CN205503202U - 太阳能热动力储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种储能系统，具体的说是太阳能热动力储能系统，属于能量储存技术领域。其包括太阳能集热系统、压缩储能系统和热动力膨胀系统，通过光伏发电装置发电驱动高压压缩机工作，外部电能通过电站电网驱动高压压缩机和低压压缩机工作，通过膨胀机膨胀发电释放能量。本实用新型能够将电站电网低谷电能及白天太阳能光伏发电多余电量进行储能，充分利用太阳能光伏发电和阳光热动力储存热量发电，提高了能量的利用效率，降低了发电成本，提高了经济效益。

Description

太阳能热动力储能系统

技术领域

本实用新型涉及一种储能系统，具体的说是太阳能热动力储能系统，属于能量储存技术领域。

背景技术

近年来，我国电力电网中的大型机组不断增多，电力系统的自身功率调节能力受到限制，而社会电力负荷的峰谷比却不断增大，电力部门不得不根据最大负荷要求建设传统发电能力。造成了大量发电能力的过剩和浪费。因此迫切需要经济、可靠、 高效的电力系统以及与之相配套电力储能系统。

电力储能系统目前已经演变成为制约可再生能源大规模利用的最重要瓶颈之一，当前世界各国纷纷将发展可再生能源作为国家能源发展的重要战略，但目前如风能、太阳能等主要的可再生能源均是间歇式不稳定的波动能源，如何利用储能技术将这些间歇式能源利用起来，是提高可再生能源比例必须解决的问题。

分布式能源系统采用大量小型分布式电力系统代替常规大型集中式电力系统，具有能源综合利用、热效率高、低污染 等优点。但同时由于线路、运行等原因造成的系统故障率会高于常规大型集中式电力系统。电力储能系统也已经成为分布式能源系统的关键与核心技术。因此，采用电力储能系统作为 负荷平衡装置和备用电源是分布式能源系统必须采用的有效工具。

已有电力储能技术包括抽水电站 、压缩空气、蓄电池、飞轮、超级电容、超导磁能等。但由于容量、储能周期、能量密度、充放电效率、寿命、运行费用、环保等原因，目前已在大型商业系统中运行的只有抽水电站和压缩空气两种。

抽水电站储能系统具有技术成熟、效率高、容量大、储能周期不受限制等优点。但是抽水电站储能系统需要特殊的地理条件建造两个水 库和水坝，建设周期很长，初期投资巨大，因此建造抽水电站储能系统受到了 越来越大的限制。

传统压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术开发的一种储能系统。压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、效率高和单位投资相对较小等优点。但是，传统压缩空气储能系统不是一项独立的技术，它必须同燃气轮机电站配套使用，不能适合其他类型，如风能和太阳能等电站。特别不适合我国已不提倡燃气燃油发电的能源战略。而且其燃烧仍然产生氮化物、硫 化物和二氧化碳等污染物，不符合绿色、可再生的能源发展要求。由于储能密度低，压缩空气储能系统也需要特定的地理条件建造大型储气室，从而大大限制了压缩空气储能系统的应用范围。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种太阳能热动力储能系统，能够将电站低谷电能及白天太阳能光伏发电多余电量进行储能，充分利用太阳能光伏发电和电站电能，提高了能量的利用效率，降低了发电成本，提高了经济效益。

按照本实用新型提供的技术方案，太阳能热动力储能系统包括太阳能集热系统、压缩储能系统和热动力膨胀系统，其特征是：太阳能集热系统包括太阳能集热器和集热换热器，太阳能集热器通过集热循环管连接位于高温储热换热槽中的集热换热器；压缩储能系统包括光伏发电装置、电站电网、高温储热换热槽、高温蒸发/冷凝换热器、高压压缩机、低压压缩机、低温汽液分离器、储液器、低温蒸发/冷凝换热器和低温储冷换热槽，光伏发电装置通过驱动电机连接高压压缩机，电站电网通过驱动电机连接高压压缩机和低压压缩机，通过光伏发电装置发电能够驱动高压压缩机工作，电站电网发电能够驱动高压压缩机和低压压缩机工作；低压压缩机一端通过管路连接中温冷凝/蒸发换热器，低压压缩机和中温冷凝/蒸发换热器之间的管路上设有换向阀；中温冷凝/蒸发换热器通过管路连接储液器，储液器通过管路连接位于低温储冷换热槽中的低温蒸发/冷凝换热器；低温蒸发/冷凝换热器通过管路连接低温汽液分离器，低温汽液分离器通过管路连接低压压缩机，低温储冷换热槽内充满储冷介质，储冷介质能够进行蓄冷；换向阀通过管路连接高压压缩机，高压压缩机通过管路连接位于高温高温储热换热槽中的高温蒸发/冷凝换热器，高温蒸发/冷凝换热器通过管路连接高温汽液分离器，高温汽液分离器通过管路连接储液器，高温高温储热换热槽内充满储热介质，储热介质能够进行蓄热；热动力膨胀系统包括膨胀机和回热器，膨胀机一端通过管路连接高温汽液分离器，膨胀机另一端通过管路连接回热器，回热器一端通过管路连接低温储冷换热槽中的低温蒸发/冷凝换热器，回热器另一端通过管路连接低温汽液分离器；回热器和高温汽液分离器通过管路连接。

