一种冷库耦合光伏储能的综合能源系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术公开一种冷库耦合光伏储能的综合能源系统及其运行方法，系统包括为冷库单元提供电能的光伏发电单元、压缩空气储能及抽水蓄能单元、化学储能单元以及电网单元；两类储能单元及电网单元的电能输出端均连接冷库单元；压缩空气储能及抽水蓄能单元中电动机连接空气压缩机，空气压缩机、储能容器和废弃矿洞依次连接，地表蓄水池分别通过矿洞斜井与水轮机连接废弃矿洞；废弃矿洞依次与第三换热器、储能容器入口连接；储能容器的出口连接绝热膨胀机，绝热膨胀机同轴连接发电机，储能容器还连接冷库单元的换热装置；光储项目配冷库可降低电费成本与电能输送的损耗，用废气矿洞内恒温水源作为冷库冬天的补热，节省冬季冷库制热所耗电能。耗电能。耗电能。

【技术实现步骤摘要】
一种冷库耦合光伏储能的综合能源系统及其运行方法


[0001]本专利技术属于新能源及储能综合利用
，具体涉及一种冷库耦合光伏储能的综合能源系统及其运行方法。

技术介绍

[0002]目前，有必要统筹农产品产地、集散地、销地批发市场建设，加强农产品物流骨干网络和冷链物流体系建设。目前冷链物流基地冷库建设比较单一，大多采用外部电网供电，且电费计算采用商业供电模式。因此，电费偏高是制约冷链物流冷库规模发展的重要因素。在现有的光储项目中，一般均配电网，远距离输送电能仍然会导致一定损耗，光伏储能配冷库的模式还未出现。在现有的压缩空气储能系统技术中，利用废弃矿井的地下抽水蓄能复合压缩空气储能系统能够大幅降低储气库建造费用，减少初期投资，但这种系统一般采用第一离心泵与管道进行输水，因此，储气库的建设仍然会存在一定成本。在压缩空气储能系统释能段释能之前一般需要进行补热，这可能会造成额外的燃料或能源的消耗。且被淹矿洞内水源作为一种恒温热源并未被利用。

