CN208330637U - 基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统，包括压缩空气储能系统和膨胀发电系统，以及与熔融盐‑空气换热装置连通的熔融盐储热系统，熔融盐储热系统通过管道连接太阳能光热系统；还包括新能源发电系统和数据智能处理控制中心。本实用新型通过压缩空气储释能与熔融盐储释能系统复合利用，实现了对分布式能源中的电力和热力存储，可根据用户终端的需求，前端能源采用电热分储的模式，并确定分储最优比例，采用最直接的能源供给方式，最大可能避免电‑热转换、电‑机械能‑热能转换带来的转换效率损失，提升能源的综合利用效率，使能源供给侧与用户需求侧实现了动态平衡匹配，满足了用户侧对冷、热、电的具体能源需求。

Description

基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统
技术领域
本实用新型涉及智慧能源集成互联领域，尤其涉及到一种基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统。
背景技术
随着我国工业化进程的不断发展，在过去的能源利用结构中有两大突出问题逐渐显露，一是在能源结构组成上过分依赖传统化石能源；二是能源的地域分布极不对称；在国家绿色发展理念的不断倡导下，在低碳环保的政策的不断引导下，一场以新能源技术与互联网技术相结合的新能源互联变革已然爆发；而微能源网作为能源互联网的重要组成部分，将是未来能源系统发展的重要方向。微能源网可以对分布式能源进行就地消化、就地平衡，同时也可以和公共电网进行能量交换；各微能源网可自我智能调配供给与需求，也可与各微能源子网之间建立区块连接，实现广域的能源共享，通过智能调度、调配，平衡能源供给侧与需求侧的不对称波动，实现能源利用效率的最大化。目前，微能源网的设计、建设虽然引入了大规模、多种类分布式能源系统，但是配置的储释能系统过于单一，很难满足对前端输入能源的全部快速消纳，也很难及时按后端能源需求的形式做出对称能源形式的输出。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供一种基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统，其储释能覆盖范围更广，需求满足性更高，可全自动调配，有效平衡前端供给与后端需求的变化。
本实用新型是通过如下技术方案实现的，提供一种基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统，包括通过熔融盐-空气换热装置连接的压缩空气储能系统和膨胀发电系统，以及与所述熔融盐-空气换热装置连通的熔融盐储热系统，所述熔融盐储热系统通过管道连接太阳能光热系统；
还包括与所述熔融盐-空气换热装置、压缩空气储能系统、膨胀发电系统、熔融盐储热系统和太阳能光热系统电连接的新能源发电系统，以及与所述熔融盐-空气换热装置、压缩空气储能系统、膨胀发电系统、熔融盐储热系统、太阳能光热系统和新能源发电系统电连接的数据智能处理控制中心。
本方案通过压缩空气储能系统储存空气压缩能，需要时，将压缩空气供给膨胀发电系统进行发电，同时通过熔融盐-空气换热装置将压缩空气加热，提高发电效率，换热后的熔融盐回至熔融盐储热系统；通过太阳能光热系统对熔融盐储热系统内的熔融盐进行加热，实现热能的存储，通过新能源发电系统给各部分供送电能，并通过数据智能处理控制中心进行整个系统的控制，各子系统的控制器反馈的信息在处理控制中心产生交换及相互作用，而后通过数据处理控制中心的计算和分析，输出网络拓扑结构中各子系统对应且相互耦合的执行信号。
作为优化，还包括与所述新能源发电系统电连接的电驱动式制冷装置和热驱动式制冷装置，所述热驱动式制冷装置的热输入端与所述熔融盐储热系统连通。本优化方案中的电驱动式制冷装置通过新能源发电系统的电能进行制冷，热驱动式制冷装置通过熔融盐储热系统的热能进行制冷，二者形成供用户使用的冷量能源网。
