CN210141803U - 一种相变储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及能源储存技术领域，具体而言，涉及一种相变储能系统。该系统用于将水电站的供电网中的电能转换成热能进行储存，在需要使用热能时释放所储存的热能，该系统包括电加热装置和相变储能电炉，所述电加热装置的额定功率在预设功率范围内，用于利用所述供电网中的电能加热所述相变储能电炉，而所述相变储能电炉用于将从所述电加热装置所获得的热能进行储存，并在需要使用热能时将所储存的热能进行释放。该相变储能系统能自动化运行、成本低，额定功率适用于微小型水电站，能够对微小型水电站的富余能量进行高效地储存和利用。

Description

一种相变储能系统

技术领域

本申请涉及能源储存技术领域，具体而言，涉及一种相变储能系统。

背景技术

水力发电是可再生的清洁能源，具有成本低廉、运行灵活、稳定的特点。开发利用丰富的水能资源是有效增加清洁能源供应、优化能源结构、保障能源安全、应对气候变化、实现可持续发展的重要措施。

随着经济和社会科技水平的发展，水力发电技术得到了发展，一些偏远而水资源丰富的乡村建立了微小型水电站，能够满足村庄的基本用电需求。然而，在用电高峰时，由于用电需求较大，微小型水电站供电不足或电压不稳定，影响居民生活。在用电低谷时，由于不需要大电量用电，水电站需要弃水，不驱动水轮机发电，使得水资源利用不充分，造成能源的浪费。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种相变储能系统，能够将小型水电站的弃水更好的利用起来，提高小型水电站的经济效益，以及配合小型水电站进行稳压和调频，需要规格适宜、成本低、自动化运行的储能系统，将小水电站富余能量进行存储并加以利用。

本申请实施例提供的相变储能系统，用于将水电站的供电网中的电能转换成热能进行储存，在需要使用热能时释放所储存的热能，所述相变储能系统包括：

额定功率在预设功率范围内的电加热装置，用于利用所述供电网中的电能加热所述相变储能电炉。

相变储能电炉，用于将从所述电加热装置所获得的热能进行储存，以及在需要使用热能时释放所储存的热能。

可选地，所述预设功率范围为0-800W。

可选地，所述相变储能电炉包括相变材料、内胆和绝热层，所述相变材料填充于所述内胆中，所述内胆包裹于所述绝热层中。

可选地，所述相变材料为二元混合氯盐，所述二元混合氯盐的相变温度为850℃，比热容为2.1j/g·k，相变潜热为281kj。

可选地，所述相变储能电炉的顶端设有端盖，在需要使用热能时，通过打开所述端盖释放所述相变储能电炉所储存的热能。所述绝热层的顶端设置有排气孔。在所述内胆中紧贴所述相变材料处，设置有空气层。

可选地，所述电加热装置包括电源、热电偶、温度传感器和电磁线圈。

进一步可选地，所述热电偶安装于所述相变储能电炉内，并与所述温度传感器电连接，用于监测所述相变储能电炉的温度，并将所监测到的温度传输到所述温度传感器。

所述温度传感器用于，在检测到所述相变储能电炉的温度低于预设温度范围时，开启所述电源。

所述电磁线圈安装于所述相变储能电炉的底部，并与所述电源电连接，所述电源开启时降低所述水电站的电压。

进一步可选地，所述温度传感器还用于，在测到所述相变储能电炉的温度高于预设温度范围时，关闭所述电源，停止加热所述相变储能电炉。

所述电磁线圈用于，在所述电源的供电下产生热量，加热所述相变储能电炉。

综上，本申请提供的相变储能系统，该系统包括电加热装置和相变储能电炉，所述电加热装置的额定功率在预设功率范围内，用于利用所述供电网中的电能加热所述相变储能电炉，而所述相变储能电炉用于将从所述电加热装置所获得的热能进行储存，从而将水电站的供电网中的电能转换成热能进行储存，并在需要使用热能时将所储存的热能进行释放。该相变储能系统能自动化运行、成本低，额定功率适用于微小型水电站，能够对微小型水电站的富余能量进行高效地储存和利用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本申请实施例提供的相变储能系统的一种示意图。

