膨胀机设计进口温度为170℃，经过两级膨胀后，最终排放温度8℃；在标准储能系统设计工况下，系统最终仅输出电力，因此电-电转换效率是衡量系统能效的关键指标，其效率为：
式中，tf、tc分别为放电及储电时长；wf、wc分别为放电及储电功率。
该绝热型压缩空气储能系统的电-电转换效率为：65.76％。
采用本发明进行系统设计后，由于在系统的输出端将不再是单纯的电力输出，还包含有供冷制热的能量，因此本系统的效率也不再是电-电转换效率，而是系统综合效率：
式中，qh、qc分别为供热及供冷功率。
在本发明的系统下，对膨胀机在不同进口温度下的排气温度、发电量及电-电效率进行测算，结果如下表1所示。
表1在本发明的系统下的测算结果
| 进口温度 | ℃ | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
| 膨胀发电功率 | kW | 7066.456 | 7292.113 | 7517.771 | 7743.428 | 7969.085 | 8194.742 | 8420.399 |
| 排气温度 | ℃ | -86.25 | -80.28 | -74.31 | -68.34 | -62.38 | -56.41 | -50.44 |
| 电-电效率 | ％ | 46.47 | 47.95 | 49.44 | 50.92 | 52.40 | 53.89 | 55.37 |
| 进口温度 | ℃ | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 | 160 | 170 |
| 膨胀发电功率 | kW | 8646.057 | 8871.714 | 9097.371 | 9323.028 | 9548.686 | 9774.343 | 10000 |
| 排气温度 | ℃ | -44.47 | -38.50 | -32.53 | -26.57 | -20.60 | -14.63 | -8.66 |
| 电-电效率 | ％ | 56.85 | 58.34 | 59.82 | 61.31 | 62.79 | 64.27 | 65.76 |
在冷-电联产工况下，对在发电量、各部分制冷量及综合效率进行测算，结果入下表2所示。
表2在冷-电联产工况下的测算结果
| 进口温度 | ℃ | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
| 膨胀发电功率 | kW | 7066.456 | 7292.113 | 7517.771 | 7743.428 | 7969.085 | 8194.742 | 8420.399 |
| Q2 | kW | 5356.748 | 5017.529 | 4678.31 | 4339.091 | 3999.871 | 3660.652 | 3321.433 |
| Q3 | kW | 1477.732 | 2046.091 | 2614.449 | 3182.807 | 3751.166 | 4319.524 | 1477.732 |
| Q1 | kW | 6556.412 | 6130.144 | 5703.875 | 5277.606 | 4851.337 | 4425.068 | 3998.799 |
| 综合效率 | ％ | 89.58 | 88.26 | 86.94 | 85.62 | 84.30 | 82.98 | 81.67 |
| 进口温度 | ℃ | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 | 160 | 170 |
| 膨胀发电功率 | kW | 8646.057 | 8871.714 | 9097.371 | 9323.028 | 9548.686 | 9774.343 | 10000 |
| Q2 | kW | 2982.214 | 2642.994 | 2303.775 | 1964.556 | 1625.337 | 1286.117 | 946.8983 |
| Q3 | kW | 4887.883 | 5456.241 | 6024.6 | 6592.958 | 7161.317 | 7729.675 | 8298.034 |
| Q1 | kW | 3572.53 | 3146.261 | 2719.993 | 2293.724 | 1867.455 | 1441.186 | 1014.917 |
| 综合效率 | ％ | 80.35 | 79.03 | 77.71 | 76.39 | 75.07 | 73.75 | 72.43 |