作为优化，所述熔融盐储热系统包括与所述熔融盐-空气换热装置和太阳能光热系统连通的熔融盐高温罐，以及与所述熔融盐高温罐通过安装有熔融盐输送泵的管道连通的熔融盐加热装置和熔融盐换热装置，所述熔融盐换热装置与所述热驱动式制冷装置的热输入端连通。本优化方案中通过熔融盐高温罐存放熔融盐，经过熔融盐-空气换热装置和熔融盐换热装置换热后的低温熔融盐回流至熔融盐高温罐，熔融盐高温罐内的低温熔融盐在熔融盐输送泵的作用下流经太阳能光热系统和熔融盐加热装置，被太阳能光热系统和熔融盐加热装置加热的熔融盐回至熔融盐高温罐后供再次使用。
作为优化，还包括与所述熔融盐换热装置的冷介质输出端连通的熔融盐低温罐，所述熔融盐低温罐通过安装有熔融盐输送泵的管道与熔融盐高温罐连通。本方案通过在熔融盐换热装置的冷介质输出端与熔融盐高温罐之间设置熔融盐低温罐，增大了熔融盐的流动总量，提高了系统应用效率。
作为优化，所述熔融盐-空气换热装置包括熔融盐-空气换热器，以及将所述熔融盐-空气换热器的介质出口、介质入口与所述熔融盐高温罐连通的中间管道，与所述介质入口连通的中间管道上安装有熔融盐输送泵。本优化方案通过熔融盐输送泵实现熔融盐的循环，并在熔融盐-空气换热器中与压缩空气发生热交换，换热效率高，而且结构简单，使用和维护成本低。
作为优化，还包括与所述数据智能处理控制中心电连接的人机交互终端，所述人机交互终端包括浏览器、手机或穿戴装备。通过设置人机交互终端，可以方便对系统运行情况进行查看和控制，保证了系统的顺利安全运行。
作为优化，所述太阳能光热系统包括槽式太阳能光热系统、塔式太阳能光热系统、菲涅尔式太阳能光热系统或蝶式太阳能光热系统。本优化方案的光热系统加热效率高，更加适合本能源网系统的换热使用。
作为优化，所述压缩空气储能系统包括与所述新能源发电系统电连接的空气压缩装置，以及进气端与所述空气压缩装置连通的高压储气装置，所述高压储气装置的出气端通过熔融盐-空气换热装置与膨胀发电系统连通。本优化方案通过空气压缩装置进行空气压缩，并将压缩空气存入高压储气装置进行储能，需要时，将压缩空气输出给膨胀发电系统进行发电，并在输出时利用熔融盐-空气换热装置对压缩空气进行加热，进一步提高了发电效率。
本实用新型的有益效果为：将压缩空气储释能与熔融盐储释能系统复合利用，形成一套电热复合综合储释能系统，不仅实现了对分布式能源中的电力存储，而且实现了对分布式能源中的热力存储；可根据用户终端的电力、工业蒸汽、热水、供暖、制冷需求，前端能源采用电热分储的模式，并确定分储最优比例，优先采用最直接的能源供给方式，尽最大可能避免电-热转换、电-机械能-热能转换带来的转换效率损失，提升能源的综合利用效率；根据用户终端的能源消费监测，利用大数据算法，随时调整电力或热力的存储量占比，平衡公共配电电网电力、存储电力、存储热力的各能源占比，实现经济效益最大化；通过公共配电电网与该系统的输送电网的连接，该微能源网与外域的子网建立连接，实现了区块互联，实现了能源的广域共享；数据智能处理控制中心进行大数据监测与智能调节，使能源供给侧与用户需求侧实现了动态平衡匹配，满足了用户侧对冷、热、电的具体能源需求。
附图说明
图1为实施例一结构示意图；
图2为实施例二结构示意图；
图中所示：
1、熔融盐低温罐，2、熔融盐高温罐，3、熔融盐加热装置，4、太阳能光热系统，5、空气压缩装置，6、高压储气装置，7、膨胀发电系统，8、熔融盐-空气换热装置， 9、熔融盐换热装置，10、公共配电电网，11、风力发电系统，12、太阳能光伏发电系统，13、数据智能处理控制中心，14、人机交互终端，15、电驱动式制冷装置，16、热驱动式制冷装置，17、太阳能光热换热装置，18、用户终端，19、空气-水换热器。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例一