进一步的，集热循环管上设有集热循环泵。

进一步的，储液器和低温蒸发/冷凝换热器之间的管路上设有低温节流阀。

进一步的，高温汽液分离器和储液器之间的管路上设有高温节流阀。

进一步的，回热器和低温汽液分离器之间的管路上设有液体泵。

进一步的，回热器和储液器之间通过管路连接，回热器和储液器之间的管路上设有平衡供液泵。

进一步的，膨胀机的输出端上连接发电机。

进一步的，蓄热介质能够采用水、石蜡、奈、生物质油、无机类结晶水合盐、熔融盐或有机类脂肪酸。

本实用新型与已有技术相比具有以下优点：

本实用新型结构简单、紧凑、合理，能够将电站低谷电能及白天太阳能光伏发电多余电量进行储能，充分利用太阳能光伏发电和电站电能，提高了能量的利用效率，降低了发电成本，提高了经济效益；本实用新型的能量密度高、储能效率高、储能周期不受限制，适用于各种类型特别是可再生能源电站以及已建成电站的扩容改造，具有广阔的使用前景；对环境友好、可回收余热、余冷（白天提供制冷、夜晚提供供暖）为建筑物提供空调环境或为农业大棚、渔业养殖水塘提供恒温空调环境；提高电站土地和资源使用效率。

附图说明

图1为本实用新型主视图。

附图标记说明：1-太阳能集热器、2-高温储热换热槽、3-集热换热器、4-高温蒸发/冷凝换热器、5-集热循环管、6-集热循环泵、7-高温汽液分离器、8-膨胀机、9-回热器、10-高压压缩机、11-中温冷凝/蒸发换热器、12-换向阀、13-低压压缩机、14-低温汽液分离器、15-液体泵、16-高温节流阀、17-平衡供液泵、18-储液器、19-低温节流阀、20-低温蒸发/冷凝换热器、21-低温储冷换热槽、22-光伏发电装置。

具体实施方式

下面本实用新型将结合附图中的实施例作进一步描述：

如图1所示，本实用新型主要包括太阳能集热系统、压缩储能系统和热动力膨胀系统。

太阳能集热系统包括太阳能集热器1和集热换热器3，太阳能集热器1通过集热循环管5连接位于高温储热换热槽2中的集热换热器3，所述集热循环管5上设有集热循环泵6。本实用新型通过太阳能集热系统收集热量，提高储能效率。在白天，利用太阳能集热系统的太阳能集热器收集太阳热能，集热循环泵通过集热管线将热量通过导热介质（如导热油）将热量输送到集热换热器，导热介质使得高温储热换热槽中的储热介质加热发生相变（如奈由固体转化为液体）进行再次蓄热，从而再次提高了储热能量。

压缩储能系统包括光伏发电装置22、电站电网、高温储热换热槽2、高温蒸发/冷凝换热器4、高压压缩机10、低压压缩机13、低温汽液分离器14、储液器18、低温蒸发/冷凝换热器20和低温储冷换热槽21，光伏发电装置22通过驱动电机连接高压压缩机10，电站电网通过驱动电机连接高压压缩机10和低压压缩机13，通过光伏发电装置22发电能够驱动高压压缩机10工作，电站电网发电能够驱动高压压缩机10和低压压缩机13工作。

