单罐闭式循环储能发电系统技术方案

本发明专利技术提出一种单罐闭式循环储能发电系统，包括：熔盐、防冻液罐、压缩机、第一/二换热器、透平、熔盐上/下分配器、低温熔盐泵、高温熔盐泵、熔盐斜温层、防冻液上/下分配器、高温防冻液泵、防冻液泵、防冻液斜温层、发动机及多个阀门，通过选择性开启由熔盐罐、防冻液罐、压缩机、第一/二换热器、透平、熔盐上/下分配器、低温熔盐泵、高温熔盐泵、熔盐斜温层、防冻液上/下分配器、高温防冻液泵、防冻液泵、防冻液斜温层、多个阀门及发动机中的一个或多个，将热能与电能相互转换。本发明专利技术能够实现风电或光伏发电等可再生能源电力的稳定输出，具有平衡电力供需作用，能够实现大规模储能，发挥储能调峰优势，响应可再生能源储能需求。

Single Tank Closed Cyclic Energy Storage Power Generation System

【技术实现步骤摘要】
单罐闭式循环储能发电系统
本专利技术涉及储能
，特别涉及一种单罐闭式循环储能发电系统。
技术介绍
熔盐储热技术是在储热阶段，通过电能、太阳能等能源加热熔盐，将热量储存在高温熔盐内。在供热阶段通过高温熔盐放热，高温熔盐通过换热向热用户释放热量，释放热量的形式为供应蒸汽、通过供应蒸汽来推动汽轮机发电、供热等多种形式，可适用于光热电站储热、火电厂调峰、弃风弃光等可再生能源电量消纳、低谷电利用等储能系统，起到移峰填谷、平衡热能供求的作用。目前的相关技术中提出了一种热泵式交替储能供电方法及装置，包括储能供热模式和供电供热模式。通过两套蓄热系统分别在储能供热和供电供热模式下交替储能与释能达到储能与供电的作用。在采用储能供热模式时，常温工作介质通过第一蓄热系统等压吸热后，经过压缩机绝热压缩，再通过第二蓄热系统等压放热，后进入透平绝热膨胀对外做功，最后作为暖气源供应释放到外界；其装置则沿工作气体的走向依次串联有进气装置、第一换热器、第一蓄热系统、压缩机、第二换热器、第二蓄热系统、透平和出气装置。另一种模式则为供热供电模式，常温工作介质经过压缩机绝热压缩后，通过第二蓄热系统进行等压吸热，然后进入透平绝热膨胀对外做功,然后通过第一蓄热系统进行等压放热，最后作为暖气源供应释放到外界；在此过程中净输出的功用于供电。该方案解决了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。然而，以上技术方案存在如下缺陷：通过常温工作介质在储能(储电)时的循环模式是：压缩-放热(通过第二蓄热体)-膨胀做功-供暖-吸热(通过第一蓄热体)；供电时的循环模式是：压缩-吸热(通过第二蓄热体)-膨胀做功-放热(通过第一蓄热体)-供暖。在储能循环模式下，如果采用单罐储能则不能完全储满热量和冷量；如果采用双罐储能，可储满热量和冷量；在供电循环模式下，为了维持作为高温热源的第二蓄热体和作为低温热源的第一蓄热体的温差和能量转换效率，需提高第二蓄热体的温度；系统为开式循环，当循环工质为氦气、氩气等气体时不适用。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种单罐闭式循环储能发电系统，该系统能够实现风电或光伏发电等可再生能源电力的稳定输出，具有平衡电力供需作用，能够实现大规模储能，发挥储能调峰优势，响应可再生能源储能需求。