在热-电联产工况下，对发电量、各部分供热功率及综合效率进行测算，结果入下表3所示：
表3在热-电联产工况下的测算结果
通过以上数据分析，可以看出，在实现热电解耦后，改变了膨胀机进气温度，使得电-电转换效率有所降低(见表1数据)。但是由于用户不仅需要电力供应，还有冷热需求，在热电解耦后，合理分配热电比例，同时引入供热制冷时候的外界低温余热，使得系统综合能效较原绝热压缩空气储能系统效率有了明显提高(见表2、表3数据)。因此本发明具有很好的实际工程意义。
Claims (10)
1.一种包含储能的多能联供工艺，其特征在于，该工艺采用包含储能的多能联供系统；该工艺包括储能联合供冷运行模式、释能联合供冷运行模式、储能联合供热运行模式、释能联合供热运行模式；
所述的包含储能的多能联供系统包括用能单元(1)，用能单元(1)的输出端连接有分水器(2)，用能单元(1)的输入端连接有集水器(3)；
还包括吸收式热泵(4)，吸收式热泵(4)中设置有蒸发器(401)、吸收器(402)、冷凝器(403)和发生器(404)；
所述的分水器(2)的第一端与第一三通阀(5)的输入端相连，第一三通阀(5)的第一输出端与吸收式热泵(4)中的发生器(404)的管程输入端相连，发生器(404)的管程输出端与第二三通阀(6)的第一输入端相连，第二三通阀(6)的输出端与集水器(3)的第一端相连；
所述的分水器(2)的第二端与吸收式热泵(4)中的蒸发器(401)的管程输入端相连，蒸发器(401)的管程输出端与集水器(3)的第二端相连；
所述的第一三通阀(5)的第二输出端通过管路与多级第一换热器(7)的驱动介质行程的输入端相连，多级第一换热器(7)的驱动介质行程并联设置，多级第一换热器(7)的驱动介质行程的输出端通过管路与第一输送泵(8)相连，第一输送泵(8)与第二三通阀(6)的第二输入端相连；
所述的多级第一换热器(7)的空气介质行程串联设置，多级第一换热器(7)一一对应设置有多级压缩机(9)和多级第二换热器(10)，每个压缩机(9)的出口与一个对应的第一换热器(7)的空气行程的输入端相串连，每个第一换热器(7)的空气行程的输出端与一个对应的第二换热器(10)的空气行程的输入端相串连，第二换热器(10)的空气行程的输出端与对应的一个压缩机(9)的输入端相串联，其中第一级压缩机(9)的输入端与空气输入管道(11)相连，最后一级第二换热器(10)的空气行程的输出端与储气室(12)的输入端相连；
所述的多级第二换热器(10)的储热介质行程的输入端分别通过第二输送泵(13)与低温储罐(14)的输出端相连，多级第二换热器(10)的储热介质行程并联设置，多级第二换热器(10)的储热介质行程的输出端分别与高温储罐(15)的输入端相连；
所述的高温储罐(15)的输出端与多级第一再热器(16)的储热介质行程的输入端相连，多级第一再热器(16)的储热介质行程并联设置，多级第一再热器(16)的储热介质行程的输出端分别与第三输送泵(17)相连，第三输送泵(17)与低温储罐(14)的输入端相连；
所述的多级第一再热器(16)的空气介质行程串联设置，多级第一再热器(16)一一对应设置有多级膨胀机(18)和多级第二再热器(19)，每个膨胀机(18)的输入端与一个对应的第一再热器(16)的空气行程的输出端相串连，第一再热器(16)的空气行程的输入端与一个对应的第二再热器(19)的空气行程的输出端相串连，第二再热器(19)的空气行程的输入端与对应的膨胀机(18)的输出端相串联，其中第一级第一再热器(16)的空气行程的输入端与储气室(12)的输出端相连，最后一级膨胀机(18)的输出端与空气输出管道(20)相连；
所述的分水器(2)的第三端通过第四输送泵(21)与第三三通阀(22)的第一输入端相连，第三三通阀(22)的输出端与多级第二再热器(19)的供冷介质行程的输入端相连，多级第二再热器(19)的供冷介质行程并联设置，多级第二再热器(19)的供冷介质行程的输出端均与第四三通阀(24)的输入端相连，第四三通阀(24)的第一输出端与集水器(3)的第三端相连；
所述的第四三通阀(24)的第二输出端与吸收式换热泵(4)的吸收器(402)的管程输入端相连，吸收器(402)的管程输出端与冷凝器(403)的管程输入端相连，冷凝器(403)的管程输出端与所述的第三三通阀(22)的第二输入端相连；
所述的分水器(2)的第四端还与压缩式热泵(25)的输入端相连，压缩式热泵(25)的输出端与集水器(3)的第四端相连；
步骤一，所述的储能联合供冷运行模式的具体过程为：
