一种提升风能消纳的大容量储热系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种提升风能消纳的大容量储热系统及方法，该系统包括：蒸汽发生装置，用于将弃风产生的电能转化为高温热能，并存储于高温热量蓄热设备；高温热量蓄热设备，用于储存蒸汽发生装置产生的高温热能，并产生蒸汽至吸收式热泵；压缩式热泵，以弃风产生的电能驱动压缩机，将环境热量转换成低温热能，并存储于低温热量蓄热设备；低温热量蓄热设备，用于储存压缩式热泵产生的低温热能，并输出热量至吸收式热泵；吸收式热泵，以来自高温热量蓄热设备输入的蒸汽为驱动热源，以低温热量蓄热设备输入的热量为低温热源，将制取的热量送入供热管网。本发明专利技术充分利用弃风资源和环境热量，实现传统能源与环境资源的综合利用。

【技术实现步骤摘要】
一种提升风能消纳的大容量储热系统及方法
本专利技术涉及能源
，是一种集成了压缩式热泵、吸收式水源(空气源)热泵和蓄能等关键单元技术的风电与地热相结合的弃风消纳生活热水系统及方法。
技术介绍
作为无污染的可再生能源，现代风力发电产业在近三十年间得到了高速的发展，风电的装机功率增大了百倍，其成本也随之大幅下降。风电特性对电力系统的影响突出体现在发电效率、备用储能、系统可靠性、电压稳定性、系统调峰等诸多方面。在我国的三北地区(东北、华北和西北)，风电的反调峰特性对电力系统冲击最大，会导致区域中大量风电不能上网、产生严重的弃风问题。所谓弃风是指风机处于正常情况下，由于当地电网接纳能力不足、风电场建设工期不匹配和风电不稳定等问题导致的部分风电场风机暂停使用的现象。随着风电并网规模的逐年增大，风电弃风问题越来越严重，2011年我国“三北”地区(东北、华北和西北)的弃风电量达123亿kW·h，弃风率16.23％，直接弃风经济损失高达66亿元。我国风电并网比例还将继续增大，若不积极采取措施，弃风问题将更加严重，带来的经济应损失不计其数。从利用电锅炉消纳弃风的运行机理来看，该方案具有双重调峰作用：一方面，电锅炉消耗了一部分过剩风电进行直接供暖，这相当于增加了用电负荷；另一方面，由于电锅炉生产了部分热能，故热电厂可以减发相应的热能，根据热电约束则又可以降低其部分电出力。蒸汽蓄热器可以解决风电使用区域的负荷不稳定和负荷峰谷差大等问题。当弃风量大时，将风电转换成热量通过高温高压蒸汽的形态存储起来，用以负荷较小的时候，提高风电利用率。压缩式热泵因其高供热性能系数而大受推广，可以通过消耗部分电量将环境的低温热量转变成可以利用的高温热量，在三北地区供暖方面有着良好的应用前景。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的是提供一种提升风能消纳的大容量储热系统及方法，通过采用集成了压缩式热泵、吸收式热泵、相变蓄能和蒸汽蓄能等关键单元技术，并利用弃风与环境热量生产生活热水，以达到合理地、高效地消纳弃风并生产生活，提高区域电网工作性能的目的。(二)技术方案为达到上述目的的一个方面，本专利技术提供了一种提升风能消纳的大容量储热系统，该系统包括蒸汽发生装置、高温热量蓄热设备、压缩式热泵、低温热量蓄热设备和吸收式热泵，其中：蒸汽发生装置，用于将弃风产生的电能转化为高温热能，并存储于高温热量蓄热设备；高温热量蓄热设备，用于储存蒸汽发生装置产生的高温热能，并通过调节出口阀门开度的大小来产生设定的压力、温度的蒸汽至吸收式热泵；压缩式热泵，以弃风产生的电能驱动压缩机，将环境热量转换成低温热能，并存储于低温热量蓄热设备；低温热量蓄热设备，用于储存压缩式热泵产生的低温热能，并输出热量至吸收式热泵；吸收式热泵，以来自高温热量蓄热设备输入的蒸汽为驱动热源，以低温热量蓄热设备输入的热量为低温热源，将给水加热进入供热管网供居民使用。