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提出了一种单罐闭式循环储能发电系统，包括：储能装置，所述储能装置包括熔盐罐和防冻液罐，热能以高温熔盐热能的形式储存在所述熔盐罐，以低温防冻液热能的形式储存在所述防冻液罐；能量转换装置，包括：压缩机、第一换热器、透平、第二换热器、分别与所述熔盐罐相连的熔盐下分配器、低温熔盐泵、熔盐上分配器、高温熔盐泵、熔盐斜温层、分别与所述防冻液罐相连的防冻液上分配器、高温防冻液泵、防冻液下分配器、防冻液泵、防冻液斜温层、发动机及多个阀门，其中，通过选择性开启由所述熔盐罐、防冻液罐、压缩机、第一换热器、透平、第二换热器、熔盐下分配器、低温熔盐泵、熔盐上分配器、高温熔盐泵、熔盐斜温层、防冻液上分配器、高温防冻液泵、防冻液下分配器、防冻液泵、防冻液斜温层、多个阀门及发动机中的一个或多个构成的回路，以将电能转换为热能，或将热能转换为电能。另外，根据本专利技术上述实施例的单罐闭式循环储能发电系统还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述多个阀门至少包括第一至第四阀门，在将电能转换为热能时，开启由所述压缩机、第一换热器、透平、第二换热器构成的回路，通过电力驱动所述压缩机，将电能转化成热气态工质，热气态工质通过第一换热器时加热低温熔盐，使低温熔盐温度升高。在一些示例中，所述低温熔盐泵驱动低温熔盐从熔盐罐的下部空间流出，流经第一换热器，低温熔盐被加热成为高温熔盐，高温熔盐通过第一阀门和熔盐上分配器，流向熔盐罐的上部空间，通过熔盐上分配器和熔盐下分配器，使熔盐斜温层有效隔离上部高温熔盐和下部低温熔盐，当熔盐罐储满高温熔盐后，完成系统高温端的储热。在一些示例中，所述热气态工质流过所述透平后，温度降低成为冷气态工质，冷气态工质冷却高温防冻液，高温防冻液温度降低，高温防冻液泵驱动防冻液从防冻液罐上部空间流出，流经第二换热器，高温防冻液被冷却成低温防冻液，经第二阀门和防冻液下分配器后流向防冻液罐的下部空间，通过防冻液上分配器和下分配器，使防冻液斜温层有效隔离上部高温防冻液和下部低温防冻液，当防冻液罐储满低温防冻液后，完成系统低温端的储冷。在一些示例中，当储热完成时，所述熔盐罐自上而下储满了高温熔盐，且底部的低温熔盐完全排空，所述防冻液罐自下而上储满了低温防冻液，且上部的高温防冻液完全排空。在一些示例中，在将热能转换为电能时，开启由所述压缩机、第一换热器、透平及第二换热器构成的回路，通过所述压缩机做功压缩气态工质，高温熔盐被高温熔盐泵驱动，从熔盐罐流出，高温熔盐流过第一换热器时加热气态工质，换热后成为低温熔盐，经第三阀门和熔盐下分配器后流向熔盐罐的下部空间，通过熔盐下分配器和上分配器，使熔盐斜温层有效隔离上部高温熔盐和下部低温熔盐，维持系统高温端的温度恒定。在一些示例中，其中，气态工质流经第一换热器，被高温熔盐加热后成为热气态工质，在透平膨胀做功，推动透平转动从而带动发电机发电，热气态工质做功后成为冷气态工质，流过第二换热器，向低温防冻液放热。在一些示例中，所述低温防冻液被低温防冻液泵驱动，从低温防冻液罐流出，换热后经第四阀门和防冻液上分配器流向防冻液罐的上部空间，通过防冻液上分配器和下分配器，使防冻液斜温层有效隔离上部高温防冻液和下部低温防冻液，维持系统低温端的温度恒定。在一些示例中，当放电完成时，所述熔盐罐自下而上储满了低温熔盐，且上部的高温熔盐完全排空，所述防冻液罐自上而下储满了高温防冻液，且下部的低温防冻液完全排空。在一些示例中，所述防冻液的冰点低于0℃，工作温度为-70℃～0℃。根据本专利技术实施例的单罐闭式循环储能发电系统，采用单罐熔盐储热、单罐防冻液储冷、闭式循环，具有能量转换效率高、系统高温端和低温端温度的温差稳定、安全经济、清洁低碳的优点，采用单个罐体同时存储高温熔盐和低温熔盐，采用单个罐体同时存储高温防冻液和低温防冻液，同一套系统实现储能和发电；利用单罐斜温层技术维持热功循环高温端和低温端的温差、提高系统总能量转换效率；通过简化系统和维持高温端与低温端的温差，保证了能量转换效率，同时降低了设备和材料成本；通过单罐闭式循环储能发电系统，能够平抑风电或光伏发电等可再生能源发电的不稳定性，实现可再生能源电力稳定输出，可缓解弃风弃光、火电厂调峰、低谷电利用等问题。