图标：100-相变储能系统；1-绝热层；2-热电偶；3-温度传感器；4-电磁线圈；5-电流表；6-电压表；7-滑动变阻器；8-电源；9-相变材料；10-保温层；11-空气层。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解技术方案，下面结合具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

能源储存，主要是指将电能通过一定的技术转化为化学能、势能、动能、电磁能等形态，使转化后能量具有空间上可转移或时间上可转移或质量可控制的特点，可以在适当的时间、地点以适合用电需求的方式释放，为电力系统、用电设施及设备长期或临时供电。

地球上蕴藏着丰富的水能资源，水力发电是可再生的清洁能源，具有技术成熟、成本低廉、运行灵活、稳定的特点。加快开发利用丰富的水能资源是有效增加清洁能源供应、优化能源结构、保障能源安全、应对气候变化、实现可持续发展的重要措施。因此，世界各国都把水电发展放在能源建设的优先位置。水电的开发利用对优化能源结构促、进区域经济低碳均衡发展具有重要战略意义。

然而，在21世纪初，随着我国经济发展进入新常态、用电需求增速放缓等因素影响，各地区水电弃水问题也日益突出，弃水规模不断扩大。2016-2017年仅川滇省的实际弃水量超过800亿千瓦时，流走43亿元。水电弃水形势不容乐观，需要采取有力措施来缓解弃水问题。

随着经济和社会科技水平的发展，水力发电技术得到了发展，一些偏远而水资源丰富的乡村建立了微小型水电站，能够满足村庄的基本用电需求。然而，在用电高峰时，由于用电需求较大，微小型水电站供电不足或电压不稳定，影响居民生活。在用电低谷时，由于不需要大电量用电，水电站需要弃水，不驱动水轮机发电，使得水资源利用不充分，造成能源的浪费。

为了将小型水电站的弃水更好的利用起来，提高小型水电站的经济效益，以及配合小型水电站进行稳压和调频，需要规格适宜、成本低的储能系统，将小水电站富余能量进行存储并加以利用。

基于上述问题，本申请实施例提供了一种相变储能系统。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请结合参阅图1，图1为本申请实施例提供的相变储能系统100的示意图。本申请实施例提供的相变储能系统100，用于将水电站的供电网中的电能转换成热能进行储存，在需要使用热能时释放所储存的热能，相变储能系统100包括电加热装置和相变储能电炉。电加热装置利用所述供电网中的电能，加热所述相变储能电炉，所述相变储能电炉将从所述电加热装置所获得的热能进行储存，以在需要使用热能时将所储存的热能进行释放。

可选地，本申请实施例提供的相变储能电炉包括相变材料9、内胆和绝热层1。所述相变材料9填充于所述内胆中，所述内胆包裹于所述绝热层1中，所述绝热层1的顶端设置有排气孔。

可选地，本申请实施例提供的所述内胆的一种实现方式是：使用不锈钢材料制成，内胆厚3mm，采用壳管式布置，顶部有保温材料制作的端盖，底部有电加热装置。

在本申请实施例中，当电加热装置利用所述供电网中的电能，加热所述相变储能电炉时，电加热装置相当于供电网中的负载，进而降低微小型水电站的电压，达到稳压的目的。

在本申请实施例中，在需要使用热能时，通过打开所述端盖能够直接利用所述相变储能电炉所储存的热能。该热能可以在用电高峰、供电网供电不稳定时被释放。在本实施例中，所述相变储能电炉可以与居民家中的炉台连接，在在用电高峰、供电网供电不稳定时，居民可以通过打开相变储能电炉的端盖，释放相变储能电炉的热能，在通过炉台直接将热能用于烹饪、烧水，以避免家用电器在用电高峰、供电网供电不稳定时，运行不正常甚至损坏的情况。此外，在本申请实施例中，相变储能电炉也可以直接与居民用来取暖的装置直接连接，例如在冬天时，可以利用相变储能电炉所储存的热量来为家庭供暖。

从而，本申请实施例提供的相变储能系统100，能够将由水电站的富余能量充分且合理利用起来，在满足居民的日常生活需求的同时，提高了小型水电站的经济效益，解决了微小型水电站的弃水问题。

