CN220487684U - 一种蒸汽介质变频储热发电系统 - Google Patents

Abstract

一种蒸汽介质变频储热发电系统，包括一种蒸汽介质变频储热发电系统，其特征在于，所述蒸汽介质变频储热发电系统包括低温热水罐、高温热水罐、熔盐储能装置、逆流热交换器、压缩机、膨胀机、发电机、四个电磁阀以及它们之间的连接管路；所述低温热水罐与压缩机的入口和膨胀机的出口连通；所述压缩机的出口和膨胀机的入口与逆流热交换器蒸汽通道的一端连通；所述逆流热交换器蒸汽通道的另一端与高温热水罐连通。本实用新型采用水蒸汽为工作介质，液态熔盐为储热介质，通过在高、低温热水罐的设计，压缩机和膨胀机的变工况的工作，实现了相变存取热能，提高了储能发电效率，又易于商业实施。

Description

一种蒸汽介质变频储热发电系统

技术领域

本实用新型属于新能源的储能发电技术领域，特别涉及一种蒸汽介质变频储热发电系统。

背景技术

储能技术是解决可再生能源大规模接入和弃风、弃光问题的关键技术；是分布式能源、智能电网、能源互联网发展的必备技术；也是解决常规电力削峰填谷，提高常规能源发电与输电效率、安全性和经济性的重要支撑技术。随着绿色能源开始逐步替代全球的电力供应，世界各地都将需要大规模的能源储存，新型二氧化碳储能、压缩空气储能及氢储能等新技术层出不穷。

新技术储能中压缩空气储能容量大，单机容量可达百兆瓦级以上，仅次于抽水蓄能，但是储能的压缩空气会被加热从而导致能量的损耗在转换过程，能源的利用效率偏低，至今没有商业化，同时受地理条件的限制大。针对压缩空气储能系统存在的技术与应用瓶颈问题,提出二氧化碳储能的方式，相比于空气，二氧化碳用作介质有一些独特的优势；但是它的成本较高, 主要设备还在研究阶段，还需要大量的研究和开发,才能使其变得更加可行。氢储能的痛点在于氢气成本高、电站造价成本高、能量转换效率低、技术成熟度低,以及制氢-储氢-运氢-发电整个流程较长等诸多因素给氢储能发电应用推广带来了极大挑战。因此寻找一种新的储能技术方案很有必要。

发明内容

为实现低成本、高效率的储能，本实用新型提供一种蒸汽介质变频储热发电系统，相比现有技术，采用水蒸汽为工作介质，液态熔盐为储热介质，通过在高、低温热水罐的设计，压缩机和膨胀机的变工况的工作，实现了相变存取热能，提高了储能发电效率，又易于商业实施，具体描述如下：

一种蒸汽介质变频储热发电系统，其特征在于，所述蒸汽介质变频储热发电系统包括低温热水罐、高温热水罐、熔盐储能装置、逆流热交换器、压缩机、膨胀机、发电机、四个电磁阀以及它们之间的连接管路；

所述逆流热交换器内部设有蒸汽通道和熔盐通道，所述逆流热交换器蒸汽通道的一端分别与压缩机的出口和膨胀机的入口连通；所述逆流热交换器蒸汽通道的另一端通过第四电磁阀与高温热水罐的入口连通；同时，所述逆流热交换器蒸汽通道的另一端通过第三电磁阀还与高温热水罐的出口连通；

所述低温热水罐的出口通过第一电磁阀与压缩机的入口和膨胀机的出口连通；所述低温热水罐入口通过第二电磁阀也与压缩机的入口和膨胀机7的出口连通；

所述熔盐储能装置包括高温熔盐罐、低温熔盐罐、第一熔盐泵、第二熔盐泵、第一单向阀、第二单向阀以及它们之间的连接管路；所述第一熔盐泵和第一单向阀并联在高温熔盐罐和逆流热交换器的熔盐通道之间；所述第二熔盐泵和第二单向阀并联在低温熔盐罐和逆流热交换器的熔盐通道之间。

进一步地，所述熔盐储能装置包括高温熔盐罐、低温熔盐罐、四通阀、第二熔盐泵以及它们之间的连接管路；所述高温熔盐罐直接与逆流热交换器内的熔盐通道连通，所述四通阀和第二熔盐泵安装在低温熔盐罐和逆流热交换器之间。