低压压缩机13一端通过管路连接中温冷凝/蒸发换热器11，低压压缩机13和中温冷凝/蒸发换热器11之间的管路上设有换向阀12。中温冷凝/蒸发换热器11通过管路连接储液器18，储液器18通过管路连接位于低温储冷换热槽21中的低温蒸发/冷凝换热器20，储液器18和低温蒸发/冷凝换热器20之间的管路上设有低温节流阀19。低温蒸发/冷凝换热器20通过管路连接低温汽液分离器14，低温汽液分离器14通过管路连接低压压缩机13。低温储冷换热槽21内充满储冷介质，储冷介质能够进行蓄冷。

换向阀12通过管路连接高压压缩机10，高压压缩机10通过管路连接位于高温高温储热换热槽2中的高温蒸发/冷凝换热器4，高温蒸发/冷凝换热器4通过管路连接高温汽液分离器7，高温汽液分离器7通过管路连接储液器18，所述高温汽液分离器7和储液器18之间的管路上设有高温节流阀16。高温储热换热槽2内充满储热介质，储热介质能够进行蓄热。蓄热介质能够采用水、石蜡、奈、生物质油、无机类结晶水合盐、熔融盐或有机类脂肪酸。

压缩储能系统在夜间工作时，利用电站电网多余的电能驱动驱动电机工作，驱动电机又带动低压压缩机工作，并将一定量的制冷剂压缩到中温冷凝/蒸发换热器中，利用夜间较低的温度进行冷凝， 冷凝后的液体被回收并存储在储液器中，多余的液体通过低温节流阀节流到低温蒸发/冷凝换热器中，将低温储冷换热槽中的储冷介质冷却发生相变（如液态水为介质转化为冰）进行蓄冷。

压缩储能系统在白天工作时，利用光伏发电装置高峰时的多余电能或是电站电网的多余电能驱动高压压缩机工作，并通过换向阀使储液器中的制冷剂在中温冷凝/蒸发换热器中利用白天较高温度进行蒸发，蒸发后的汽体被高压压缩机压缩到高温蒸发/冷凝换热器中冷凝，冷凝后液体存储在高温汽液分离器中，多余的液体通过高温节流阀节流后回到储液器中，高温制冷剂使得高温储热换热槽中的储热介质加热发生相变（如以固体奈为介质转化为液体）进行蓄热。

热动力膨胀系统包括膨胀机8和回热器9，膨胀机8一端通过管路连接高温汽液分离器7，膨胀机8另一端通过管路连接回热器9，回热器9一端通过管路连接低温储冷换热槽21中的低温蒸发/冷凝换热器20，回热器9另一端通过管路连接低温汽液分离器14。所述回热器9和低温汽液分离器14之间的管路上设有液体泵15。回热器9和高温汽液分离器7通过管路连接。膨胀机8的输出端上连接发电机，通过发电机向外输出电能。

回热器9和储液器18之间通过管路连接，回热器9和储液器18之间的管路上设有平衡供液泵17，通过平衡供液泵调节循环系统制冷工质的平衡。

本实用新型通过热动力膨胀系统实现对外做功释放能量，在需要向外释放电能时，制冷剂在高温蒸发/冷凝换热器中蒸发，进入膨胀机，高温、高压制冷剂在膨胀机中膨胀，膨胀机的传动轴与发电机连接，带动发电机发电对外输出电能。做功膨胀后的制冷剂通过回热器进入低温蒸发/冷凝换热器中冷凝，同时将低温储冷换热槽中的储冷介质加热发生相变（如冰转化为水）进行放热。冷凝液体可由液体泵通过管路及回热器返回到高温汽液分离器。

本实用新型的中温冷凝/蒸发换热器能够回收系统余热、余冷（白天提供制冷、夜晚提供供暖）为建筑物提供空调环境或为农业大棚、渔业养殖水塘提供恒温空调环境。

本实用新型公开了一种太阳能热动力储能系统，为新型储能系统，涉及能量储存技术。本实用新型采用电站低谷(低价)电能及白天太阳能光伏发电多余电量将制冷剂压缩，通过低温储冷换热槽、高温储热换热槽将能量以蓄冷及蓄热的方式存储起来，并利用太阳能集热装置收集存储更多的热能量。在用电高峰，制冷剂在高温储热换热槽获取热量后膨胀、通过制冷剂在膨胀机内膨胀做功，膨胀机驱动发电机发电( 释能) 释放出所蓄能量、制冷剂在低温储冷换热槽中获取冷量后冷凝。由于本系统除压缩蓄能外，还通过太阳能集热装置收集存储了额外的能量，所以本实用新型系统具有比其他单一蓄能系统能量密度、效率更高、并不受储能周期和地理条件限制、也适用于各种 ( 包括风能等其他可再生能源电站) 电站、本实用新型的系统对环境友好、其低位余热、余冷量也可直接用于局部环境调节系统加以二次利用。

