CN210689320U

CN210689320U - 储能系统

Info

Publication number: CN210689320U
Application number: CN201921733421.XU
Authority: CN
Inventors: 李文凯; 张俊春; 姜士宏; 唐飞
Original assignee: China Energy Intelligence New Technology Industry Development Co Ltd; Electric Power Planning and Engineering Institute Co Ltd
Current assignee: China Energy Intelligence New Technology Industry Development Co Ltd; Electric Power Planning and Engineering Institute Co Ltd
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2020-06-05
Anticipated expiration: 2029-10-15

Abstract

本实用新型实施例提供了一种储能系统，涉及储能技术领域；所述储能系统包括：能量交换装置和N个储存容器，所述N个储存容器均可用于存储不同能量状态的储能介质；每个所述储存容器的容积均大于或等于V_m/(N‑1)，V_m为所述储能介质的总体积，N为大于2的正整数；所述N个储存容器并联设置，并通过干路管道连接至所述能量交换装置；每个所述储存容器所在支路管道上均设有第一阀组。本实用新型实施例能够将储存容器的最小总容积需求从2V_m降低至V_m·N/(N‑1)，降低了储存容器的制造成本，节省了占地面积。

Description

储能系统

技术领域

本实用新型涉及储能技术领域，尤其涉及一种储能系统。

背景技术

能量的供应和需求通常具有较强的时间性和空间性差异，储能系统则能够将一段时间内多余的能量进行收集存储，并在能量需求高峰时将能量释放，从而提高能量的利用率。储能系统通常将能量以热能、化学能或势能的形式储存在特定的储能介质中。对于利用热能、化学能等进行储能的系统中，储能介质会在高能量状态与低能量状态之间转换，两种状态下的储能介质一般不能混合储存，现有技术中通常会设置两套能够容纳全部储能介质的储存容器，以分别储存高能量状态的储能介质与低能量状态的储能介质，这样导致储存容器制造成本较高，占地面积较大。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种储能系统，以解决现有技术中的储存容器制造成本较高，占地面积较大的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：

本实用新型实施例提供了一种储能系统，包括：能量交换装置和N个储存容器，所述N个储存容器均可用于存储不同能量状态的储能介质；

每个所述储存容器的容积均大于或等于V_m/(N-1)，V_m为所述储能介质的总体积，N为大于2的正整数；

所述N个储存容器并联设置，并通过干路管道连接至所述能量交换装置；

每个所述储存容器所在支路管道上均设有第一阀组。

可选地，每个所述储存容器所在支路管道上的第一阀组的数量均为2个，且分别设于该储存容器的两端。

可选地，所述第一阀组包括一个或多个阀单元；所述阀单元包括一个或多个阀门；

当所述第一阀组包括多个阀单元时，所述多个阀单元并联设置。

可选地，所述能量交换装置包括并联设置的储能子装置与释能子装置；

所述储能子装置所在支路管道上设有第二阀组，所述释能子装置所在支路管道上设有第三阀组。

可选地，还包括泵结构，所述泵结构安装在所述干路管道上。

可选地，每个所述储存容器至少在内壁上设有隔热层。

可选地，还包括加热装置，所述加热装置与所述能量交换装置并联设置。

可选地，每个所述储存容器上设有保护气体接口。

可选地，所述第一阀组为电动阀组。

本实用新型实施例通过设置N个储存容器，并使得在储能或释能过程中，空出至少一个储存容器用于储能介质的滚动储存，能够将储存容器的最小总容积需求从2V_m降低至V_m﹒N/(N-1)，降低了储存容器的制造成本，节省了占地面积。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的储能系统一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的储能系统另一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例中储存容器的一种可行结构的示意图；

图4为本实用新型实施例中包括有加热装置的储能系统的结构示意图。

图中示出：能量交换装置1；储能子装置11；释能子装置12；储存容器2；储能介质入口21；储能介质出口22；保护气体接口23；隔热层24；第一阀组31；第二阀组32；第三阀组33；第四阀组34；第五阀组35；泵结构4；加热装置5。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本实用新型的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本实用新型的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

如图1所示，本实用新型实施例提供的储能系统，包括：能量交换装置1和N个储存容器2，所述N个储存容器2均可用于存储不同能量状态的储能介质；每个所述储存容器2的容积均大于或等于V_m/(N-1)，V_m为所述储能介质的总体积，N为大于2的正整数；所述N个储存容器2并联设置，并通过干路管道连接至所述能量交换装置1；每个所述储存容器2所在支路管道上均设有第一阀组31。

