矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置，包括储能模式和供电模式，储能模式下低温工作介质通过固体蓄热矩阵的第一模块组进行等压吸热后，经过压缩机绝热压缩，然后通过其第二模块组进行等压放热过程，然后进入透平绝热膨胀对外做功，回到第一模块组用于循环；供电模式下区别仅在工作介质通过第二模块组等压吸热，通过第一模块组等压放热。本发明专利技术通过矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置解决光伏发电以及风能发电中的弃风以及弃光问题以及峰谷电的削峰填谷问题，在储能和供电的同时供暖，并将废气的余热回收于另一蓄热系统中，提高了热功转换效率。

【技术实现步骤摘要】
矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置
本专利技术涉及一种储能供电的方法及其装置，特别是一种矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置。
技术介绍
能源的供需具有极强的时间性，从用电需求讲峰谷电现象造成大量谷电的浪费，从用电供应角度讲，以风能、太阳能以及水力势能为代表的可再生能源发电具有间歇性和波动性的特点，发电量无法与用户需求相匹配。通过蓄热储能可以有效的将能源供需的时间曲线平坦化。2017年10月11日，国家能源局、发改委等五部委联合发布《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，《意见》提出了在推进储能技术装备研发示范方面，集中攻关包括相变储热材料与高温储热技术及储能系统集成技术等一批具有关键核心意义的储能技术和材料；蓄热是仅次于抽水蓄能、压缩空气储能的第三大储能技术，其中固体蓄热材料是一种廉价、安全、大容量的蓄热材料，适用温度广。主要的缺点是流动性较差以及难以恒温，本专利技术通过多模块，矩阵式管理方式相结合的热泵储能，有效地提高蓄热系统的流动性和温度稳定性，为储能系统提供一套廉价且稳定的良好途径。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服传统电加热蓄热介质储能方式转换效率低下的缺点，同时解决光伏发电以及风能发电中的弃风以及弃光问题，提供一种包含供热功能的高效矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置。本专利技术一方面借鉴热力学中布雷顿循环与逆布雷顿循环互为可逆的原理，通过逆布雷顿循环做功将低温热源的热量转移到高温热源实现储能，再通过布雷顿循环将高温热源的热量转移到低温热源时对外界做功实现释能。。另一方面将固体蓄热系统模块化，采用矩阵式管理模式，按照温度分区进行统一管理，将温度区间外的子模块用于供热。由此，本专利技术提供一种矩阵管理式固体温度分区储能方法，其特征在于，该方法采用一固体蓄热矩阵，该固体蓄热矩阵包括第一中温区-低温区模块组和高温区-第二中温区模块组，该方法包括如下模式：(1)储能模式：低温工作介质进入第一中温区-低温区模块组进行等压吸热后，经过压缩机绝热压缩，然后进入高温区-第二中温区模块进行等压放热过程，然后进入透平绝热膨胀对外做功，最后回到第一中温区-低温区模块组用于循环；(2)供电模式：低温工作介质首先进入压缩机做绝热压缩，然后进入高温区-第二中温区模块组做等压吸热，然后工作介质进入透平做绝热膨胀，然后工作介质进入第一中温区-低温区模块组做等压放热，最后工作介质再次进入压缩机用于循环；(3)供热模式：工作介质通过固体蓄热矩阵进行等压吸热后，作为暖气源释放到外界。所述工作介质包括空气、氩气、氮气、氦气或二氧化碳。