常压空气首先通过空气输入管道(11)，进入一级的压缩机(8)，经过压缩空的空气温度及压力升高；高温高压的压缩空气，依次经过第一换热器(7)、第二换热器(10)冷却降温，达到设计温度后，进入二级的压缩机(8)中进行进一步升压，经过再次压缩后，产生的高温高压的压缩空气，依次再经过第一换热器(7)、第二换热器(10)冷却降温；经多级压缩及冷却后，达到设计压力及温度后输入储气室(12)中，实现储能；
经过第一换热器(7)换热后的高温压缩空气，再进入第二换热器(10)中，与来自低温储罐(14)中的储热介质发生热交换，经过换热后的压缩空气温度降低，同时储热介质温度升高后进入高温储罐(15)中储存，实现储能；
压缩机(9)输出口的高温空气与第一换热器(7)进行换热后，将热量传递给吸收式热泵(4)的驱动介质，驱动介质通过第一三通阀(5)和第二三通阀(6)切换，进入吸收式热泵(4)的发生器(404)中用于驱动吸收式热泵(4)中的蒸发器(401)制冷，蒸发器(401)的管程中的介质制冷后输入用能单元(1)实现供冷；
步骤二，所述的释能联合供冷运行模式的具体过程为：
来自与储气室(12)中的高压力压缩空气，首先到达第一再热器(16)的空气行程中，与来自高温储罐(14)中的高温储热介质进行换热，经过再热后的压缩空气温度升高，变为高温高压的压缩空气后，进入膨胀机(18)，同时第一再热器(16)的储热介质行程中的储热介质经过换热后温度降低后，进入低温储罐(14)中储存；
压缩空气经过膨胀机(18)做功后的空气温度及压力下降，减温减压后的压缩空气，依次经过第二再热器(19)进行升温，达到设计温度后，进入下一级的膨胀机(22)中进行进一步膨胀做功，经过再次膨胀做功后，压缩空气的温度压力进一步降低，进入下一级的第二再热器(19)中换热；经多级膨胀及换热后，达到设计压力及温度后通过空气输出管道(20)排放至环境大气；
所述的第二再热器(19)的供冷介质行程中的供冷介质通过第二再热器(19)的空气行程中的膨胀降温后的压缩空气进行降温，达到供冷温度后的供冷介质输送至用能单元(1)，实现供冷；
当第二再热器(19)不能满足供冷需要时，第三三通阀(22)和第四三通阀(24)的方向切换，让供冷介质进入吸收式热泵(4)中的吸收器(402)及冷凝器(403)中，进行换热；通过吸收式热泵(4)制冷输送至用能单元(1)，实现供冷；
步骤三，所述的储能联合供热运行模式的具体过程为：
所述的储能联合供热运行模式中的储能过程与所述的储能联合供冷运行模式中的储能过程相同；
驱动介质经过第一换热器(7)后温度升高至供热所需温度，驱动介质通过第一三通阀(5)和第二三通阀(6)切换，不再输入吸收式热泵(4)，直接输入用能单元(1)中，实现供热；
步骤四，所述的释能联合供热运行模式的具体过程为：
所述的释能联合供热运行模式的释能过程与所述的释能联合供冷运行模式的的释能过程相同；
第四输送泵(21)停止运行，供冷介质行程中的供冷介质不参与循环；用能单元(1)中不足的热量由压缩式热泵(25)补给，实现供热。
2.如权利要求1所述的包含储能的多能联供工艺，其特征在于，所述的储能联合供冷运行模式中，第i级压缩机(8)进出口温度及压力满足如下关系：
pout＝pinβ；
式中：Tout为压缩机出口温度；Tin为压缩机进口温度；η为压缩机等熵效率；β为第i级压比；k为绝热指数；pout为压缩机出口压力；pin为压缩机进口压力。
3.如权利要求1所述的包含储能的多能联供工艺，其特征在于，所述的释能联合供冷运行模式中，第i级膨胀机(18)进出口温度及压力满足如下关系：
pout＝pin/β；
式中：Tout为膨胀机出口温度；Tin为膨胀机进口温度；η为膨胀机等熵效率；
β为第i级压比；k为绝热指数；pout为膨胀机出口压力；pin为膨胀机进口压力。
4.如权利要求1所述的包含储能的多能联供工艺，其特征在于，联合供冷运行模式和释能联合供冷运行模式中，驱动介质换热带走的热量、供冷介质补给的热量，储热介质存储的热量、储电量、发电量及压缩式热泵补充的冷量，系统根据电力及冷量需求，动态调整占比，使满足储电和发电需求的同时，保证供冷。
5.如权利要求1所述的包含储能的多能联供工艺，其特征在于，储能联合供热运行模式和释能联合供热运行模式中，驱动介质换热带走的热量、储热介质存储的热量、储电量、发电量及压缩式热泵补充的热量，系统根据电力及热量需求，动态调整占比，使满足储电和发电需求的同时，保证供热。
6.如权利要求1所述的包含储能的多能联供工艺，其特征在于，储能联合供冷运行模式中，驱动介质经过第一换热器(7)后的温升的控制通过调节第一输送泵(8)的频率和流量来调节。
7.如权利要求1所述的包含储能的多能联供工艺，其特征在于，释能联合供冷运行模式中，供冷介质供送温度的控制，通过调节第四输送泵(21)的频率和流量来调节。
8.如权利要求1所述的包含储能的多能联供工艺，其特征在于，所述的每个压缩机(9)对应连接有一个驱动电机(26)。
