一种热泵储电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种热泵储电系统，该系统包括热泵制热储能回路、热能热机发电回路、间接储热回路和循环水回路。采用电站低谷(低价)电驱动热泵制热储能回路制取高温热能并通过换热器将高温热能交换至间接储热回路存储于储热装置中；在用电高峰，热能热机发电回路的气体通过换热器与间接储热回路换热，吸收已存储的高温热能，通过热机循环驱动发电机发电。储释能过程中的余热余冷通过循环水回路排散。本实用新型专利技术的基于跨临界朗肯循环具有成本低、储能密度高、效率高、安全性高、结构紧凑、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。

【技术实现步骤摘要】
一种热泵储电系统
本技术属于能量储存
，涉及一种储能系统，尤其涉及一种热泵储电系统，是一种基于热泵循环存储能量以及利用所存储能量产生电能的储能系统。
技术介绍
近年来，可再生能源正逐步成为新增电力重要来源，电网结构和运行模式都发生了重大变化。随着可再生能源(风能、太阳能等)的日益普及,以及电网调峰、提高电网可靠性和改善电能质量的迫切需求,电力储能系统的重要性日益凸显。储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、“互联网+”智慧能源(以下简称能源互联网)的重要组成部分和关键支撑技术。储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段；储能能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平，支撑分布式电力及微网，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术；储能能够促进能源生产消费开放共享和灵活交易、实现多能协同，是构建能源互联网，推动电力体制改革和促进能源新业态发展的核心基础。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
针对现有压缩空气储能技术所存在的缺陷和不足，本技术提出了一种热泵储电系统，该系统包括热泵制热储能回路、热能热机发电回路、间接储热回路和循环水回路。采用电站低谷(低价)电驱动热泵制热储能回路制取高温热能并通过换热器将高温热能交换至间接储热回路存储于储热单元中；在用电高峰，热能热机发电回路的气体通过换热器与间接储热回路换热，吸收已存储的高温热能，通过热机循环驱动发电机发电。储释能过程中的余热余冷通过循环水回路排散。本技术的热泵储电系统具有成本低、储能密度高、效率高、安全性高、结构紧凑、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。本技术的热泵储电系统可以与压缩空气储能系统耦合使用。为达到目的，本技术的技术解决方案是：一种热泵储电系统，所述系统包括储能驱动装置、储能气体压缩机组、储能液体膨胀机组、储热回路换热器、高温蓄热装置、传热流体储液罐、传热流体循环泵、释能驱动装置、释能增压泵、释能膨胀机组、发电装置、循环水回路换热器、冷却塔、补水系统、三通阀门Ⅰ～Ⅳ，其中，所述储能驱动装置驱动连接所述储能气体压缩机组，所述储能气体压缩机组与所述储能液体膨胀机组传动连接，所述释能膨胀机组驱动连接所述发电装置，所述释能驱动装置驱动连接所述释能增压泵；所述三通阀门Ⅰ～Ⅳ均包括第一接口、第二接口、第三接口，其特征在于，所述系统设置成热泵制热储能回路、热能热机发电回路、间接储热回路和循环水回路，其中，所述热泵制热储能回路中，所述储能气体压缩机组的出口通过管线依次经过所述三通阀门Ⅰ的第一接口及第二接口、储热回路换热器的热侧、三通阀门Ⅱ的第一接口及第二接口与所述储能液体膨胀机组的进口连通，所述储能液体膨胀机组的出口通过管线依次经过所述三通阀门Ⅲ的第一接口及第二接口、循环水回路换热器的热侧、三通阀门Ⅳ的第一接口及第二接口与所述储能气体压缩机组的进口连通；所述热能热机发电回路中，所述释能增压泵的出口通过管线依次经过所述储热回路换热器热侧、三通阀门Ⅰ的第三接口及第二接口、三通阀门Ⅱ的第一接口及第三接口与所述释能膨胀机组的进口连通，所述释能膨胀机组的出口通过管线依次经过所述三通阀门Ⅲ的第三接口及第二接口、循环水回路换热器的热侧、三通阀门Ⅳ的第一接口及第三接口与所述释能增压泵的进口连通；所述间接储热回路中，所述储热回路换热器冷侧、传热流体循环泵、传热流体储液罐、高温蓄热装置通过管线依次连接成闭合回路；所述循环水回路中，所述循环水回路换热器冷侧、冷却塔通过管线连接形成闭合回路。优选地，所述循环水回路中还设有循环水泵，所述循环水回路换热器冷侧、循环水泵、冷却塔通过管线连接形成闭合回路。优选地，在用电低谷期，所述系统利用所述热泵制热储能回路制备高温热能，并经所述间接储热回路将所述高温热能存储于所述高温蓄热装置中。进一步地，在用电低谷期，启动所述储能气体压缩机组和储能液体膨胀机组，关闭所述释能增压泵和释能膨胀机组；并控制所述三通阀门Ⅰ，使其第一接口与第二接口连通；控制所述三通阀门Ⅱ，使其第一接口与第二接口连通；控制所述三通阀门Ⅲ，使其第一接口与第二接口连通；控制所述三通阀门Ⅳ，使其第一接口与第二接口连通。进一步地，在用电低谷期，所述热泵制热储能回路中，所述储能驱动装置驱动所述储能气体压缩机组将常温低压的气体工质压缩至高温高压状态；经过所述储热回路换热器将高温高压的气体工质降低至高压液态，并将高温热能通过所述间接储热回路存储在所述高温蓄热装置的蓄热介质中；冷凝产生的高压的液态工质进一步经过所述储能液体膨胀机组至常温低压液态；常温低压的液态工质经过所述循环水回路换热器吸热后蒸发至室温低压气态；室温低压的气体工质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热泵储电系统，所述系统包括储能驱动装置、储能气体压缩机组、储能液体膨胀机组、储热回路换热器、高温蓄热装置、传热流体储液罐、传热流体循环泵、释能驱动装置、释能增压泵、释能膨胀机组、发电装置、循环水回路换热器、冷却塔、三通阀门Ⅰ～Ⅳ，其中，所述储能驱动装置驱动连接所述储能气体压缩机组，所述储能气体压缩机组与所述储能液体膨胀机组传动连接，所述释能膨胀机组驱动连接所述发电装置，所述释能驱动装置驱动连接所述释能增压泵，所述三通阀门Ⅰ～Ⅳ均包括第一接口、第二接口、第三接口，其特征在于，/n所述系统设置成热泵制热储能回路、热能热机发电回路、间接储热回路和循环水回路，其中，/n所述热泵制热储能回路中，所述储能气体压缩机组的出口通过管线依次经过所述三通阀门Ⅰ的第一接口及第二接口、储热回路换热器的热侧、三通阀门Ⅱ的第一接口及第二接口与所述储能液体膨胀机组的进口连通，所述储能液体膨胀机组的出口通过管线依次经过所述三通阀门Ⅲ的第一接口及第二接口、循环水回路换热器的热侧、三通阀门Ⅳ的第一接口及第二接口与所述储能气体压缩机组的进口连通；/n所述热能热机发电回路中，所述释能增压泵的出口通过管线依次经过所述储热回路换热器热侧、三通阀门Ⅰ的第三接口及第二接口、三通阀门Ⅱ的第一接口及第三接口与所述释能膨胀机组的进口连通，所述释能膨胀机组的出口通过管线依次经过所述三通阀门Ⅲ的第三接口及第二接口、循环水回路换热器的热侧、三通阀门Ⅳ的第一接口及第三接口与所述释能增压泵的进口连通；/n所述间接储热回路中，所述储热回路换热器冷侧、传热流体循环泵、传热流体储液罐、高温蓄热装置通过管线依次连接成闭合回路；/n所述循环水回路中，所述循环水回路换热器冷侧、冷却塔通过管线连接形成闭合回路。/n...