如图1所示一种基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统，包括通过熔融盐-空气换热装置8连接的压缩空气储能系统和膨胀发电系统7，以及与所述熔融盐-空气换热装置连通的熔融盐储热系统，所述熔融盐储热系统通过管道连接太阳能光热系统4，太阳能光热系统4中的太阳能加热部分将加热管内的导热油加热，导热油通过太阳能光热换热装置17与熔融盐换热，达到加热熔融盐的目的，熔融盐回至熔融盐高温罐中，实现了热力存储。作为优选方案，本实施例的太阳能光热系统4可以为槽式太阳能光热系统、塔式太阳能光热系统、菲涅尔式太阳能光热系统或蝶式太阳能光热系统。
本实施例还包括与所述熔融盐-空气换热装置8、压缩空气储能系统、膨胀发电系统7、熔融盐储热系统和太阳能光热系统电连接的新能源发电系统，以及与所述熔融盐-空气换热装置、压缩空气储能系统、膨胀发电系统、熔融盐储热系统、太阳能光热系统和新能源发电系统电连接的数据智能处理控制中心13。新能源发电系统包括太阳能光伏发电系统12、风力发电系统11。
为了满足用户终端18对制冷的需求，本实施例还包括与所述新能源发电系统电连接的电驱动式制冷装置15和热驱动式制冷装置16，所述热驱动式制冷装置16的热输入端与所述熔融盐储热系统连通。
本实施例的用户终端18可以是公职部门、院校、社区、村镇或工厂。
电驱动式制冷装置15通过输电线与公共配电电网10、风力发电系统11、太阳能光伏发电系统12、系统内输送电网相连；电驱动式制冷装置15与热驱动式制冷装置16通过管道与用户终端相连；电驱动式制冷装置15、热驱动式制冷装置16、系统内输送电网、熔融盐换热装置、用户终端连接组成了本能源网系统的冷量能源网。电驱动式制冷装置15的电力来源包括公共配电电网10上的低谷电力、风力发电系统11发出的电力、太阳能光伏发电系统12孤网模式下发出的电力以及膨胀发电系统7中释放的储存电力中的一种或几种，通过数据智能处理控制中心13控制启停、切换或调节；电驱动式制冷装置通过管道与用户终端相连，根据用户需求，为用户提供冷水、冷气供应；热驱动式制冷装置16通过管道与熔融盐换热装置9相连，熔融盐换热装置9通过换热循环为热驱动式制冷装置16提供相应的热力驱动，热驱动式制冷装置产生的冷量通过管道输送至用户终端。
公共配电电网10与太阳能光伏发电系统12、风力发电系统11、压缩空气储能系统、膨胀发电系统7、熔融盐储热系统、终端用户相连。系统内输送电网与公共配电电网、太阳能光伏发电系统、风力发电系统、压缩空气储能系统、膨胀发电系统7、熔融盐储热系统、用户终端、电驱动式制冷系统相连；公共配电电网与系统内输送电网组成了本能源网系统的电力能源网。
熔融盐的换热包括与太阳能光热系统通过管道相连的熔融盐换热系统、与压缩空气储能系统通过管道相连的熔融盐换热系统、与用户终端通过管道相连的熔融盐换热系统；各熔融盐换热系统以及与之相连的熔融盐储热系统、用户终端系统组成了该系统的热力能源网。
熔融盐储热系统包括与所述熔融盐-空气换热装置8和太阳能光热系统连通的熔融盐高温罐2，以及与所述熔融盐高温罐2通过安装有熔融盐输送泵的管道连通的熔融盐加热装置3和熔融盐换热装置9，所述熔融盐换热装置9与所述热驱动式制冷装置16的热输入端连通，熔融盐换热装置9的冷介质输出端连通熔融盐低温罐1，所述熔融盐低温罐1通过安装有熔融盐输送泵的管道与熔融盐高温罐2连通。熔融盐换热装置9还通过管道与用户终端相连，根据用户需求不同，可通过系统流量、温度调节，提供热水、蒸汽或热导热油形式的热源，满足用户终端的各种用热需求。
作为换热介质，本实施例中的熔融盐可以为二元盐或三元盐。熔融盐加热装置3通过输电线与公共配电电网10、风力发电系统11、太阳能光伏发电系统12相连，公共配电电网10中的低谷电力或风力发电系统11或太阳能光伏发电系统12的富余电力通过输电线配送到熔融盐加热装置3，在熔融盐加热装置3中实现电能到热能的转换，然后输送至熔融盐高温罐2中进行热力存储。
熔融盐输送泵设置于熔融盐高温罐中，通过管道与熔融盐加热装置3、熔融盐换热装置依次相连，最后管道连接回到高温罐。熔融盐加热装置3和熔融盐换热装置9均设置在熔融盐高温罐2的高位处，之间相连管道设计相应的管道斜度，以便熔盐回流，管道斜度≥5°。熔融盐低温罐通过设置于其上的熔融盐输送泵与熔融盐高温罐相连，相应管道也做倾斜处理。
熔融盐-空气换热装置8包括熔融盐-空气换热器，以及将所述熔融盐-空气换热器的介质出口、介质入口与所述熔融盐高温罐连通的中间管道，与所述介质入口连通的中间管道上安装有熔融盐输送泵。
压缩空气储能系统包括与所述新能源发电系统电连接的空气压缩装置5，以及进气端与所述空气压缩装置5连通的高压储气装置6，所述高压储气装置6的出气端通过熔融盐-空气换热装置与膨胀发电系统连通。
空气压缩装置5通过输电线与公共配电电网10、风力发电系统11、太阳能光伏发电系统12相连，公共配电电网10中的低谷电力或风力发电系统11或太阳能光伏发电系统12的富余电力通过输电线输送到空气压缩装置5，用于空气压缩储存，空气压缩装置5压缩后的高压空气通过管道输送至高压空气存储装置6中进行存储。
膨胀发电系统7通过管道与高压储气装置6相连，膨胀发电系统7与高压储气装置6之间设置熔融盐-空气换热装置8，膨胀发电系统7通过输电线与公共配电电网10、用户终端相连，在用户有电力需求时，将储存在高压储气装置6中的空气节流释放进入膨胀发电系统7进行发电，供用户终端使用；在公共配电电网10用电高峰时，将风力发电系统11、太阳能光伏系统12产生的富余存储电力输送至公共配电电网10，进行用电峰谷调节。
数据智能处理控制中心13通过控制线路与各子系统装置及用户终端的上的控制器相连，所述的控制器包含相应的测量元件、给定元件、比较元件、放大元件、执行元件、校正元件；各子系统装置及用户终端上的控制器组成了一个网络拓扑结构，在网络拓扑结构中的各控制器是独立的，但是要完成共同的控制任务，他们的控制行为是相互耦合的。数据智能处理控制中心13属于多输入多输出的系统控制方式，系统采用分布式的控制策略，各子系统的控制器反馈的信息在处理控制中心产生交换及相互作用，而后通过数据处理控制中心的计算和分析，输出网络拓扑结构中各子系统对应且相互耦合的执行信号。各子系统的控制器包括信息采集系统、数据存储计算处理中心、信号反馈执行机构；信息采集系统包含位于各子系统、各装置上的传感器，以及用户终端的能源消费量测量仪器；数据存储计算处理中心包含各子系统的运行数据存储、计算调配、反馈执行，以及能源供给量数据、能源消费量的数据监测、计算、反馈、平衡调度；信号反馈执行机构包含但不限于位于系统内的各电动阀门、泵组、开关和变频器。
还包括与所述数据智能处理控制中心13电连接的人机交互终端14，所述人机交互终端14包括应用程序、浏览器、手机或穿戴装备。
本智能微能源网系统将压缩空气储释能与熔融盐储释能系统复合利用，形成一套电热复合综合储释能系统，不仅实现了对分布式能源中的电力存储，而且实现了对分布式能源中的热力存储。根据用户终端的电力、工业蒸汽、热水、供暖、制冷需求，前端能源采用电热分储的模式，并确定分储最优比例，优先采用最直接的能源供给方式，尽最大可能避免电-热转换、电-机械能-热能转换带来的转换效率损失，提升能源的综合利用效率；根据用户终端的能源消费监测，利用大数据算法，随时调整电力或热力的存储量占比，平衡公共配电电网电力、存储电力、存储热力的各能源占比，实现经济效益最大化。公共配电电网可接收微能源网内供用户消纳后的富裕电力，输配到其他能源子网消纳，也可用于将公共配电电网的低谷电力，输送到该能源网内进行消纳，消纳方式包括用户直接消纳、压缩空气储能、熔融盐蓄热；通过公共配电电网与该系统的输送电网的连接，该微能源网与外域的子网建立连接，实现了区块互联，实现了能源的广域共享。同时，在此系统中，利用压缩空气储能系统进行电力存储，利用熔融盐储能系统进行热力存储，并且熔融盐储能系统在压缩空气储能发电时，可以进行空气增焓加热，实现两个储能系统的平衡交互，提高压缩空气储能的发电效率。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，熔融盐储热系统不再设置熔融盐低温罐1，换热循环围绕熔融盐高温罐2进行，熔融盐换热循环从位于熔融盐高温罐2上的熔融盐输送泵开始，经过熔融盐加热装置3处的旁路，进入熔融盐换热装置9，换热后，回到熔融盐高温罐2中；空气压缩装置5处设置了空气-水换热器19，用于回收空气压缩热，回收的热量可直接输送至用户终端使用。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，参照优选的实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。

Claims (8)

1.一种基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统，其特征在于：包括通过熔融盐-空气换热装置（8）连接的压缩空气储能系统和膨胀发电系统（7），以及与所述熔融盐-空气换热装置连通的熔融盐储热系统，所述熔融盐储热系统通过管道连接太阳能光热系统（4）；
还包括与所述熔融盐-空气换热装置（8）、压缩空气储能系统、膨胀发电系统（7）、熔融盐储热系统和太阳能光热系统电连接的新能源发电系统，以及与所述熔融盐-空气换热装置、压缩空气储能系统、膨胀发电系统、熔融盐储热系统、太阳能光热系统和新能源发电系统电连接的数据智能处理控制中心（13）。
2.根据权利要求1所述的基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统，其特征在于：还包括与所述新能源发电系统电连接的电驱动式制冷装置（15）和热驱动式制冷装置（16），所述热驱动式制冷装置（16）的热输入端与所述熔融盐储热系统连通。
3.根据权利要求2所述的基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统，其特征在于：所述熔融盐储热系统包括与所述熔融盐-空气换热装置（8）和太阳能光热系统连通的熔融盐高温罐（2），以及与所述熔融盐高温罐（2）通过安装有熔融盐输送泵的管道连通的熔融盐加热装置（3）和熔融盐换热装置（9），所述熔融盐换热装置（9）与所述热驱动式制冷装置（16）的热输入端连通。
4.根据权利要求3所述的基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统，其特征在于：还包括与所述熔融盐换热装置（9）的冷介质输出端连通的熔融盐低温罐（1），所述熔融盐低温罐（1）通过安装有熔融盐输送泵的管道与熔融盐高温罐（2）连通。
5.根据权利要求3所述的基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统，其特征在于：所述熔融盐-空气换热装置（8）包括熔融盐-空气换热器，以及将所述熔融盐-空气换热器的介质出口、介质入口与所述熔融盐高温罐连通的中间管道，与所述介质入口连通的中间管道上安装有熔融盐输送泵。
6.根据权利要求1所述的基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统，其特征在于：还包括与所述数据智能处理控制中心（13）电连接的人机交互终端（14），所述人机交互终端（14）包括浏览器、手机或穿戴装备。
7.根据权利要求1所述的基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统，其特征在于：所述太阳能光热系统（4）包括槽式太阳能光热系统、塔式太阳能光热系统、菲涅尔式太阳能光热系统或蝶式太阳能光热系统。
8.根据权利要求1所述的基于熔融盐储热及压缩空气储能的智能微能源网系统，其特征在于：所述压缩空气储能系统包括与所述新能源发电系统电连接的空气压缩装置（5），以及进气端与所述空气压缩装置（5）连通的高压储气装置（6），所述高压储气装置（6）的出气端通过熔融盐-空气换热装置与膨胀发电系统连通。
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