本实用新型实施例提供的储能系统可以用于热能或化学能的储能与释能，相应地，所述能量交换装置1可以是例如换热器等用于能量转移的装置，也可以是例如电化学反应池等用于能量转化的装置。以下将主要就热能形式的储能系统为例进行说明。

上述的储能介质可以是水、导热油、熔融盐等流体形态的介质，以实现在能量交换装置1与储存容器2之间的循环流动。储能介质可以通过吸收能量或释放能量实现在高能量状态与低能量状态之间转换，在热能储能中，高能量状态与低能量状态体现为储能介质温度的不同。

储能容器2可以是储罐或者储箱等类型的容器，每个储存容器2的容积均大于或等于V_m/(N-1)，以使得在储能或释能过程中，在保证存放所有的储能介质的前提下，可以至少空置出一个储存容器。

以可空置一个储存容器为例，在储能过程中，前N-1个储存容器均用于储存低能量状态的储存介质，而第N个储存容器处于空置状态，储能时先将前N-1个储存容器中其中一个储存容器中的储能介质提取出来，在能量交换装置1中通过吸收外来能量，将储能介质转换为高能量状态，然后储存于上述第N个储存容器(即处于空置状态的储存容器)中，此过程完成后即出现一个新的空置状态的储存容器，并在后续储能过程中继续接收并储存来自能量交换装置1的高能量状态的储能介质，如此滚动即可将所有低能量状态的储能介质转换成高能量状态的储能介质并储存起来。

释能过程与上述储能过程类似，前N-1个储能容器均用于储存高能量状态的储能介质，第N个储能容器处于空置状态，释能时先将前N-1个储存容器中其中一个储存容器中的储能介质提取出来，在能量交换装置1中通过对外释放能量，将储能介质转换为低能量状态，然后储存于上述第N个储存容器(即处于空置状态的储存容器)中，此过程完成后即出现一个新的空置状态的储存容器，并在后续释能过程中继续接收并储存来自能量交换装置1的低能量状态的储能介质，如此滚动即可将所有高能量状态的储能介质转换成低能量状态的储能介质并储存起来。

将储能介质从一个储存容器2中提取出来并存放到另一个储存容器2中的过程，可以通过对每个储存容器2所在支路管道上设置的第一阀组21的开启或闭合操作来实现。

相比于现有技术中设置两套能够容纳全部储能介质的储存容器的技术方案，本实用新型实施例通过设置N个储存容器，并使得在储能或释能过程中，空出至少一个储存容器用于储能介质的滚动储存，能够将储存容器的最小总容积需求从2V_m降低至V_m﹒N/(N-1)，降低了储存容器的制造成本，节省了占地面积。

可选地，如图1、图2所示，每个所述储存容器2所在支路管道上的第一阀组31的数量均为2个，且分别设于该储存容器2的两端。

如图3所示，本实施例中，每个储存容器2均可具有储能介质入口21与储能介质出口22，且N个储存容器2并联至所述能量交换装置1的两端。当需要将某一储存容器2中的储能介质进行提取时，可打开该储存容器2的储能介质出口22处的第一阀组31；当需要将储能介质存放至某一储存容器2中时，则可打开该储能容器2的储能介质入口21处的第一阀组31。

本实施例在每个储存容器的两端各设置一个第一阀组，可在储能过程或释能过程中，将高能量状态储能介质的流动管道与低能量状态储能介质的流动管道进行区分，有助于使得储能介质按照特定的方向进行持续流动，提高能量交换过程的连续性。

当然，在一些可行的实施方式中，每个储存容器2上可以仅设置一个用于储能介质出入的开口，相应地，每个储存容器2所在支路管道上可仅设置一个第一阀组31，N个储存容器2并行布置后与能量交换装置1连接。

可选地，所述第一阀组31包括一个或多个阀单元；所述阀单元包括一个或多个阀门；当所述第一阀组31包括多个阀单元时，所述多个阀单元并联设置。

上述阀单元可以是逆止阀、截断阀、调节阀等。设置多个相互并联的阀单元的目的，一方面在一个阀单元损坏或被储能介质堵塞后，可以起用另外的阀单元；另一方面，在进行检修的过程中，可以对阀单元轮流检修或使用，不影响正常的储能工作过程。上述阀门可以是逆止阀、截断阀、调节阀等中的一个或多个，例如每个阀单元可以是由逆止阀、截断阀以及调节阀串联组成。