Claims (10)

1.一种太阳能热动力储能系统，包括太阳能集热系统、压缩储能系统和热动力膨胀系统，其特征是：太阳能集热系统包括太阳能集热器（1）和集热换热器（3），太阳能集热器（1）通过集热循环管（5）连接位于高温储热换热槽（2）中的集热换热器（3）；压缩储能系统包括光伏发电装置（22）、电站电网、高温储热换热槽（2）、高温蒸发/冷凝换热器（4）、高压压缩机（10）、低压压缩机（13）、低温汽液分离器（14）、储液器（18）、低温蒸发/冷凝换热器(20)和低温储冷换热槽（21），光伏发电装置（22）通过驱动电机连接高压压缩机（10），电站电网通过驱动电机连接高压压缩机（10）和低压压缩机（13），通过光伏发电装置（22）发电能够驱动高压压缩机（10）工作，电站电网发电能够驱动高压压缩机（10）和低压压缩机（13）工作；低压压缩机(13)一端通过管路连接中温冷凝/蒸发换热器(11)，低压压缩机(13)和中温冷凝/蒸发换热器(11)之间的管路上设有换向阀(12)；中温冷凝/蒸发换热器（11）通过管路连接储液器（18），储液器（18）通过管路连接位于低温储冷换热槽（21）中的低温蒸发/冷凝换热器（20）；低温蒸发/冷凝换热器（20）通过管路连接低温汽液分离器（14），低温汽液分离器（14）通过管路连接低压压缩机（13），低温储冷换热槽（21）内充满储冷介质，储冷介质能够进行蓄冷；换向阀（12）通过管路连接高压压缩机（10），高压压缩机（10）通过管路连接位于高温储热换热槽（2）中的高温蒸发/冷凝换热器（4），高温蒸发/冷凝换热器（4）通过管路连接高温汽液分离器（7），高温汽液分离器（7）通过管路连接储液器（18），高温储热换热槽（2）内充满储热介质，储热介质能够进行蓄热；热动力膨胀系统包括膨胀机（8）和回热器（9），膨胀机（8）一端通过管路连接高温汽液分离器（7），膨胀机（8）另一端通过管路连接回热器（9），回热器（9）一端通过管路连接低温储冷换热槽（21）中的低温蒸发/冷凝换热器（20），回热器（9）另一端通过管路连接低温汽液分离器（14）；回热器（9）和高温汽液分离器（7）通过管路连接。

2.如权利要求1所述的太阳能热动力储能系统，其特征是：所述集热循环管（5）上设有集热循环泵（6）。

3.如权利要求1所述的太阳能热动力储能系统，其特征是：所述储液器（18）和低温蒸发/冷凝换热器（20）之间的管路上设有低温节流阀（19）。

4.如权利要求1所述的太阳能热动力储能系统，其特征是：所述高温汽液分离器（7）和储液器（18）之间的管路上设有高温节流阀（16）。

5.如权利要求1所述的太阳能热动力储能系统，其特征是：所述回热器（9）和低温汽液分离器（14）之间的管路上设有液体泵（15）。

6.如权利要求1所述的太阳能热动力储能系统，其特征是：所述回热器（9）和储液器（18）之间通过管路连接，回热器（9）和储液器（18）之间的管路上设有平衡供液泵（17）。

7.如权利要求1所述的太阳能热动力储能系统，其特征是：所述膨胀机（8）的输出端上连接发电机。

8.如权利要求1所述的太阳能热动力储能系统，其特征是：所述蓄热介质能够采用水、石蜡、奈、生物质油、无机类结晶水合盐、熔融盐或有机类脂肪酸。

9.如权利要求1所述的太阳能热动力储能系统，其特征是：所述高压压缩机（10）和低压压缩机（13）为活塞式压缩机、轴流式压缩机、离心式压缩机、螺杆式压缩机、涡旋式、滚动转子式压缩机或混合式压缩机。

10.如权利要求1所述的太阳能热动力储能系统，其特征是：所述膨胀机（8）为活塞式膨胀机、轴流式膨胀机、向心式膨胀机、螺杆式膨胀机、涡旋式膨胀机、滚动转子式或混合式膨胀机。