9.如权利要求1所述的包含储能的多能联供工艺，其特征在于，所述的每个膨胀机(18)对应连接有一个发电机(23)。
10.如权利要求1所述的包含储能的多能联供工艺，其特征在于，所述的吸收式热泵(4)中，蒸发器(401)的壳程与吸收器(402)的壳程相连通；冷凝器(403)的壳程与发生器(404)的壳程相连通。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311226956.9A CN117213101A (zh) | 2023-09-21 | 2023-09-21 | 一种包含储能的多能联供工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311226956.9A CN117213101A (zh) | 2023-09-21 | 2023-09-21 | 一种包含储能的多能联供工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117213101A true CN117213101A (zh) | 2023-12-12 |
Family
ID=89045923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311226956.9A Pending CN117213101A (zh) | 2023-09-21 | 2023-09-21 | 一种包含储能的多能联供工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117213101A (zh) |
-
2023
- 2023-09-21 CN CN202311226956.9A patent/CN117213101A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104279012B (zh) | 一种基于深冷储能的核电调峰系统 | |
| CN207795526U (zh) | 一种适用于电网调峰带强迫预冷的压缩空气储能系统 | |
| CN111306842A (zh) | 适应不同季节的变工况多能联供系统及方法 | |
| CN204923571U (zh) | 基于热泵技术和压缩空气蓄电技术的热电冷三联供系统 | |
| CN105135751A (zh) | 基于热泵技术和压缩空气蓄电技术的热电冷三联供系统 | |
| CN111173719A (zh) | 一种带有预热蒸发器的液化空气储能系统 | |
| CN213392296U (zh) | 联合发电系统 | |
| CN216408920U (zh) | 一种双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统 | |
| CN106677988B (zh) | 一种风光储能系统 | |
| CN211900714U (zh) | 一种热泵蓄能系统 | |
| CN113294243A (zh) | 氢气与液态空气的联合储能发电系统 | |
| CN117052494A (zh) | 一种多级稳压硐穴式绝热压缩空气储能电站系统 | |
| CN112253269A (zh) | 结合液态空气储能的双向调峰输电系统及方法 | |
| CN209959302U (zh) | 热电联产与压缩空气相结合的储能装置 | |
| CN116292202A (zh) | 与光热发电耦合的压缩空气储能系统及方法 | |
| CN114658504B (zh) | 一种多级压缩空气储能和热泵储电耦合储能系统 | |
| CN220870963U (zh) | 一种包含储能的多能联供系统 | |
| CN216408919U (zh) | 一种梯级余热回收热泵蒸汽系统 | |
| CN215633352U (zh) | 氢气与液态空气的联合储能发电系统 | |
| CN117213101A (zh) | 一种包含储能的多能联供工艺 | |
| CN211777626U (zh) | 液态空气储能系统 | |
| CN114370391A (zh) | 一种超临界压缩空气储能系统 | |
| CN114382565A (zh) | 一种冷热电联产的储能发电系统 | |
| CN112112694A (zh) | 压缩热自消纳的液态空气储能系统及方法 | |
| CN220687533U (zh) | 一种压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |