CN208870745U - 一种带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统。该系统在用电低谷期可以将多余的电能转换成空气的压力能并储存在储气罐中，在白天的用电高峰期可以将储气罐中的压缩空气作为利用太阳能的布雷顿循环的工质，吸收太阳能的热量并且推动膨胀机做功。空气在此系统中既作为储能的介质，又作为循环的做功工质。所述系统可同时实现两个功能，一是电能的削峰填谷，二是空气布雷顿循环太阳能高效热发电。相比其他无中间储热介质的太阳能布雷顿循环系统，所述系统可以克服太阳能光照不稳定的缺点，极大的提升太阳能热发电效率。
Description
技术领域
本实用新型属能量储存、节能技术、太阳能热发电领域，特别涉及一种带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统，该系统在用电低谷期实现储能功能，在白天的用电高峰期实现太阳能高效发电功能。本技术通过采用压缩空气作为工质，同时提高了储能系统的往返效率和发电系统的热发电效率，是一种有前景的新型热力系统。
背景技术
为了提高风能等可再生能源的消纳能力，满足电用户的用电需求，有必要在用电低谷期将多余的电能储存起来，在用电高峰期将储存的电能释放出来。压缩空气储能系统能够实现大容量和长时间电能储存，绝热压缩空气储能是一种不依赖燃料的先进储能系统，然而绝热压缩空气储能的膨胀过程由于没有外界热源，膨胀机入口空气温度较低，做功功率较小。不带中间储热介质的布雷顿循环由于没有中间的储热换热过程，可以将膨胀机出口温度加热到800℃以上，与太阳能集热器换热温差小，系统热效率较高。但是由于布雷顿循环的压缩机功率较大，所以对辐照强度的敏感度较大，当辐照强度变化时系统的效率变化较为剧烈，系统很难稳定运行。
实用新型内容
针对现有技术的上述缺点和不足，本实用新型旨在提供一种带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统，不仅可以同时解决上述现有技术中做功功率较小和难以稳定运行两个问题，还可进一步节约压缩机、膨胀机、换热器的数量，从运行效率的角度和设备投资的角度到都更具优势。
本实用新型为实现其技术目的所采取的技术方案为：
一种带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统，包括压缩机、换热器、储气罐、回热器、太阳能集热器、第一电加热器、膨胀机和发电机，其特征在于，
所述压缩机由电网供电，其进口与大气连通，其出口经所述换热器的热侧后与所述储气罐的进口连通；所述换热器的冷侧通入冷却水；
所述储气罐的进口处设有罐前阀门，出口处设有罐后阀门；
所述储气罐的出口依次经所述回热器的热侧、太阳能集热器、电加热器后与所述膨胀机的进口连通，所述膨胀机的出口经所述回热器的冷侧后与大气连通，所述膨胀机驱动所述发电机，所述发电机产生的电能供应所述电网和第一电加热器。
优选地，在用电低谷期，所述罐前阀门处于打开状态，所述罐后阀门处于关闭状态，此时所述压缩机、换热器和储气罐处于工作状态，其他设备处于关闭状态；在用电高峰期，所述罐后阀门处于打开状态，所述罐前阀门处于关闭状态，此时所述回热器、太阳能加热器、电加热器、膨胀机和发电机处于工作状态，其他设备处于关闭状态。
优选地，所述系统还包括一第二电加热器和一填充床储热器，所述填充床储热器包括第一进风口和第二进风口以及第一出风口和第二出风口，每一进风口及每一出风口处均设置有阀门，所述第一出风口依次经一风机、第二电加热器后与所述第一进风口连通，所述第二电加热器由电网供电；所述第二进风口与所述回热器的热侧出口连通，所述第二出风口与所述太阳能集热器的进风口连通。
优选地，所述填充床储热器为石子填充床储热器。
本实用新型的带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统，当太阳能辐照强度变化时，由所述发电机供给电加热器的电功率是变化的。所述压缩机的背压是变化的，所述压缩机的功率是变化的。所述罐后阀门后的空气温度是变化的，所述膨胀机入口温度和压力是不变的，所述膨胀机的空气质量流量是变化的，所述电加热器的功率是变化的。
优选地，所述太阳能集热器采用塔式太阳能集热器。
本实用新型带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统在用电低谷期可以将多余的电能转换成空气的压力能并储存在储气罐中。开启罐前阀门和关闭罐后阀门，启动压缩机，所述冷却水进入换热器，压缩机将空气经过换热器输送到储气罐。
本实用新型带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统在白天的用电高峰期可以将储气罐中的压缩空气作为利用太阳能的布雷顿循环的工质，吸收太阳能的热量并且推动膨胀机做功。此时开启罐后阀门和关闭罐前阀门，启动回热器、太阳能加热器、电加热器、膨胀机和发电机。储气罐输出的压缩空气分别流经回热器、太阳能加热器、电加热器、膨胀机和回热器。同时膨胀机带动发电机做功。发电机的电能的一部分供给电网，一部分作为电加热器的用电。
本实用新型的带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统，其基本结构为：①将压缩空气储能系统与布雷顿循环进行了耦合；②在用电低谷期通过压缩机消耗电能将空气储存在储气罐中；③在白天的用电高峰期，压缩空气吸收太阳能热量，在膨胀机中做功。
同现有技术相比，本实用新型的带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统其有益效果：①提升了压缩空气储能的膨胀机入口温度，对于储能密度和储能效率都有较大提高。②克服太阳能光照不稳定的缺点，极大的提升太阳能热发电效率。③相对两个分别独立的压缩空气储能和太阳能热发电系统而言，节约一套压缩机、一套膨胀机以及压缩机和膨胀机对应的换热器。④由于节约了设备，原设备中的机械转动损失和传热损失也不再存在，提升了系统的总效率。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图。