【技术特征摘要】
1.一种热泵储电系统，所述系统包括储能驱动装置、储能气体压缩机组、储能液体膨胀机组、储热回路换热器、高温蓄热装置、传热流体储液罐、传热流体循环泵、释能驱动装置、释能增压泵、释能膨胀机组、发电装置、循环水回路换热器、冷却塔、三通阀门Ⅰ～Ⅳ，其中，所述储能驱动装置驱动连接所述储能气体压缩机组，所述储能气体压缩机组与所述储能液体膨胀机组传动连接，所述释能膨胀机组驱动连接所述发电装置，所述释能驱动装置驱动连接所述释能增压泵，所述三通阀门Ⅰ～Ⅳ均包括第一接口、第二接口、第三接口，其特征在于，
所述系统设置成热泵制热储能回路、热能热机发电回路、间接储热回路和循环水回路，其中，
所述热泵制热储能回路中，所述储能气体压缩机组的出口通过管线依次经过所述三通阀门Ⅰ的第一接口及第二接口、储热回路换热器的热侧、三通阀门Ⅱ的第一接口及第二接口与所述储能液体膨胀机组的进口连通，所述储能液体膨胀机组的出口通过管线依次经过所述三通阀门Ⅲ的第一接口及第二接口、循环水回路换热器的热侧、三通阀门Ⅳ的第一接口及第二接口与所述储能气体压缩机组的进口连通；
所述热能热机发电回路中，所述释能增压泵的出口通过管线依次经过所述储热回路换热器热侧、三通阀门Ⅰ的第三接口及第二接口、三通阀门Ⅱ的第一接口及第三接口与所述释能膨胀机组的进口连通，所述释能膨胀机组的出口通过管线依次经过所述三通阀门Ⅲ的第三接口及第二接口、循环水回路换热器的热侧、三通阀门Ⅳ的第一接口及第三接口与所述释能增压泵的进口连通；
所述间接储热回路中，所述储热回路换热器冷侧、传热流体循环泵、传热流体储液罐、高温蓄热装置通过管线依次连接成闭合回路；
所述循环水回路中，所述循环水回路换热器冷侧、冷却塔通过管线连接形成闭合回路。


2.根据权利要求1所述的热泵储电系统，其特征在于，所述循环水回路与外部补...

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