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的单罐闭式循环储能发电系统在储能时的结构示意图。图2是根据本专利技术一个实施例的单罐闭式循环储能发电系统在放电时的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单罐闭式循环储能发电系统，其特征在于，包括：储能装置，所述储能装置包括熔盐罐和防冻液罐，热能以高温熔盐热能的形式储存在所述熔盐罐，以低温防冻液热能的形式储存在所述防冻液罐；能量转换装置，包括：压缩机、第一换热器、透平、第二换热器、分别与所述熔盐罐相连的熔盐下分配器、低温熔盐泵、熔盐上分配器、高温熔盐泵、熔盐斜温层、分别与所述防冻液罐相连的防冻液上分配器、高温防冻液泵、防冻液下分配器、防冻液泵、防冻液斜温层、发动机及多个阀门，其中，通过选择性开启由所述熔盐罐、防冻液罐、压缩机、第一换热器、透平、第二换热器、熔盐下分配器、低温熔盐泵、熔盐上分配器、高温熔盐泵、熔盐斜温层、防冻液上分配器、高温防冻液泵、防冻液下分配器、防冻液泵、防冻液斜温层、多个阀门及发动机中的一个或多个构成的回路，以将电能转换为热能，或将热能转换为电能。

【技术特征摘要】
1.一种单罐闭式循环储能发电系统，其特征在于，包括：储能装置，所述储能装置包括熔盐罐和防冻液罐，热能以高温熔盐热能的形式储存在所述熔盐罐，以低温防冻液热能的形式储存在所述防冻液罐；能量转换装置，包括：压缩机、第一换热器、透平、第二换热器、分别与所述熔盐罐相连的熔盐下分配器、低温熔盐泵、熔盐上分配器、高温熔盐泵、熔盐斜温层、分别与所述防冻液罐相连的防冻液上分配器、高温防冻液泵、防冻液下分配器、防冻液泵、防冻液斜温层、发动机及多个阀门，其中，通过选择性开启由所述熔盐罐、防冻液罐、压缩机、第一换热器、透平、第二换热器、熔盐下分配器、低温熔盐泵、熔盐上分配器、高温熔盐泵、熔盐斜温层、防冻液上分配器、高温防冻液泵、防冻液下分配器、防冻液泵、防冻液斜温层、多个阀门及发动机中的一个或多个构成的回路，以将电能转换为热能，或将热能转换为电能。2.根据权利要求1所述的单罐闭式循环储能发电系统，其特征在于，所述多个阀门至少包括第一至第四阀门，在将电能转换为热能时，开启由所述压缩机、第一换热器、透平、第二换热器构成的回路，通过电力驱动所述压缩机，将电能转化成热气态工质，热气态工质通过第一换热器时加热低温熔盐，使低温熔盐温度升高。3.根据权利要求2所述的单罐闭式循环储能发电系统，其特征在于，所述低温熔盐泵驱动低温熔盐从熔盐罐的下部空间流出，流经第一换热器，低温熔盐被加热成为高温熔盐，高温熔盐通过第一阀门和熔盐上分配器，流向熔盐罐的上部空间，通过熔盐上分配器和熔盐下分配器，使熔盐斜温层有效隔离上部高温熔盐和下部低温熔盐，当熔盐罐储满高温熔盐后，完成系统高温端的储热。4.根据权利要求2所述的单罐闭式循环储能发电系统，其特征在于，所述热气态工质流过所述透平后，温度降低成为冷气态工质，冷气态工质冷却高温防冻液，高温防冻液温度降低，高温防冻液泵驱动防冻液从防冻液罐上部空间流出，流经第二换热器，高温防冻液被冷却成低温防冻液，经第二阀门和防冻液下分配器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张谨奕，李京浩，王含，白宁，宗军，
申请(专利权)人：国家电投集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11