图2为实施例2的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图并举实施例，详细描述一种带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统的运行流程。需要说明的是，以下仅为本实用新型的较佳实施例，并不因此而限定本实用新型的保护范围。
实施例1
如图1所示，本实施例的带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统，由压缩机1、换热器2、罐前阀门3、储气罐4、罐后阀门5、回热器6、太阳能集热器7、第一电加热器8、膨胀机9和发电机组10组成。其中，压缩机1由电网驱动，其进口与大气连通，其出口经换热器2的热侧后与储气罐4的进口连通；储气罐4的进口处设置罐前阀门3，出口处设置罐后阀门5；储气罐4的出口依次经回热器6的热侧、太阳能集热器7、第一电加热器8后与膨胀机9的进口连通，膨胀机9的出口经回热器6的冷侧后与大气连通，膨胀机9驱动发电机组10，发电机组10产生的电能供应电网和电加热器8。
在用电低谷期，系统中的罐前阀门3处于打开状态，罐后阀门5处于关闭状态。此时空气通过管路进入到压缩机1中，压缩机1消耗电网上的电能，将进入的空气压缩至高温高压状态。高温高压的空气经过管路进入换热器2的热侧中，同时系统外的冷却水经过冷水管路进入换热器2的冷侧，二者在换热器2中经过热交换，冷却水温度升高，经过换热器后排出系统。空气经过换热器后温度降低，进入储气罐4。由于罐后阀门5处于关闭状态，所以储气罐4中空气质量逐渐增加，压力逐渐增加。在用电低谷期结束时刻，储气罐4中的压力达到循环过程中的最大压力。其他设备处于非工作状态。
在白天的用电高峰期，罐前阀门3处于关闭状态，罐后阀门5处于打开状态。储气罐4中的压缩空气经过罐后阀门5进入回热器6，在回热器6中与膨胀机9的排气进行换热，压缩空气温度升高，排气温度降低。经回热器6加热的高压空气进入太阳能集热器7，温度升高。然后压缩空气进入电加热器8，温度达到循环中的最大值，然后进入膨胀机9中做功。膨胀机9与发电机组10相连，发电机组10发出的电能的一部分供给电网，一部分作为第一电加热器8的电量。经膨胀机9做功的空气进入回热器6，经过换热之后排放到大气中。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上，所述系统还包括一第二电加热器11和一石子填充床储热器13。石子填充床储热器13包括第一进风口和第二进风口以及第一出风口和第二出风口，每一进风口及每一出风口处均设置有阀门12、14、16、17。
在用电低谷期，阀门12和阀门14打开，阀门16和阀门17关闭。空气由风机15吹入第二电加热器11中进行加热，经过阀门12进入石子填充床储热器13，经过阀门14回到风机15。在用电高峰期，阀门12和阀门14关闭，阀门16和阀门17打开。系统其他运行工况同实施例1。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。
Claims (6)
1.一种带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统，包括压缩机、换热器、储气罐、回热器、太阳能集热器、第一电加热器、膨胀机和发电机，其特征在于，
所述压缩机由电网供电，其进口与大气连通，其出口经所述换热器的热侧后与所述储气罐的进口连通；
所述换热器的冷侧通入冷却水；
所述储气罐的进口处设有罐前阀门，出口处设有罐后阀门；
所述储气罐的出口依次经所述回热器的热侧、太阳能集热器、电加热器后与所述膨胀机的进口连通，
所述膨胀机的出口经所述回热器的冷侧后与大气连通，所述膨胀机驱动所述发电机，所述发电机产生的电能供应所述电网和第一电加热器。
2.根据权利要求1所述的带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统，其特征在于：在用电低谷期，所述罐前阀门处于打开状态，所述罐后阀门处于关闭状态，此时所述压缩机、换热器和储气罐处于工作状态，其他设备处于关闭状态。
3.根据权利要求1所述的带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统，其特征在于：在用电高峰期，所述罐后阀门处于打开状态，所述罐前阀门处于关闭状态，此时所述回热器、太阳能加热器、电加热器、膨胀机和发电机处于工作状态，其他设备处于关闭状态。
4.根据权利要求1所述的带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统，其特征在于：所述系统还包括一第二电加热器和一填充床储热器，所述填充床储热器包括第一进风口和第二进风口以及第一出风口和第二出风口，每一进风口及每一出风口处均设置有阀门，所述第一出风口依次经一风机、第二电加热器后与所述第一进风口连通，所述第二电加热器由电网供电；所述第二进风口与所述回热器的热侧出口连通，所述第二出风口与所述太阳能集热器的进风口连通。
5.根据权利要求4所述的带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统，其特征在于：所述填充床储热器为石子填充床储热器。
6.根据权利要求1所述的带储能功能的太阳能压缩空气布雷顿循环系统，其特征在于：所述太阳能集热器采用塔式太阳能集热器。
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