可选地，在能量交换装置1所在支路管道上设有第四阀组34。

第四阀组34的设置，一方面有利于在对能量交换装置1进行检修时截断其余管路，另一方面，也可以通过例如节流阀等阀门的设置协助对流量进行控制。

可选地，如图2所示，所述能量交换装置1包括并联设置的储能子装置11与释能子装置12；所述储能子装置11所在支路管道上设有第二阀组32，所述释能子装置12所在支路管道上设有第三阀组33。

本实施例中，将储能子装置11与释能子装置12分开设置，储能过程与释能过程分别在不同的装置中进行。例如，在储能过程中，打开第二阀组32，关闭第三阀组33，使来自储存容器2的储能介质进入到储能子装置11中吸收外来热量；在释能过程中，则关闭第二阀组32，打开第三阀组33。由于外部热源或冷源可能是相同或不同的对象，例如，外部热源可能是太阳能或者高温水蒸气等，外部冷源则可能是生活用水等。将储能子装置11与释能子装置12分开设置，能够较好地适应各种应用场合，扩大了适用范围。

在实际应用中，根据储能系统的特点，储能子装置11与释能子装置12也可以是合并设置或部分合并设置的。例如，能量交换装置1是具有两套独立流体通道的换热器，其中一套流体通道用于储能介质的流通，当另一套流体通道通入外部热源时，该换热器形成储能子装置11；当另一套流体通道通入外部冷源时，该换热器形成释能子装置12。再例如，能量交换装置1是具有三套独立流体通道的换热器，第一套流体通道用于储能介质的流通，第二套流体通道用于外部热源的流通，第三套流体通道用于外部冷源的流通，对应储能子装置11与释能子装置12部分合并的构造。

可选地，上述储能系统还包括泵结构4，所述泵结构4安装在所述干路管道上。

泵结构4可以是离心泵、轴流泵、容积式泵等类型泵，根据实际需求进行选择。泵结构4的数量上，可以仅在如图1、图2所示的干路管道位置设置一台泵结构4，也可以根据实际参数(例如能量交换装置1与储存容器2相对高度位置、管道长度与管径、储能介质的粘度等)，选择多台泵结构4进行串联和/或并联布置，以保障储能系统运行安全可靠。

此外，由于上述泵结构4可能同时应用到高能量状态储能介质与低能量状态储能介质的泵送中，因此选择的泵结构4可同时适应两种能量状态的储能介质的运行特点。

可选地，每个所述储存容器2至少在内壁上设有隔热层24。

在热能储能系统中，隔热层24的设置，可以减少储存容器2中储存介质的热能的损失。如图3所示，在储存容器2的内部设置隔热层24，可减少储存容器2本体的热容量对储能的影响。可选地，可在储存容器2的内壁和外壁上同时设置隔热层24，以进一步提高隔热保温效果。

可选地，如图4所示，上述储能系统还包括加热装置，所述加热装置5与所述能量交换装置1并联设置。

在停工检修等过程中，储能系统可能会较长时间静置，导致储存容器2中的储能介质的温度下降并影响其正常流动，设置加热装置5可将储能介质加热至适合工作运行的温度。

以储能介质为水为例，当储能系统长时间静置，且环境温度在冰点以下时，可将位于加热装置5所在支路管道上的第五阀组35打开，将储存容器2中的水轮流输送至加热装置5中吸热，使得水的温度保持在10℃左右，避免储能系统重新运行时水因结冰而无法流动。

进一步可选地，上述加热装置5的功能也可以通过能量交换装置1来实现。

可选地，如图3所示，每个所述储存容器2上设有保护气体接口23。

对于导热油、熔融盐等储能介质，出于防氧化或防老化的考虑，需使得储存容器2在具有较好的密封性的同时，还需尽量避免储能介质与空气进行接触。本实施例中，储存容器2上设有保护气体接口23，并可进一步连接至外部保护气气源结构，例如惰性气体储罐等。当某一储存容器2中的储能介质被导出时，惰性气体不断进入该储存容器2中，平衡储存容器2中压力，并对储能介质形成保护；当某一储存容器2被导入储能介质时，惰性气体重新回到上述惰性气体储罐中。

