CN216922237U - 一种空气介质的热泵储电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及储能系统技术领域，具体涉及一种空气介质的热泵储电系统，通过在储能膨胀机组中的高压膨胀机组和低压膨胀机组之间安装换热件，使高压膨胀机组中输出的中高压空气，经过换热件后变为低温高压空气后再通入到低压膨胀机组中，经过低压膨胀机组后的空气变为低温低压的空气，低温低压空气一部分进入到第二蓄能件中对冷能进行储藏后至常温低压空气释放，另一部分经过辅助支路进入到换热件中，与中高压空气进行换热对中高压空气降温。通过降低通入到低压膨胀机组中的空气温度，能够大大提高储冷能量密度与品味，减少释能过程压缩机组的工作能耗，能够提升储电系统整体的工作效率，降低储电成本。

Description

一种空气介质的热泵储电系统

技术领域

本实用新型涉及储能系统技术领域，具体涉及一种空气介质的热泵储电系统。

背景技术

热泵储电是一种大规模物理储电技术，具有成本低、储能密度高和不受地理条件限制等优点，具有广阔的研究价值和应用前景。热泵储电系统通常由压缩机、膨胀机、储热器和储冷器组成。其在储能时通过逆向布雷顿循环将热能从储冷器内部抽出至储热器，并存储冷能与热能；当需要电能的时候，通过正向布雷顿循环将存储的热能和冷能转化为电能。

现有技术中的热泵储电系统中，多采用氩气等稀有气体闭式回路，由于在储释能过程中储能装置的温度和密度变化，导致整个系统的流量、压力等不平衡和不稳定。此外，采用氩气等稀有气体还存在着工质泄漏问题。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的热泵储电系统中存在的系统流量、压力等不平衡不稳定问题和工质泄漏问题，从而提供一种空气介质的热泵储电系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种空气介质的热泵储电系统，包括：

储能回路，包括依次连接的储能压缩机组、第一蓄能件、储能膨胀机组、第二蓄能件；

释能回路，包括依次连接的第一蓄能件、释能膨胀机组、第二蓄能件、释能压缩机组，所述释能压缩机组出口端与所述第一蓄能件连通；

所述储能膨胀机组包括依次连通的高压膨胀机组和低压膨胀机组，所述低压膨胀机组与所述第二蓄能件连接，所述高压膨胀机组与所述低压膨胀机组之间安装有换热件，所述低压膨胀机组与所述第二蓄能件之间设有辅助支路，所述辅助支路与所述换热件连通。

可选地，所述换热件内设有第一换热流道和第二换热流道，所述第一换热流道连通在所述高压膨胀机组与所述低压膨胀机组之间，所述第二换热流道与所述辅助支路连通。

可选地，所述储能压缩机组和所述储能膨胀机组同轴连接。

可选地，所述释能膨胀机组和所述释能压缩机组同轴连接。

可选地，所述储能压缩机组入口端安装有干燥除湿器。

可选地，所述储能压缩机组上轴连接有电动机。

可选地，所述释能膨胀机组上轴连接有发电机。

可选地，所述储能压缩机组、所述储能膨胀机组、所述释能压缩机组和所述释能膨胀机组与所述第一蓄能件之间均安装有控制阀门。

可选地，所述第二蓄能件上设有出气支路。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型提供的空气介质的热泵储电系统，通过在储能膨胀机组中的高压膨胀机组和低压膨胀机组之间安装换热件，使高压膨胀机组中输出的高压空气，经过换热件后变为低温高压空气后再通入到低压膨胀机组中，经过低压膨胀机组后的空气变为低温低压的空气，低温低压空气一部分进入到第二蓄能件中对冷能进行储藏后释放，另一部分经过辅助支路进入到换热件中，与高压空气进行换热对高压空气降温。通过降低通入到低压膨胀机组中的空气温度，能够大大提高储冷能量密度与品味，减少释能过程压缩机组的工作能耗，能够提升储电系统整体的工作效率，降低储电成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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他的附图。

图1为本实用新型的实施方式中提供的空气介质的热泵储电系统的结构示意图。

附图标记说明：1、电动机；2、低压压缩机组；3、高压压缩机组；4、高压膨胀机组；5、低压膨胀机组；6、干燥除湿器；7、第一蓄能件；8、第二蓄能件；9、换热件；10、发电机；11、释能膨胀机组；12、释能压缩机组；13、第一阀门；14、第二阀门；15、第三阀门；16、第四阀门；17、第五阀门；18、第六阀门；19、第七阀门；20、第八阀门；21、第九阀门。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