进一步地，所述低温热水罐的底部设有分流器，分流器的上面设有分流口，所述分流器与低温热水罐的入口连通。

进一步地，所述高温热水罐的底部设有分流器，分流器的上面设有分流口，所述分流器与高温热水罐的入口连通。

进一步地，所述压缩机是变频压缩机；所述膨胀机是变频膨胀机。

进一步地，所述膨胀机与发电机电连接。

本实用新型的蒸汽介质变频储热发电系统，采用水蒸汽为工作介质，液态熔盐为储热介质，通过在高、低温热水罐内预留消耗相变热的液态水和分流器的设计，再加上变频压缩机和变频膨胀机根据工作需要进行变工况的工作，实现了相变存取热能。该系统储能和发电可逆，不仅提高了工作效率，又易于商业化实施。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。

附图1是本实用新型蒸汽介质变频储热发电系统第一种结构示意图。

附图2是本实用新型蒸汽介质变频储热发电系统第二种结构示意图。

图中：1、低温热水罐；2、高温热水罐；3、高温熔盐罐；4、低温熔盐罐；5、逆流热交换器；6、压缩机；7、膨胀机；8、发电机；91、第一熔盐泵；92、第二熔盐泵；101~102、单向阀；103、四通阀；111、第一电磁阀；112、第二电磁阀；113、第三电磁阀；114、第四电磁阀；12、放热阀；131~132、分流器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。

显然，所描述的实施例仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。为使实施例更便于理解，以下提供多种实施例或实施方法以对本实用新型的相关装置、模块、功能进行说明。

具体实施方式一

如附图1所示，所述蒸汽介质变频储热发电系统包括低温热水罐1、高温热水罐2、熔盐储能装置、逆流热交换器5、压缩机6、膨胀机7、发电机8、四个电磁阀111~114以及它们之间的连接管路，所述膨胀机7与发电机8连接。

所述低温热水罐1的底部设有分流器131，分流器131的上面设有分流口，其作用是使进入低温热水罐1内的低温蒸汽介质先经分流器131进行分流，然后通过分流器131上的分流口进入低温热水罐1的底部，低温蒸汽介质从低温热水罐1的底部往上走，与低温热水罐1内的热水进行热交换，低温蒸汽介质在热交换内发生相变，变成低温热水，低温热水罐1内的热水吸收低温蒸汽介质热量,温度升高。所述低温热水罐1的出口通过第一电磁阀111与压缩机6的入口和膨胀机7的出口连通；所述低温热水罐1的分流器131与低温热水罐1出口的内部连通，低温热水罐1出口的外部通过第二电磁阀112与压缩机6的入口和膨胀机7的出口连通。

所述逆流热交换器5内部设有蒸汽通道和熔盐通道，所述逆流热交换器5蒸汽通道的一端分别与压缩机6的出口和膨胀机7的入口连通；所述逆流热交换器5蒸汽通道的另一端分别与高温热水罐2的入口和出口连通。

所述熔盐储能装置包括高温熔盐罐3、低温熔盐罐4、第一熔盐泵91、第二熔盐泵92、第一单向阀101、第二单向阀102以及它们之间的连接管路；所述第一熔盐泵91和第一单向阀101并联在高温熔盐罐3和逆流热交换器5的熔盐通道之间；所述第二熔盐泵92和第二单向阀102并联在低温熔盐罐4和逆流热交换器5的熔盐通道之间。所述高温熔盐罐3和低温熔盐罐4的安装位置位于逆流热交换器5的下方，形成一定的高度差。所述熔盐储能装置储热时，第二熔盐泵92抽取低温熔盐罐4内的熔盐，然后送入逆流热交换器5的熔盐通道，低温熔盐吸收逆流热交换器5内另外一个通道内的传热介质的热量变为高温熔盐，然后高温熔盐靠重力作用经第一单向阀101回到高温熔盐罐3。所述熔盐储能装置放热时，第一熔盐泵91抽取高温熔盐罐3内的熔盐，高温熔盐被送入逆流热交换器5的熔盐通道，高温熔盐与逆流热交换器5内另外一个通道内的传热介质进行热交换变为低温熔盐，然后低温熔盐靠重力作用经第二单向阀102回到低温熔盐罐4。

