一种冷热电联储联供系统技术方案

本发明专利技术公开了一种冷热电联储联供系统，该系统包括热泵制热制冷储能回路、冷热能热机发电回路、供热回路和供冷回路。采用电站低谷(低价)电驱动热泵制热制冷循环回路制取高温热能和低温冷能并存储于储热储冷装置中；在用电时段，回路中的气体吸收已存储的高温热能和低温冷能，通过热机循环驱动发电机发电，供给用户；在用热时段，供热回路通过换热器将储热装置内热能供给用户；在用冷时段，供冷回路通过换热器将储冷装置内热能供给用户。本发明专利技术的冷热电联储联供系统可以实现冷热电三种能量的同时存储与供应，满足用户的各种需要，该系统具有储能密度高、成本低、效率高、适用于电网调峰和各种可再生能源电站、不产生温室气体等优点。

A Combined Cooling, Heat and Power Supply System

【技术实现步骤摘要】
一种冷热电联储联供系统
本专利技术属于能量储存
，涉及一种冷热电联储联供系统，是一种基于热泵循环存储冷能和热能以及把利用所存储的冷能和热能能量产生电能，并且把电能、冷能和热能供给用户的系统。
技术介绍
传统分布式供能的冷、热、电三联供系统一般包含发电、余热供热、余热制冷等环节。目前包含储冷储热的冷热电三联供系统也获得大量研究，但是考虑储电系统比较少，尤其是冷热电存储相互转化与联供的研究尚未见报道。目前已有电力储能技术包括抽水储能、压缩空气储能、蓄电池储能、超导磁能、飞轮储能和超级电容等。我国储能呈现多元发展的良好态势：抽水蓄能发展迅速；压缩空气储能、飞轮储能，超导储能和超级电容，铅蓄电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等储能技术研发应用加速；储热、储冷、储氢技术也取得了一定进展。其中以抽水储能、储热储能和压缩空气储能为代表的物理方法储能由于其成本低、储能容量大，适合大规模商业化应用，约占世界储能总量的99.5％。抽水电站储能系统在电力系统处于谷值负荷时让电动机带动水泵把低水库的水通过管道抽到高水库以消耗一部分电能。当峰值负荷来临时，高水库的水通过管道使水泵和电动机逆向运转而变成水轮机和发电机发出电能供给用户，由此起到削峰填谷的作用。抽水电站储能系统技术上成熟可靠、效率高(～70％)、储能容量大等优点，目前已经广泛使用。但是，抽水电站储能系统需要特殊的地理条件建造两个水库和水坝，建设周期很长(一般约7～15年)，初期投资巨大。更为棘手的是，建造大型水库会大面积淹没植被甚至城市，造成生态和移民问题，因此建造抽水电站储能系统受到了越来越大的限制。传统压缩空气储能系统在用电低谷，将空气压缩并存于储气室中，使电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰，高压空气从储气室释放，进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧，然后驱动透平发电。压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、效率高(50％～70％)和单位投资相对较小等优点。但是，压缩空气储能技术的储能密度低，难点是需要合适的能储存压缩空气的场所，例如密封的山洞或废弃矿井等。而且，压缩空气储能系统仍然依赖燃烧化石燃料提供热源，一方面面临化石燃料逐渐枯竭和价格上涨的威胁，另一方面其燃烧仍然产生氮化物、硫化物和二氧化碳等污染物，不符合绿色(零排放)、可再生的能源发展要求。为解决传统压缩空气储能系统面临的主要问题，最近几年国内外学者分别开展了先进绝热压缩空气储能系统(AACAES)、地面压缩空气储能系统(SVCAES)、带回热的压缩空气储能系统(AACAES)和空气蒸汽联合循环压缩空气储能系统(CASH)的研究等，使压缩空气储能系统基本可以避免燃烧化石燃料，但是压缩空气储能系统的能量密度仍然很低，需要大型的储气室。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺陷和不足，本专利技术旨在提供一种冷热电联储联供系统，该系统包括热泵制热制冷储能回路、冷热能热机发电回路、供热回路和供冷回路。