如图1所示为本实施例提供的一种空气介质的热泵储电系统，以空气为工作介质将电能进行储存。储电系统包括：储能回路和释能回路，储能回路和释能回路共用一个第一蓄能件7和一个第二蓄能件8。本实施例中，第一蓄能件7为高温填充床，第二蓄能件8为低温填充床，高温填充床和低温填充床为圆柱体、球体或者长方体，固体蓄冷蓄热介质为岩石、沙石、金属颗粒、固体砖等材料中的一种或者至少两种的组合。

储能回路包括依次连接的储能压缩机组、第一蓄能件7、储能膨胀机组、第二蓄能件8。释能回路包括依次连接的第一蓄能件7、释能膨胀机组11、第二蓄能件8、释能压缩机组12，释能压缩机组12出口端与第一蓄能件7连通。

储能膨胀机组包括依次连通的高压膨胀机组4和低压膨胀机组5，低压膨胀机组5与第二蓄能件8连接，高压膨胀机组4与低压膨胀机组5之间安装有换热件9，低压膨胀机组5与第二蓄能件8之间设有辅助支路，辅助支路与换热件9连通。换热件9内设有第一换热流道和第二换热流道，第一换热流道连通在高压膨胀机组4与低压膨胀机组5之间，第二换热流道与辅助支路连通。第二蓄能件8上设有出气支路，从低压膨胀机组5输出的低温低压空气在第二蓄能件8中储存冷能后从出气支路中排出到环境中。

为了提升降低压缩机和膨胀机在工作时的能耗，储能压缩机组和储能膨胀机组同轴连接。释能膨胀机组11和释能压缩机组12同轴连接。为了降低空气中的水分，储能压缩机组入口端安装有干燥除湿器6。

储能压缩机组包括依次连接的低压压缩机组2和高压压缩机组3，在低压压缩机组2上轴连接有电动机1，用于驱动低压压缩机组2工作将外界环境中的空气抽取至低压压缩机组2中。释能膨胀机组11上轴连接有发电机10，空气从第一蓄能件7中获取能量变为高温空气进入到释能膨胀机组11中驱动。释能膨胀机组11工作，释能膨胀机组11带动发电机10运转发电。本实施例中，储能膨胀机组和释能膨胀机组11中均包括多级串联的膨胀机本体。储能压缩机组和释能压缩机组12中均包括多级串联的压缩机本体。每级压缩机压缩比在1－10之间；每级膨胀机的膨胀比在1－10之间。

储能压缩机组、储能膨胀机组、释能压缩机组12和释能膨胀机组11与第一蓄能件7之间均安装有控制阀门。具体地，储能压缩机组与第一蓄能件7之间安装有第一阀门13，储能膨胀机组与第一蓄能件7之间安装有第二阀门14，释能压缩机组12与第一蓄能件7之间安装有第三阀门15，释能膨胀机组11与第一蓄能件7之间安装有第四阀门16。另外，在低压膨胀机组5与换热件9之间安装有第五阀门17，低压膨胀机组5与第二蓄能件8之间安装有第六阀门18。释能膨胀机组11与第二蓄能件8之间安装有第七阀门19，释能压缩机组12与第二蓄能件8之间安装有第八阀门20。在出气支路上还安装有第九阀门21。在第二蓄能件8与储能膨胀机组连接的一侧设置有辅助阀门，辅助阀门在储电系统储能过程和释能过程均处于打开状态。储能膨胀机组和释能压缩机组12连接在第二蓄能件8的同一个开口上，释能膨胀机组11连通在第九阀门21和第二蓄能件8之间的管路上。

在空气介质的热泵储电系统进行储能过程中，关闭第四阀门16、第三阀门15、第七阀门19、第八阀门20，打开第一阀门13、第二阀门14、第五阀门17、第六阀门18、第九阀门21。