在一些可行的实施方式中，由于储能介质不可避免地会发生蒸发损失以及老化，可在储能系统中还加入用于储能介质更换、补充或者净化过滤等的结构。

此外，考虑到储能介质比容随能量状态发生或变化，以及储能系统所处位置的气象条件(例如当地环境温差、压差等)，单个储存容器2的容积以及所有储存容器2的总容积应综合上述条件选取最大值。储存容器2的选型可结合储能介质特性、运行参数、布置条件等综合确定，图3中只是示出了本实用新型实施例中储存容器2的一种可行结构的示意图，实际应用中，储存容器2还可以是例如立式储罐、储箱等形式的容器。

可选地，所述第一阀组31为电动阀组。

所述电动阀组的运行状态为电动可控。以图1所示的储能系统为例，若需要将一个储存容器2(例如左侧第一个储存容器)中的储能介质提取出来，在能量交换装置1中交换能量(可以是储能或释能)后，将储能介质送入到另一个储存容器2(例如左侧第二个储存容器)，则可通过如下过程实现：

控制左侧第一个储存容器2的储能介质出口22处的第一阀组31打开，其余的第一阀组31关闭，左侧第一个储存容器2中的储能介质被泵送至能量交换装置1，储能介质完成储能或释能后，控制左侧第二个储存容器2的储能介质入口21处的第一阀组31打开，其余的第一阀组31关闭，将储能介质送入到左侧第二个储存容器2中；如此滚动工作即可完成所有储能介质的能量状态的转换。当然，当能量交换装置1中能量交换效率较高时，可以同时打开左侧第一个储存容器2的储能介质出口22处的第一阀组31，与左侧第二个储存容器2的储能介质入口21处的第一阀组31，关闭其他第一阀组31，提高能量交换过程的连续性。

本实施例中将第一阀组设为电动阀组，为实现储能系统的自动化运行提供了硬件基础。此外，对于如何实现电动阀组的电动可控，属于现有常规技术，此处不再加以赘述。

进一步可选地，对于图2所示的储能系统，第二阀组32与第三阀组33页可以是电动阀组，工作过程与上述过程相似，只需在储能过程中，打开第二阀组32，关闭第三阀组33；在释能过程中，关闭第二阀组32，打开第三阀组33。

本实用新型实施例提供的储能系统，在储能或释能过程中，空出至少一个储存容器用于储能介质的滚动储存，能够将储存容器的最小总容积需求从2V_m降低至V_m﹒N/(N-1)，降低了储存容器的制造成本，节省了占地面积，进而提高了储能系统的经济性。

上述储能系统可通过如下储能方法进行应用：

将第一储存容器中的第一能量状态储能介质输送至能量交换装置，并将经所述能量交换装置转换得到的第二能量状态储能介质输送至第二储存容器中；

在所述第一储存容器中的第一能量状态储能介质输送完成之后，将第三储存容器中的第一能量状态储能介质输送至所述能量交换装置，并将经所述能量交换装置转换得到的第二能量状态储能介质输送至所述第一储存容器中；

其中，所述第一储存容器和所述第三储存容器均为所述N个存储容器中储存有第一能量状态储能介质的储存容器，所述第二储存容器为所述N个存储容器中任一处于空置状态的储存容器，第一能量状态储能介质与第二能量状态储能介质为不同能量状态的储能介质。

值得注意的是，上述的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。例如，对于储存介质，若上述第一能量状态为高能量状态，则第二能量状态为低能量状态；反之，若第一能量状态为低能量状态，则第二能量状态为高能量状态。再例如，对于储存容器，其数量N可以是大于2的任一正整数，当N＝3时，上述的储能方法的步骤可以是一个完整的工作过程；而当N>3时，上述的储能方法的步骤可以是完整工作过程中多个循环过程的其中一个。

以上所述的是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种储能系统，其特征在于，包括：能量交换装置和N个储存容器，所述N个储存容器均可用于存储不同能量状态的储能介质；

每个所述储存容器所在支路管道上均设有第一阀组。

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，每个所述储存容器所在支路管道上的第一阀组的数量均为2个，且分别设于该储存容器的两端。

3.根据权利要求1或2所述的储能系统，其特征在于，所述第一阀组包括一个或多个阀单元；所述阀单元包括一个或多个阀门；

4.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述能量交换装置包括并联设置的储能子装置与释能子装置；

5.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，还包括泵结构，所述泵结构安装在所述干路管道上。

6.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，每个所述储存容器至少在内壁上设有隔热层。

7.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，还包括加热装置，所述加热装置与所述能量交换装置并联设置。

8.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，每个所述储存容器上设有保护气体接口。

9.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述第一阀组为电动阀组。