本专利技术还提供一种矩阵管理式固体温度分区储能装置，其特征在于：其包括：一储能供电系统，包括：一固体蓄热矩阵，该固体蓄热矩阵包括第一中温区-低温区模块组和高温区-第二中温区模块组，该第一中温区-低温区模块组上设有第一固体蓄热矩阵合流混合室和第一固体蓄热矩阵气体分流室，高温区-第二中温区模块组上设有第二固体蓄热矩阵气体分流室和第二固体蓄热矩阵合流混合室；流量控制阀、压缩机，依次连接于第一固体蓄热矩阵合流混合室和第二固体蓄热矩阵气体分流室之间；和透平，连接第一固体蓄热矩阵气体分流室和第二固体蓄热矩阵合流混合室；以及一供热系统，包括：所述固体蓄热矩阵，其上还设有第三固体蓄热矩阵气体分流室和第三固体蓄热矩阵合流混合室，所述第三固体蓄热矩阵合流混合室连接外界；一进气装置，与第三固体蓄热矩阵气体分流室相连；所述固体蓄热矩阵包括至少两个相互独立隔热的蓄热介质保温模块，这些蓄热介质保温模块沿矩阵的走向温度由高至低排列，且通过两套独立的网络式保温管道相连。所述网络式保温管道位于蓄热介质保温模块外的那部分均覆盖有保温层，使得该工作介质密封管道在蓄热介质保温模块内与蓄热介质保温模块之间不隔热，且在蓄热介质保温模块外与外界隔热。所述蓄热介质保温模块的材料为固体蓄热块或蓄热砖。所述第三固体蓄热矩阵合流混合室上连接有一供暖总成，该供暖总成包括水暖或油暖装置和汽暖装置中的一种或两种。第三固体蓄热矩阵合流混合室和供暖总成之间设有一分流阀，该分流阀的入口连接所述第三固体蓄热矩阵合流混合室，出口则连接供暖总成。所述水暖或油暖装置包括一气液换热器，该气液换热器连接有供热系统；所述油暖装置包括一合流阀，其入口之一与所述第三固体蓄热矩阵合流混合室相连。所述固体蓄热矩阵合流混合室和压缩机之间设有一流量控制阀。本专利技术的矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置克服传统电加热蓄热介质储能方式效率低下的缺点，通过结合单罐或双罐熔盐储热与热泵的原理，提供一种高效的储能供电的方法及其装置，该储能供电方法可以解决光伏发电以及风能发电中的弃风以及弃光问题，为了应对诸如西部地区昼夜温差大的问题，在储能和供电的同时为社区提供暖气。本专利技术一方面克服了专利技术专利“热泵式储能供电供热方法及装置(201711402735.7)”和“热泵式交替储能供电方法及装置(201810180017.8)”基于熔盐蓄热的储能装置的一些固有缺陷，包括熔盐工作温度范围有限、熔盐腐蚀性、熔盐泵的使用寿命以及熔盐气体换热器温差等难题，另一方面克服了专利技术专利“固体串联型热泵式循环储能方法及装置(201810258652.3)”中蓄冷系统在北方地区实用性不高，发电时透平出口温度过高，难以回收利用等缺陷，本专利技术利用“多模块”、“矩阵管理”以及“发电余热回收”等方法，有效提高储能系统的温度稳定性，降低成本，并结合热泵热机的原理，是大规模储能的一种切实有效的方法。附图说明图1为根据本专利技术所采用的固体蓄热矩阵结构的示意图，其中图1(a)为剖面图，图1(b)为立体图。图2为根据本专利技术的一个实施例的矩阵管理式固体温度分区储能装置的结构示意图。图3为如图1所示的固体蓄热矩阵的分区结构示意图。