在储能时，启动电动机1驱动储能压缩机组进行空气压缩工作。环境中的空气经过干燥除湿器6去除水分后，经过低压压缩机组2和高压压缩机组3至高温高压态，进一步第一蓄能件7将热量存储到蓄热介质中，第一蓄热件出口的常温高压空气进一步进入高压膨胀机组4进行膨胀做功，高压膨胀机组4出口输出中低温空气进入到换热件9的热侧，对空气进行降温，换热件9热侧出口的低温高压空气进入低压膨胀机组5进行膨胀做功，变为低温低压态的空气。低压膨胀机组5出口端的低温低压空气分为两路，一部分空气进入到换热件9的冷侧，经过换热件9冷侧出口空气温度高后排往大气环境；另一部分流体进入第二蓄能件8将冷能存储在蓄冷介质中。

在空气介质的热泵储电系统进行储能过程中，打开第四阀门16、第三阀门15、第七阀门19、第八阀门20，关闭第一阀门13、第二阀门14、第五阀门17、第六阀门18、第九阀门21。

释能时，释能压缩机组12、释能膨胀机组11、第一蓄能件7、第二蓄能件8和连接管道形成用于发电的闭合释能回路，回路中的第一蓄能件7出口输出的高温高压空气进入到释能膨胀机组11中膨胀做功产生一部分功通过轴传给释能压缩机组12，另一部分通过轴驱动发电机10进行发电工作。释能膨胀机组11出口输出的低压气体进入第二蓄能件8中，第二蓄能件8出口的低温低压空气进入释能压缩机组12被压缩成高压态，进一步进入到第一蓄能件7中，经过第一蓄能件7变为高温高压空气后，从第一蓄能件7的出口处输出重新进入下一循环。

本实用新型提供的空气介质的热泵储电系统，通过在储能膨胀机组中的高压膨胀机组4和低压膨胀机组5之间安装换热件9，使高压膨胀机组4中输出的高压空气，经过换热件9后变为低温高压空气后再通入到低压膨胀机组5中，经过低压膨胀机组5后的空气变为低温低压的空气，低温低压空气一部分进入到第二蓄能件8中对冷能进行储藏后释放，另一部分经过辅助支路进入到换热件9中，与高压空气进行换热对高压空气降温。通过降低通入到低压膨胀机组5中的空气温度，能够大大降低低压膨胀机组5的工作功率，减少低压膨胀机组5的工作能耗，能够提升储电系统整体的工作效率，降低储电成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种空气介质的热泵储电系统，其特征在于，包括：

储能回路，包括依次连接的储能压缩机组、第一蓄能件(7)、储能膨胀机组、第二蓄能件(8)；

释能回路，包括依次连接的第一蓄能件(7)、释能膨胀机组(11)、第二蓄能件(8)、释能压缩机组(12)，所述释能压缩机组(12)出口端与所述第一蓄能件(7)连通；

所述储能膨胀机组包括依次连通的高压膨胀机组(4)和低压膨胀机组(5)，所述低压膨胀机组(5)与所述第二蓄能件(8)连接，所述高压膨胀机组(4)与所述低压膨胀机组(5)之间安装有换热件(9)，所述低压膨胀机组(5)与所述第二蓄能件(8)之间设有辅助支路，所述辅助支路与所述换热件(9)连通。

2.根据权利要求1所述的空气介质的热泵储电系统，其特征在于，所述换热件(9)内设有第一换热流道和第二换热流道，所述第一换热流道连通在所述高压膨胀机组(4)与所述低压膨胀机组(5)之间，所述第二换热流道与所述辅助支路连通。

3.根据权利要求1或2所述的空气介质的热泵储电系统，其特征在于，所述储能压缩机组和所述储能膨胀机组同轴连接。

4.根据权利要求1或2所述的空气介质的热泵储电系统，其特征在于，所述释能膨胀机组(11)和所述释能压缩机组(12)同轴连接。

5.根据权利要求1或2所述的空气介质的热泵储电系统，其特征在于，所述储能压缩机组入口端安装有干燥除湿器(6)。

6.根据权利要求1或2所述的空气介质的热泵储电系统，其特征在于，所述储能压缩机组上轴连接有电动机(1)。

7.根据权利要求1或2所述的空气介质的热泵储电系统，其特征在于，所述释能膨胀机组(11)上轴连接有发电机(10)。

8.根据权利要求1或2所述的空气介质的热泵储电系统，其特征在于，所述储能压缩机组、所述储能膨胀机组、所述释能压缩机组(12)和所述释能膨胀机组(11)与所述第一蓄能件(7)之间均安装有控制阀门。

9.根据权利要求1或2所述的空气介质的热泵储电系统，其特征在于，所述第二蓄能件(8)上设有出气支路。

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