进一步可选地，本申请实施例提供的相变材料9，可以是但不限于是二元混合氯盐。该熔盐属于高熔点混合熔盐，相变温度为850℃，比热容为2.1j/g·k，密度为1840kg/m³，相变潜热为281kj。该材料是众多相变性质的材料中性能较优的一种，并且也是通过多次试验和数据研究所选定的，所述相变储能电炉所储存的热量适用于居民的日常生活所需，还能够解决供电网在用电高峰供电不稳定的问题。并且其价格合理，便于在民间推广，以满足更多的微小型水电站的储能需求，进而为解决弃水问题做出贡献。

在本申请实施例中，考虑到相变材料9的热膨胀性，在相变储能电炉使用结束后，可打开设置于所述绝热层1的顶端的排气孔，将相变储能电炉中的热空气排出，以降低储能电炉内胆中的气压，提高了相变储能系统100的使用安全性。

进一步可选地，考虑到相变材料9的热膨胀性，本申请实施例提供的相变储能系统100，在所述内胆中紧贴所述相变材料9处，设置有空气层11，以确保在相变材料9发生热膨胀时，相变储能系统100的使用安全性。

可选地，本申请实施例提供的相变储能系统100，所述电加热装置包括电源8、热电偶2、温度传感器3和电磁线圈4。

所述热电偶2与所述温度传感器3电连接，用于对所述相变储能电炉的温度进行监测，获得所述相变储能电炉的温度，以及将所获得的所述温度传输到所述温度传感器3。所述电源8分别与所述电磁线圈4和所述温度传感器3电连接，温度传感器3根据接收到的所述温度，控制所述电源8的开启或关闭。电源8在所述温度传感器3的控制下，为安装于所述相变储能电炉的底部的电磁线圈4供电。所述电磁线圈4，在所述电源8的供电下产生热量，加热所述相变储能电炉。

从而，设计热电偶2和温度传感器3，可以对相变储能电炉的温度进行监测，再根据所监测到的温度，自动控制电源8的开启或关闭，进而能够自动控制相变储能电炉的加热。使得本申请实施例提供的相变储能系统100，能够智能、便捷以及高效地对能量进行储存。

进一步可选地，本申请实施例提供的相变储能系统100，其额定功率范围为0-800W，使用中的额定功率可以为600W。由此，本申请实施例提供的相变储能系统100可适用与各种规格大小不同的水电站，特别是可用于居民的做饭供热等领域，十分适用于居民的日常生活，具有较强的普适性。结合我国水资源丰富、使用小型水电站的居民多等特点，该相变储能系统100具有十分广阔的使用前景，对水资源的充分开发和利用，能够做出极大的贡献。

应当说明的是，本申请实施例所公开的相变储能系统100的额定功率，不局限于0-800W。可以通过改变相变储能系统100中各个组成部分的参数或规格大小，使得本申请所提供的相变储能系统100适用于更大规格的水电站，具备更大的额定功率。

在本申请实施例中，该相变储能电炉可提供最大热流密度为25000w/㎡·k。当温度传感器3监测到相变储能电炉的温度低于200℃时，打开电源8开关进行加热。当温度传感器3监测到相变储能电炉的温度高于850℃时，关闭电源8开关停止加热。停止加热相变储能电炉后，相变储能电炉中的相变材料9将热量以潜热的形式存储起来。

应当说明的是，本申请实施例提供相变储能系统100使用相变材料9储热，与传统储热技术相比，本申请实施例提供的相变材料9密度低且比热容高，大大降低了储热系统的重量和成本，对相变储能系统100的功率要求也不高，提高了储能效率，使得本申请实施例提供的相变储能系统100更适用于居民家用，低成本的特点也使得该相变储能系统100能够在居民家用水电站领域中推广和普及。

进一步可选地，顶部还设有端盖，当需要使用热能时，只需打开顶部端盖，相变材料9便会将存储的潜热释放出来。应当说明的是，当所述相变储能系统100是居民家中所使用时，在打开相变储能电炉的顶部端盖之后，热能可以被直接用于烹饪或是发电。