技术实现思路

[0003]基于以上冷库、光储项目，抽水蓄能与压缩空气储能技术研究现状，结合光伏发电、储能系统、冷链冷库以及废弃矿洞的特点，设计出了一款优势互补的综合智慧能源系统，本系统可以根据当地的需求和地理环境条件来建设冷库的规模；光储项目配冷库可降低电费成本与电能输送的损耗，利用冷库排热为压缩空气补热降低能耗、提高储能效率；在释能时首先在恒容的情况下将气体通过节流阀，在一定的工作条件下，由于气体膨胀及节流阀的冷效应使高压气体温度较低，这部分气体通过冷库为冷库提供冷量的同时高压气体吸收了热量；利用温度较低的绝热膨胀机排气选择性的为冷库提供冷量；用废气矿洞内恒温水源作为冷库冬天的补热，节省冬季冷库制热所耗电能。另一方面，被淹废弃矿洞附近一般交通较为发达、采光性能较好、有利于建设光伏发电站与冷链冷库的建设,其中光伏板布置位置灵活，在冷库顶部及采光较好的外壁铺设还可以为冷库起到的保温作用。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种冷库耦合光伏储能的综合能源系统，光伏发电单元、冷库单元、利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元、化学储能单元以及电网单元；光伏发电单元的电能输出端连接冷库单元、利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元、化学储能单元的电能输入端，光伏发电单元还接入电网单元；利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元、化学储能单元、电网单元的电能输出端均连接冷库单元电能输入端；利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元包括电动机、空气压缩机、储能容器、废弃矿洞、绝热膨胀机、发电机、矿洞斜井、地表蓄水池以及水轮机；电动机连接空气压缩机，空气压缩机、储能容器和废弃矿洞依次连接，地表蓄水池通过矿洞斜井连接废弃矿洞，矿洞斜井上设置水轮机；储能容器的出口连接绝热膨胀机，绝热膨胀机同轴连接发电机，储能容器还连接冷库单元的换热装置。
[0005]废弃矿洞至冷库的管路上设置排气稳压阀，储能容器至废弃矿洞的管路上设置进气稳压阀，在矿洞斜井上设有闸阀。
[0006]光伏发电单元包括光伏板在水面上方的地表蓄水池光伏发电模块、冷库周围空地光伏发电模块以及建在冷库屋顶及外侧的冷库光伏发电模块；光伏板在水面上方的地表蓄水池光伏发电模块、冷库周围空地光伏发电模块以及建在冷库屋顶及外侧的冷库光伏发电模块的电能输出端均连接冷库单元、利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元、化学储能单元的电能输入端以及电网单元。
[0007]冷库单元包括冷库、第二离心泵、第一换热器和冷库换热系统，冷库换热系统包括第二换热器、第三换热器、第四换热器；第二换热器连接地表蓄水池，矿洞斜井的出口通过管道连接第二换热器的入口，矿洞斜井的出口至第二换热器的入口依次设置第一离心泵和第一电动阀；第二换热器经第二电动阀连接地表蓄水池；第三换热器连接废弃矿洞出口和储能容器入口，废弃矿洞的出口与冷库之间设置排气稳压阀；第四换热器的入口依次连接第三电动阀、膨胀机出口，膨胀机排气制冷系统出口连接大气环境；冷库内部周围设置有分别与第一换热器及冷库换热系统相连接的管道；第一换热器的进出口与储能容器的出入口通过管道对应连接形成回路，第一换热器的出口与储能容器入口之间的管道设置第一闸阀，储能容器出口与第一换热器入口之间的管道上依次设置第二闸阀和第二离心泵。
[0008]第一离心泵、第二离心泵、第一电动阀、第二电动阀以及第三电动阀采用光伏发电单元、化学储能单元或利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元供电。
[0009]第一换热器、第二换热器、第三换热器及第四换热器均采用管壳式换热器，管壳式换热器中冷热流体逆流换热，管道外层均设置保温层。
[0010]空气压缩机为双螺杆压缩机，绝热膨胀机为双螺杆膨胀机，化学储能系统采用铅酸电池储能。
[0011]基于本专利技术所述冷库耦合光伏储能的综合能源系统的运行方法，采光较好时光伏发电单元发电，在冷库温度较高时，所发电量首先用于冷库制冷，其次用于化学单元储能，再次用于利用废气矿洞的压缩空气及抽水蓄能单元储能，最后剩余电能会并入电网单元；
[0012]在采光不好时，首先用化学储能单元给冷库供电，其次是利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元，最后使用外接电网单元；当冬天冷库温度过低不利于农副产品贮藏的时候，光伏发电单元、化学储能单元与物理储能单元均不为冷库供电。
[0013]冷库单元制冷系统机组采用水冷模式，当冷库制冷时，第二换热器与蓄水池之间的管路切断，储能容器与废弃矿洞之间管路接通，换热介质水在第二离心泵提供动力的情况下，通过第一换热器将冷库排热带入储能容器中储存，热水在经过储能容器变为冷水，再次进入第一换热器吸收冷库排热；废弃矿洞内的高压气体经过恒容工况通过排气稳压阀进入第三换热器为冷库提供冷量；同时根据冷库温度选择是否打开第三闸阀以及调节第三电动阀开度使膨胀机排气进入第四换热器为冷库提供冷量；