采用电站低谷(低价)电驱动热泵制热制冷循环回路制取高温热能和低温冷能并存储于储热储冷装置中；在用电时段，回路中的气体吸收已存储的高温热能和低温冷能，通过热机循环驱动发电机发电，供给用户；在用热时段，供热回路通过换热器将储热装置内热能供给用户；在用冷时段，供冷回路通过换热器将储冷装置内热能供给用户。本专利技术的冷热电联储联供系统可以实现冷热电三种能量的同时存储与供应，满足用户的各种需要，该系统具有储能密度高、成本低、效率高、适用于电网调峰和各种可再生能源电站、不产生温室气体等优点。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是：一种冷热电联储联供系统，包括驱动单元、储能压缩机组、储能膨胀机组、蓄冷器、低温换热器、蓄热器、低温泵、高温泵、高温换热器、释能压缩机组、释能膨胀机组、发电单元，所述驱动单元、储能压缩机组、储能膨胀机组依次传动连接，所述释能膨胀机组、释能压缩机组、发电单元依次传动连接，其特征在于，所述系统整体可换分为热泵制热制冷储能回路、冷热能热机发电回路、供热回路和供冷回路，各回路中充有循环气体工质，其中，--所述热泵制热制冷储能回路，包括所述储能压缩机组、蓄热器、蓄冷器、储能膨胀机组，其中，所述储能压缩机组的排气口通过管线经所述蓄热器与所述储能膨胀机组的进气口连通，所述储能膨胀机组的排气口通过管线经所述蓄冷器与所述储能压缩机组的进气口连通；--所述冷热能热机发电回路，包括所述释能压缩机组、蓄热器、蓄冷器、释能膨胀机组，其中，所述释能压缩机组的排气口通过管线经所述蓄热器与所述释能膨胀机组的进气口连通，所述释能膨胀机组的排气口通过管线经所述蓄冷器与所述释能压缩机组的进气口连通；--所述供热回路，包括所述蓄热器、高温泵和高温换热器，所述蓄热器底部的一个出口通过管线依次经所述高温换热器的热侧、高温泵与所述蓄热器顶部的一个进口连通从而形成回路，所述高温换热器的冷侧通过管路与热用户连通；--所述供冷回路，包括所述蓄冷器、低温泵和低温换热器，所述蓄冷器顶部的一个出口通过管线依次经所述低温换热器的冷侧、低温泵与所述蓄冷器底部的一个进口连通从而形成回路，所述低温换热器的热侧通过管路与冷用户连通。优选地，所述系统还包括一缓冲罐，所述缓冲罐的进气口通过带有阀门的管线与所述蓄热器底部的一个出气口连通，所述缓冲罐的排气口通过带有阀门的管线与所述蓄冷器顶部的一个进气口连通。储能时，蓄热器流出的少量气体进入缓冲罐，以保证系统压力稳定；释能发电时，少量气体从缓冲罐流入系统，以保证系统压力稳定。优选地，在用电低谷期，所述系统利用所述热泵制热制冷循环回路制备高温热能和低温冷能并分别存储于蓄热器和蓄冷器，具体为：所述驱动单元驱动所述储能压缩机组将常温低压的循环气体工质压缩至高温高压态；经过所述蓄热器将高温高压的循环气体工质的温度降低至常温，并将高温热能存储在所述蓄热器的蓄能介质中；室温高压的循环气体工质进一步经过所述储能膨胀机组至低温低压；低温低压的循环气体工质经过所述蓄冷器将低温低压的循环气体工质的温度升高至常温，并将低温冷能存储在所述蓄冷器的蓄能介质中；室温低压的循环气体工质重新进入所述储能压缩机组的入口参与循环，如此循环往复，不断将高温热能和低温冷能存储在所述蓄热器和蓄冷器的蓄能介质中。进一步地，储能时，打开所述缓冲罐的进气管线上的阀门、关闭排气管线上的阀门，利用所述缓冲罐存储一定量的气体，以保证系统压力稳定。优选地，在用电时，所述系统利用存储于蓄热器和蓄冷器的高温热能和低温冷能驱动热机循环发电，具体为：所述常温低压的循环气体工质经过所述蓄冷器，吸收低温冷能后温度降至低温低压，经过所述释能压缩机组将低温低压的循环气体工质压缩至常温高压态；经过所述蓄热器将室温高压的气体工质温度升高至高温；高温高压的循环气体工质进一步经过所述释能膨胀机组至常温低压；室温低压的气体工质重新进入所述蓄冷器的入口参与热机循环，所述释能膨胀机组驱动连接一发电单元，如此循环往复，不断将存储的高温热能和低温冷能通过热机循环转化为电能输出出来。进一步地，释能时，打开所述缓冲罐的排气管线上的阀门、关闭进气管线上的阀门，缓冲罐存储的气体释放到系统循环中，以保证系统压力稳定。