所述高温热水罐2的底部设有分流器132，分流器132的上面设有分流口，其作用是使进入高温热水罐2内的高温蒸汽介质先经分流器132进行分流，然后通过分流器131上的分流口进入高温热水罐2的底部，高温蒸汽介质从高温热水罐2的底部往上走，与高温热水罐2的中温热水进行热交换，高温蒸汽介质在热交换内发生相变，变成高温热水，高温热水罐2内中温热水吸收高温蒸汽介质热量，变成高温热水。所述高温热水罐2的出口通过第三电磁阀113与所述逆流热交换器5蒸汽通道连通；所述高温热水罐2入口的内部与分流器132连通，高温热水罐2入口的外部通过第四电磁阀114与所述逆流热交换器5蒸汽通道连通。

所述压缩机6是变频压缩机；所述膨胀机7是变频膨胀机。

本实用新型蒸汽介质变频储热发电系统有两种工作模式，分别为储热工作模式和发电工作模式。

储热工作模式时：第一电磁阀111、第四电磁阀114、压缩机6和第二熔盐泵92开启工作，第二电磁阀112、第三电磁阀113、膨胀机7和第一熔盐泵91处于关闭状态；具体工作原理为，在压缩机6作用下，低温热水罐1内的低温热水经第一电磁阀111放出，发生相变变为低温蒸汽，然后低温蒸气进入压缩机6，被压缩为高温高压的过热蒸汽，高温高压的过热蒸汽进入逆流热交换器5的蒸汽通道，同时第二熔盐泵92抽取低温熔盐罐4内的低温熔盐送入逆流热交换器5的熔盐通道，低温熔盐吸收逆流热交换器5内蒸汽通道中高温高压过热蒸汽的热量变为高温熔盐，然后高温熔盐靠重力作用经第一单向阀101回到高温熔盐罐3；而逆流热交换器5蒸汽通道中高温高压过热蒸汽经过定量放热后变为高温高压的蒸汽，然后高温高压的蒸汽经第四电磁阀114进入高温热水罐2分流器132进行分流，然后通过分流器131上的分流口进入高温热水罐2的底部，高温高压蒸汽介质从高温热水罐2的底部往上走，与高温热水罐2内中温高压热水进行热交换，高温高压蒸汽介质在热交换中发生相变，变成高温高压热水，高温热水罐2内中温高压热水吸收高温高压蒸汽介质热量，变成高温高压热水，最终热量以高温高压热水的形式储存在高温热水罐2内，这样就完成了储热工作模式。

发电工作模式时：第一电磁阀111、第四电磁阀114、压缩机6和第二熔盐泵92处于关闭状态，第二电磁阀112、第三电磁阀113、膨胀机7和第一熔盐泵91开启工作；具体工作原理为，打开第四电磁阀114，高温热水罐2内的高温高压热水发生相变，变为高温高压的蒸汽，高温高压的蒸汽进入逆流热交换器5内的蒸汽通道，同时第一熔盐泵91抽取高温熔盐罐3内的高温熔盐送入逆流热交换器5的熔盐通道，高温高压的蒸汽与高温熔盐在逆流热交换器5内进行热交换，高温熔盐放热变为低温熔盐，低温熔盐在逆流热交换器5内靠重力作用经第二单向阀102回到低温熔盐罐4；同时高温高压的蒸汽吸收高温熔盐的热量变为高温高压的过热蒸汽，高温高压的过热蒸汽进入膨胀机7做功，膨胀机7将热能变为机械能驱动发电机8发电，最终实现热能转换成电能输出；做功后的高温高压的过热蒸汽经膨胀机7排出，为低温的水蒸汽，低温蒸汽介质经第二电磁阀112进入低温热水罐1内部的分流器131进行分流，然后通过分流器131上的分流口进入低温热水罐1的底部，低温蒸汽介质从低温热水罐1的底部往上走，与低温热水罐1内的热水进行热交换，低温蒸汽介质在热交换内发生相变，变成低温热水，低温热水罐1内的热水吸收低温蒸汽介质热量，温度稍微升高，最终低温热水储存在低温热水罐1内，这样就完成了发电工作模式。