[0014]当冬季冷库温度过低，则储能容器出口与第一换热器入口之间的管路以及储能容器与废弃矿洞之间管路均切断，第二换热器与蓄水池之间的管路打开，水流量根据冷库温度调节，将废气矿洞恒温水源抽入第二换热器，使冷库温度保持恒定。
[0015]利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元储能时，空气经空气压缩机压缩后进入储能容器，空气在储能容器放热后通过第二稳压阀维持设定的压力进入废弃矿洞，废
弃矿洞内水在高压空气的作用下通过矿洞斜井被排到地表蓄水池，高压空气在废弃矿洞内为恒压储存；在冷库需要制冷的前提下释能时，高压空气先恒容膨胀经过排气稳压阀维持设定压力进入冷库的第三换热器，温度较低的高压气体吸收冷库的热量后进入储能容器继续吸热，在储能容器中吸热后进入绝热膨胀机做功，带动发电机发电，为冷库提供电能，其中膨胀机排气直接排向大气或者经第三电动阀调节后经过冷库排向大气，然后地表蓄水池内水经竖直管道进入废弃矿洞，并带动水轮机做功释能；在冷库需要制热的前提下释能时，地表蓄水池内水经矿洞斜井进入废弃矿洞，保持高压气体恒定压力的情况下依次通过冷库、储能容器到绝热膨胀机。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冷库耦合光伏储能的综合能源系统，其特征在于，光伏发电单元、冷库单元、利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元、化学储能单元以及电网单元；光伏发电单元的电能输出端连接冷库单元、利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元、化学储能单元的电能输入端，光伏发电单元还接入电网单元；利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元、化学储能单元、电网单元的电能输出端均连接冷库单元电能输入端；利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元包括电动机(9)、空气压缩机(10)、储能容器(13)、废弃矿洞(23)、绝热膨胀机(8)、发电机(7)、矿洞斜井(20)、地表蓄水池(2)以及水轮机(26)；电动机(9)连接空气压缩机(10)，空气压缩机(10)、储能容器(13)和废弃矿洞(23)依次连接，地表蓄水池(2)通过矿洞斜井(20)连接废弃矿洞(23)，矿洞斜井(20)上设置水轮机(26)；储能容器(13)的出口连接绝热膨胀机(8)，绝热膨胀机(8)同轴连接发电机(7)，储能容器(13)还连接冷库单元的换热装置。2.根据权利要求1所述的冷库耦合光伏储能的综合能源系统，其特征在于，废弃矿洞(23)至冷库的管路上设置排气稳压阀(21)，储能容器(13)至废弃矿洞(23)的管路上设置进气稳压阀，在矿洞斜井(20)上设有闸阀。3.根据权利要求1所述的冷库耦合光伏储能的综合能源系统，其特征在于，光伏发电单元包括光伏板在水面上方的地表蓄水池光伏发电模块(1)、冷库周围空地光伏发电模块(4)以及建在冷库屋顶及外侧的冷库光伏发电模块(14)；光伏板在水面上方的地表蓄水池光伏发电模块(1)、冷库周围空地光伏发电模块(4)以及建在冷库屋顶及外侧的冷库光伏发电模块(14)的电能输出端均连接冷库单元、利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元、化学储能单元的电能输入端以及电网单元。4.根据权利要求1所述的冷库耦合光伏储能的综合能源系统，其特征在于，冷库单元包括冷库(17)、第二离心泵、第一换热器和冷库换热系统，冷库换热系统包括第二换热器(29)、第三换热器(30)、第四换热器(31)；第二换热器(29)连接地表蓄水池(2)，矿洞斜井(20)的出口通过管道连接第二换热器(29)的入口，矿洞斜井(20)的出口至第二换热器(29)的入口依次设置第一离心泵(3)和第一电动阀(5)；第二换热器(29)经第二电动阀连接地表蓄水池(2)；第三换热器(30)连接废弃矿洞出口和储能容器(13)入口，废弃矿洞(23)的出口与冷库(17)之间设置排气稳压阀；第四换热器(31)的入口依次连接第三电动阀(25)、膨胀机出口，膨胀机排气制冷系统出口连接大气环境；冷库(17)内部周围设置有分别与第一换热器(15)及冷库换热系统(16)相连接的管道；第一换热器的进出口与储能容器的出入口通过管道对应连接形成回路，第一换热器(15)的出口与储能容器(13)入口之间的管道设置第一闸阀(11)，储能容器(13)出口与第一换热器(15)入口之间的管道上依次设置第二闸阀(12)和第二离心泵(24)。5.根据权利要求4所述的冷库耦合光伏储能的综合能源系统，其特征在于，第一离心泵(3)、第二离心泵(24)、第一电动阀(5)、第二电动阀(6)以及第三电动阀(27)采用光伏发电单元、化学储能单元(18)或利用废弃矿洞的压缩空气储能及抽水蓄能单元供...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焕然，张宇飞，贺新，葛刚强，令兰宁，王壮杰，李瑞雄，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
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