优选地，在用热时，所述系统利用存储于蓄热器的高温热能通过闭式循环、并通过所述高温换热器的冷侧将热能供给本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷热电联储联供系统，包括驱动单元、储能压缩机组、储能膨胀机组、蓄冷器、低温换热器、蓄热器、低温泵、高温泵、高温换热器、释能压缩机组、释能膨胀机组、发电单元，所述驱动单元、储能压缩机组、储能膨胀机组依次传动连接，所述释能膨胀机组、释能压缩机组、发电单元依次传动连接，其特征在于，所述系统整体可换分为热泵制热制冷储能回路、冷热能热机发电回路、供热回路和供冷回路，各回路中充有循环气体工质，其中，‑‑所述热泵制热制冷储能回路，包括所述储能压缩机组、蓄热器、蓄冷器、储能膨胀机组，其中，所述储能压缩机组的排气口通过管线经所述蓄热器与所述储能膨胀机组的进气口连通，所述储能膨胀机组的排气口通过管线经所述蓄冷器与所述储能压缩机组的进气口连通；‑‑所述冷热能热机发电回路，包括所述释能压缩机组、蓄热器、蓄冷器、释能膨胀机组，其中，所述释能压缩机组的排气口通过管线经所述蓄热器与所述释能膨胀机组的进气口连通，所述释能膨胀机组的排气口通过管线经所述蓄冷器与所述释能压缩机组的进气口连通；‑‑所述供热回路，包括所述蓄热器、高温泵和高温换热器，所述蓄热器底部的一个出口通过管线依次经所述高温换热器的热侧、高温泵与所述蓄热器顶部的一个进口连通从而形成回路，所述高温换热器的冷侧通过管路与热用户连通；‑‑所述供冷回路，包括所述蓄冷器、低温泵和低温换热器，所述蓄冷器顶部的一个出口通过管线依次经所述低温换热器的冷侧、低温泵与所述蓄冷器底部的一个进口连通从而形成回路，所述低温换热器的热侧通过管路与冷用户连通。...

【技术特征摘要】
1.一种冷热电联储联供系统，包括驱动单元、储能压缩机组、储能膨胀机组、蓄冷器、低温换热器、蓄热器、低温泵、高温泵、高温换热器、释能压缩机组、释能膨胀机组、发电单元，所述驱动单元、储能压缩机组、储能膨胀机组依次传动连接，所述释能膨胀机组、释能压缩机组、发电单元依次传动连接，其特征在于，所述系统整体可换分为热泵制热制冷储能回路、冷热能热机发电回路、供热回路和供冷回路，各回路中充有循环气体工质，其中，--所述热泵制热制冷储能回路，包括所述储能压缩机组、蓄热器、蓄冷器、储能膨胀机组，其中，所述储能压缩机组的排气口通过管线经所述蓄热器与所述储能膨胀机组的进气口连通，所述储能膨胀机组的排气口通过管线经所述蓄冷器与所述储能压缩机组的进气口连通；--所述冷热能热机发电回路，包括所述释能压缩机组、蓄热器、蓄冷器、释能膨胀机组，其中，所述释能压缩机组的排气口通过管线经所述蓄热器与所述释能膨胀机组的进气口连通，所述释能膨胀机组的排气口通过管线经所述蓄冷器与所述释能压缩机组的进气口连通；--所述供热回路，包括所述蓄热器、高温泵和高温换热器，所述蓄热器底部的一个出口通过管线依次经所述高温换热器的热侧、高温泵与所述蓄热器顶部的一个进口连通从而形成回路，所述高温换热器的冷侧通过管路与热用户连通；--所述供冷回路，包括所述蓄冷器、低温泵和低温换热器，所述蓄冷器顶部的一个出口通过管线依次经所述低温换热器的冷侧、低温泵与所述蓄冷器底部的一个进口连通从而形成回路，所述低温换热器的热侧通过管路与冷用户连通。2.根据权利要求1所述的冷热电联储联供系统，其特征在于，所述系统还包括一缓冲罐，所述缓冲罐的进气口通过带有阀门的管线与所述蓄热器底部的一个出气口连通，所述缓冲罐的排气口通过带有阀门的管线与所述蓄冷器顶部的一个进气口连通。3.根据权利要求1或2所述的冷热电联储联供系统，其特征在于，在用电低谷期，所述系统利用所述热泵制热制冷循环回路制备高温热能和低温冷能并分别存储于蓄热器和蓄冷器，具体为：所述驱动单元驱动所述储能压缩机组将常温低压的循环气体工质压缩至高温高压态；经过所述蓄热器将高温高压的循环气体工质的温度降低至常温，并将高温热能存储在所述蓄热器的蓄能介质中；室温高压的循环气体工质进一步经过所述储能膨胀机组至低温低压；低温低压的循环气体工质经过所述蓄冷器将低温低压的循环气体工质的温度升高至常温，并将低温冷能存储在所述蓄冷器的蓄能介质中；室温低压的循环气体工质重新进入所述储能压缩机组的入口参与循环，如此循环往复，不断将高温热能和低温冷能存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，陈海生，张涵，谢宁宁，彭珑，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11