附图标记说明：1、流量控制阀2、压缩机3、透平4、第一进气装置5、气液换热器6、第二进气装置7、合流阀8、分流阀9、液体供热系统10、第一固体蓄热矩阵合流混合室11、第二固体蓄热矩阵气体分流室12、第一固体蓄热矩阵气体分流室13、第二固体蓄热矩阵合流混合室14、第三固体蓄热矩阵气体分流室15、第三固体蓄热矩阵合流混合室16、固体蓄热矩阵16(a)、第一中温区-低温区模块组16(b)、高温区-第二中温区模块组17、蓄热介质保温模块18、工作介质密封换热管道19、网络式保温管道20、蓄热介质保温层具体实施方式下文中定义如下符号固体蓄热矩阵高温区温度期望值，单位：K固体蓄热矩阵第二中温区温度期望值，单位：KT0：固体蓄热矩阵低温区温度期望值，单位：KT1：固体蓄热矩阵第一中温区温度期望值，单位：KΔT：温区宽度，单位：KTair：环境空气温度，单位：K储能模式下的透平入口温度，单位：K储能模式下的压缩机出口温度，单位：KT0c1：储能模式下的透平出口温度，单位：KT1c1：储能模式下的压缩机入口温度，单位：K供电模式下的压缩机出口温度，单位：K供电模式下的透平入口温度，单位：KT0c2：供电模式下的压缩机入口温度，单位：KT1c2：供电模式下的透平出口温度，单位：KTout：固体蓄热矩阵的出口温度，单位：KWc1：储能模式下的压缩机的功率，单位：MWWt1：储能模式下的透平的功率，单位：MWWc2：供电模式下的压缩机的功率，单位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矩阵管理式固体温度分区储能方法，其特征在于，该方法采用一固体蓄热矩阵，该固体蓄热矩阵包括第一中温区‑低温区模块组和高温区‑第二中温区模块组，该方法包括如下模式：(1)储能模式：低温工作介质进入第一中温区‑低温区模块组进行等压吸热后，经过压缩机绝热压缩，然后进入高温区‑第二中温区模块组进行等压放热过程，然后进入透平绝热膨胀对外做功，最后回到第一中温区‑低温区模块组用于循环；(2)供电模式：低温工作介质首先进入压缩机做绝热压缩，然后进入高温区‑第二中温区模块组做等压吸热，然后工作介质进入透平做绝热膨胀，然后工作介质进入第一中温区‑低温区模块组做等压放热，最后工作介质再次进入压缩机用于循环；(3)供热模式：工作介质通过固体蓄热矩阵进行等压吸热后，作为暖气源释放到外界。

【技术特征摘要】
1.一种矩阵管理式固体温度分区储能方法，其特征在于，该方法采用一固体蓄热矩阵，该固体蓄热矩阵包括第一中温区-低温区模块组和高温区-第二中温区模块组，该方法包括如下模式：(1)储能模式：低温工作介质进入第一中温区-低温区模块组进行等压吸热后，经过压缩机绝热压缩，然后进入高温区-第二中温区模块组进行等压放热过程，然后进入透平绝热膨胀对外做功，最后回到第一中温区-低温区模块组用于循环；(2)供电模式：低温工作介质首先进入压缩机做绝热压缩，然后进入高温区-第二中温区模块组做等压吸热，然后工作介质进入透平做绝热膨胀，然后工作介质进入第一中温区-低温区模块组做等压放热，最后工作介质再次进入压缩机用于循环；(3)供热模式：工作介质通过固体蓄热矩阵进行等压吸热后，作为暖气源释放到外界。2.根据权利要求1所述的矩阵管理式固体温度分区储能方法，其特征在于，所述工作介质包括空气、氩气、氮气、氦气或二氧化碳。3.一种矩阵管理式固体温度分区储能装置，其特征在于：其包括：一储能供电系统，包括：一固体蓄热矩阵，该固体蓄热矩阵包括第一中温区-低温区模块组和高温区-第二中温区模块组，该第一中温区-低温区模块组上设有第一固体蓄热矩阵合流混合室和第一固体蓄热矩阵气体分流室，高温区-第二中温区模块组上设有第二固体蓄热矩阵气体分流室和第二固体蓄热矩阵合流混合室；流量控制阀、压缩机，依次连接于第一固体蓄热矩阵合流混合室和第二固体蓄热矩阵气体分流室之间；和透平，连接第二固体蓄热矩阵气体分流室和第一固体蓄热矩阵合流混合室；以及一供热系统，包括：所述固体蓄热矩阵，其上还设...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈佳杰，邹杨，戴叶，袁晓凤，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31