所述储热工作模式和发电工作模式所有过程都是可逆的。

以上所述低温热水罐1上还连接有放热阀12，放热阀与需要低品质的热的场所连通，这样低温热水罐1内的热水可以用于低温低压发电、冬季供暖或工业用热水等不同场所。

以上所述第一单向阀101和第二单向阀102可以用电磁阀来替换。

具体实施方式二

如图2所示，与实施例一中图1相比，本实用新型蒸汽介质变频储热发电系统中的所述熔盐储能装置包括高温熔盐罐3、低温熔盐罐4、四通阀103、第二熔盐泵92以及它们之间的连接管路。所述高温熔盐罐3直接与逆流热交换器5内的熔盐通道连通，低温熔盐罐4与逆流热交换器5之间连接有四通阀103和第二熔盐泵92，其它部件的连接与实施例一中一样。所述熔盐储能装置储热时，在第二熔盐泵92作用下，低温熔盐罐4内的熔盐经四通阀103进入第二熔盐泵92，然后再次经四通阀103送入逆流热交换器5的熔盐通道，低温熔盐吸收逆流热交换器5内高温高压过热蒸汽的热量变为高温熔盐，然后高温熔盐直接回到高温熔盐罐3。所述熔盐储能装置放热时，在第二熔盐泵92作用下，高温熔盐罐3内的高温熔盐被送入逆流热交换器5的熔盐通道，高温熔盐与逆流热交换器5高温高压蒸汽进行热交换，温高压蒸汽吸热变为过热蒸汽，高温熔盐放热变为低温熔盐，然后低温熔盐分别经四通阀103和第二熔盐泵92回到低温熔盐罐4。所述高温熔盐罐3和低温熔盐罐4的安装位置不受限制。图2所示的蒸汽介质变频储热发电系统中除了熔盐储能装置之外的其它部件的工作原理与实施例一相同。

Claims (6)

1.一种蒸汽介质变频储热发电系统，其特征在于，所述蒸汽介质变频储热发电系统包括低温热水罐、高温热水罐、熔盐储能装置、逆流热交换器、压缩机、膨胀机、发电机、四个电磁阀以及它们之间的连接管路；

所述逆流热交换器内部设有蒸汽通道和熔盐通道，所述逆流热交换器蒸汽通道的一端分别与压缩机的出口和膨胀机的入口连通；所述逆流热交换器蒸汽通道的另一端通过第四电磁阀与高温热水罐的入口连通；同时，所述逆流热交换器蒸汽通道的另一端通过第三电磁阀还与高温热水罐的出口连通；

所述低温热水罐的出口通过第一电磁阀与压缩机的入口和膨胀机的出口连通；所述低温热水罐入口通过第二电磁阀也与压缩机的入口和膨胀机的出口连通；

所述熔盐储能装置包括高温熔盐罐、低温熔盐罐、第一熔盐泵、第二熔盐泵、第一单向阀、第二单向阀以及它们之间的连接管路；所述第一熔盐泵和第一单向阀并联在高温熔盐罐和逆流热交换器的熔盐通道之间；所述第二熔盐泵和第二单向阀并联在低温熔盐罐和逆流热交换器的熔盐通道之间。

2.如权利要求1所述一种蒸汽介质变频储热发电系统，其特征在于， 所述熔盐储能装置包括高温熔盐罐、低温熔盐罐、四通阀、第二熔盐泵以及它们之间的连接管路；所述高温熔盐罐直接与逆流热交换器内的熔盐通道连通，所述四通阀和第二熔盐泵安装在低温熔盐罐和逆流热交换器之间。

3.如权利要求1所述一种蒸汽介质变频储热发电系统，其特征在于，所述低温热水罐的底部设有分流器，分流器的上面设有分流口，所述分流器与低温热水罐的入口连通。

4.如权利要求1所述一种蒸汽介质变频储热发电系统，其特征在于，所述高温热水罐的底部设有分流器，分流器的上面设有分流口，所述分流器与高温热水罐的入口连通。

5.如权利要求1所述一种蒸汽介质变频储热发电系统，其特征在于，所述压缩机是变频压缩机；所述膨胀机是变频膨胀机。

6.如权利要求1所述一种蒸汽介质变频储热发电系统，其特征在于，所述膨胀机与发电机电连接。