优选地，所述弃风产生的电能是风力发电机组产生的电能。优选地，所述蒸汽发生装置为电锅炉，风力发电机组产生的电能加热电锅炉中的水，产生的高温高压蒸汽进入高温热量蓄热设备。优选地，所述高温热量蓄热设备为高温蒸汽蓄热器，其进口连接于蒸汽发生装置的蒸汽出口，其出口连接于吸收式热泵的发生器。优选地，所述蒸汽发生装置连接有水箱和水泵，水箱和水泵用于为蒸汽发生装置供水。所述高温蒸汽蓄热器中存储的高温高压蒸汽与所述吸收式热泵的发生器中的吸收工质换热后变成水进入水箱循环。优选地，所述低温热量蓄热设备为相变蓄热器，其进口连接于压缩式热泵的冷凝器，出口连接于吸收式热泵的蒸发器。为达到上述目的的另一个方面，本专利技术提供了一种提升风能消纳的大容量储热方法，该方法包括：风力发电机组发电产生的电能分为两部分，一部分为第一电能P1进入蒸汽发生装置，另一部分为第二电能P2用以驱动压缩式热泵；蒸汽发生装置在第一电能P1的作用下产生高温高压的第一蒸汽S1进入高温热量蓄热设备，高温热量蓄热设备产生的第二蒸汽S2进入吸收式热泵的发生器；压缩式热泵吸收来自环境热源的热量P3，并在第二电能P2的作用下产生热量被第五介质S5吸收进入低温热量蓄热设备；低温热量蓄热设备输出第六介质S6进入吸收式热泵的蒸发器，第六介质S6与第二蒸汽S2共同驱动吸收式热泵工作，循环给水S9流经吸收式热泵的冷凝器和吸收器受热生成热水S10进入供热网管。优选地，该方法进一步通过调节高温热量蓄热设备和低温热量蓄热设备这两级蓄热装置来实现风电负荷移峰填谷，提高风电利用率。优选地，当生活热水供大于求时，通过调小高温热量蓄热设备和低温热量蓄热设备的出口阀门来将多余热量储存于高温热量蓄热设备和低温热量蓄热设备中；当生活热水供小于求时，通过调大高温热量蓄热设备和低温热量蓄热设备的出口阀门释放更多热量，用来满足不同时间对生活热水需求量的变化，以使系统尽量在稳定工况下运行。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术遵循“温度对口，梯级利用”的用能原则，通过高温热量驱动发生器，低温热量进入蒸发器，实现热量的高效利用的目的。2、本专利技术通过电锅炉产生高温高压蒸汽，不仅提高了风电的利用率，还增大热量转换效率。3、本专利技术通过压缩式热泵，吸收环境热量，产生大量低温热量，提高了电能的利用率，成倍地降低了热量的生产成本。4、本专利技术压缩式热泵以地下水或者空气为低温热源，合理利用了可再生能源。5、本专利技术采用两级蓄热器(高温蓄热器和低温蓄热器)调节生活热水供需要求，以满足不同时段对生活热水的需求，同时也使系统尽可能在稳定工况下运行。6、本专利技术将弃风风电最终转变成热水并输入供热网管。消纳方式新颖、高效、经济。附图说明图1是本专利技术提供的提升风能消纳的大容量储热系统的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提供的提升风能消纳的大容量储热系统及方法，将弃风产生的电能分两部分，一部分在电锅炉里高效率转换成高温高压蒸汽，然后进入高温蒸汽蓄热器；另一部分驱动压缩式热泵吸收环境热量并产生低温热量，然后进入相变蓄热器。调节高温蒸汽蓄热器出口阀门，将出口蒸汽当作吸收式热泵发生器的驱动热源；调节相变蓄热器的出口阀门，释放出低温热量当作吸收式热泵蒸发器的低温热源。循环给水通过冷凝器和吸收器被加热至90℃，进入供热网管。