通过发明人所进行的实验表明，此相变储能电炉，储热密度高，绝热层1和保温层10没有发生形变，且温降明显，是一种能够满足居民生活所需、性能优良、价格适中、易于推广和普及的储能系统。

进一步可选地，本申请实施例提供的相变储能系统100，其电加热装置还设有电压表6、电流表5和滑动变阻器7。所述电源8、所述滑动变阻器7、所述电流表5和所述电磁线圈4依次串联，所述电压表6的一端电连接于所述电流表5和所述电磁线圈4之间，另一端电连接于所述电源8和所述电磁线圈4之间。

由此，通过增设电压表6和电流表5，能够对电加热装置的电压、电流情况进行监测。进一步地，通过调节增设的滑动变阻器7，可以改变电加热装置中主电路的电压和电流，以调节相变储能系统100的功率。滑动变阻器7的调节，可以参考电压表6和电流表5的数值之后进行调节。从而能够更加科学、合理地对电加热装置的运行进行监测和控制，也能使得所述相变储能系统100能够在需求功率下运行。

应当说明的是，基于上述公开的相变储能系统100中的热电偶2和温度传感器3，不仅可以便捷、可靠、自动地控制本申请实施例提供的相变储能系统100的运行。为了不限制本申请实施例所提供的相变储能系统100的使用方式，应当理解的是，本申请实施例也可以通过关闭相变储能系统100中的自动控制模块，对相变储能系统100的运行进行手动的控制和切换，以更加灵活的应对实际应用环境，以及更加合理地满足使用者的需求。

综上所述，本申请实施例提供了一种相变储能系统100，该相变储能系统100用于将水电站的供电网中的电能转换成热能进行储存，在需要使用热能时释放所储存的热能，该相变储能系统100包括电加热装置和相变储能电炉，所述电加热装置的额定功率在预设功率范围内，用于加热所述相变储能电炉，而所述相变储能电炉用于将从所述电加热装置所获得的热能进行储存，并在需要使用热能时将所储存的热能进行释放。该相变储能系统100能自动化运行、成本低，额定功率适用于微小型水电站，能够对微小型水电站的富余能量进行高效地储存和利用。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种相变储能系统，其特征在于，用于将水电站的供电网中的电能转换成热能进行储存，在需要使用热能时释放所储存的热能，所述相变储能系统包括：

额定功率在预设功率范围内的电加热装置，用于利用所述供电网中的电能加热所述相变储能电炉；

相变储能电炉，用于将从所述电加热装置所获得的热能进行储存，以及在需要使用热能时释放所储存的热能。

2.根据权利要求1所述的相变储能系统，其特征在于，所述预设功率范围为0-800W。

3.根据权利要求1所述的相变储能系统，其特征在于，所述相变储能电炉包括相变材料、内胆和绝热层，所述相变材料填充于所述内胆中，所述内胆包裹于所述绝热层中。

4.根据权利要求3所述的相变储能系统，其特征在于，所述相变材料为二元混合氯盐，所述二元混合氯盐的相变温度为850℃，比热容为2.1j/g·k，相变潜热为281kj。

5.根据权利要求3所述的相变储能系统，其特征在于，所述相变储能电炉的顶端设有端盖，在需要使用热能时，通过打开所述端盖释放所述相变储能电炉所储存的热能；

所述绝热层的顶端设置有排气孔；

在所述内胆中紧贴所述相变材料处，设置有空气层。

6.根据权利要求3所述的相变储能系统，其特征在于，所述电加热装置包括电源、热电偶、温度传感器和电磁线圈；

所述热电偶安装于所述相变储能电炉内，并与所述温度传感器电连接，用于监测所述相变储能电炉的温度，以及将所监测到的所述温度传输到所述温度传感器；

所述温度传感器用于，在检测到所述相变储能电炉的温度低于预设温度范围时，开启所述电源；

所述电磁线圈安装于所述相变储能电炉的底部，并与所述电源电连接，用于在所述电源的供电下产生热量，加热所述相变储能电炉。

7.根据权利要求6所述的相变储能系统，其特征在于，所述温度传感器还用于，在测到所述相变储能电炉的温度高于预设温度范围时，关闭所述电源，停止加热所述相变储能电炉。

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