如图1所示，图1是本专利技术提供的提升风能消纳的大容量储热系统的示意图，该系统包括蒸汽发生装置3、高温热量蓄热设备6、压缩式热泵5、低温热量蓄热设备7和吸收式热泵8，其中：蒸汽发生装置3用于将弃风产生的电能转化为高温热能，并存储于高温热量蓄热设备6；高温热量蓄热设备6以高温高压蒸汽的形式储存蒸汽发生装置3产生的高温热能，并通过调节出口阀门开度的大小来产生不同压力、温度的蒸汽至吸收式热泵8；压缩式热泵5以弃风产生的电能驱动压缩机，将环境热量转换成低温热能，并存储于低温热量蓄热设备7；低温热量蓄热设备7用于储存压缩式热泵5产生的低温热能，并输出热量至吸收式热泵8；吸收式热泵8以来自高温热量蓄热设备6输入的蒸汽为驱动热源，以低温热量蓄热设备7输入的热量为低温热源，将给水加热进入供热管网9供居民使用。其中，弃风产生的电能即是风力发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提升风能消纳的大容量储热系统，其特征在于，该系统包括蒸汽发生装置、高温热量蓄热设备、压缩式热泵、低温热量蓄热设备和吸收式热泵，其中：蒸汽发生装置，用于将弃风产生的电能转化为高温热能，并存储于高温热量蓄热设备；高温热量蓄热设备，用于储存蒸汽发生装置产生的高温热能，并通过调节出口阀门开度的大小来产生设定的压力、温度的蒸汽至吸收式热泵；压缩式热泵，以弃风产生的电能驱动压缩机，将环境热量转换成低温热能，并存储于低温热量蓄热设备；低温热量蓄热设备，用于储存压缩式热泵产生的低温热能，并输出热量至吸收式热泵；吸收式热泵，以来自高温热量蓄热设备输入的蒸汽为驱动热源，以低温热量蓄热设备输入的热量为低温热源，将给水加热进入供热管网供居民使用。

【技术特征摘要】
1.一种提升风能消纳的大容量储热系统，其特征在于，该系统包括蒸汽发生装置、高温热量蓄热设备、压缩式热泵、低温热量蓄热设备和吸收式热泵，其中：蒸汽发生装置，用于将弃风产生的电能转化为高温热能，并存储于高温热量蓄热设备；高温热量蓄热设备，用于储存蒸汽发生装置产生的高温热能，并通过调节出口阀门开度的大小来产生设定的压力、温度的蒸汽至吸收式热泵；压缩式热泵，以弃风产生的电能驱动压缩机，将环境热量转换成低温热能，并存储于低温热量蓄热设备；低温热量蓄热设备，用于储存压缩式热泵产生的低温热能，并输出热量至吸收式热泵；吸收式热泵，以来自高温热量蓄热设备输入的蒸汽为驱动热源，以低温热量蓄热设备输入的热量为低温热源，将给水加热生成供暖用热水进入供热管网供居民使用；其中，所述高温热量蓄热设备为高温蒸汽蓄热器，其进口连接于蒸汽发生装置的蒸汽出口，其出口连接于吸收式热泵的发生器；所述低温热量蓄热设备为相变蓄热器，其进口连接于压缩式热泵的冷凝器，出口连接于吸收式热泵的蒸发器；所述蒸汽发生装置连接有水箱和水泵，水箱和水泵用于为蒸汽发生装置供水；所述高温蒸汽蓄热器中存储的高温高压蒸汽与所述吸收式热泵的发生器中的吸收工质换热后变成水进入水箱循环。2.根据权利要求1所述的提升风能消纳的大容量储热系统，其特征在于，所述弃风产生的电能是风力发电机组产生的电能。3.根据权利要求1所述的提升风能消纳的大容量储热系统，其特征在于，所述蒸汽发生装置为电锅炉，风力发电机组产生的电能加热电锅炉中的水，产...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩巍，杨科，金红光，徐建中，王康，
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