一种热泵储电与液态空气耦合储能系统技术方案

本发明专利技术涉及热泵储电技术领域，具体涉及一种热泵储电与液态空气耦合储能系统。热泵储电与液态空气耦合储能系统，包括：热泵储电子系统，包括循环连接的第一压缩膨胀机组、蓄热器、第二压缩膨胀机组、蓄冷器；空气储能子系统，包括依次连接的释能膨胀机组、第一换热器、第二换热器、低温介质储罐，第一换热器安装有释能膨胀机组的一侧还连通有储能压缩机组，储能压缩机组与释能膨胀机组在储释能过程分别使用。利用热泵储电子系统中的余热对空气储能子系统进行补偿，热泵储电子系统中的冷能用于液化空气，使得热泵储电子系统与空气储能子系统的均能保持较高的储能效率和储能密度，进而提供系统整体的储能效率和储能密度。系统整体的储能效率和储能密度。系统整体的储能效率和储能密度。

【技术实现步骤摘要】
一种热泵储电与液态空气耦合储能系统


[0001]本专利技术涉及热泵储电技术和压缩空气储能领域，具体涉及一种热泵储电与液态空气耦合储能系统。

技术介绍

[0002]电力储能技术主要是指在电网低负荷期间将难以储存的电能转化为其他容易储存的能量进行储存，在电网高负荷的时候输出能量，用于削峰填谷，减轻电网波动。能量有多种形式，包括辐射，化学的，重力势能，电势能，电力，高温，潜热和动力。
[0003]现有技术中的热泵储电系统通常由压缩机、膨胀机、储热器和储冷器组成，其工作原理为，在储能时通过逆向布雷顿循环(热泵循环)将热能从储冷器内部“抽出”至储热器，并存储冷能与热能；当需要电能的时候，通过正向布雷顿循环(动力循环)将存储的热能和冷能转化为电能。但是现有热泵储电技术中由于循环过程的不可逆会导致大量热能直接向环境中排放，无法加以利用，造成了能量的大量浪费。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的热泵储电系统中存在热能浪费的缺陷，从而提供一种热泵储电与液态空气耦合储能系统。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种热泵储电与液态空气耦合储能系统，包括：
[0006]热泵储电子系统，包括循环连接的第一压缩膨胀机组、蓄热器、第二压缩膨胀机组、蓄冷器；
[0007]空气储能子系统，包括依次连接的释能膨胀机组、第一换热器、第二换热器、低温介质储罐，第一换热器安装有释能膨胀机组的一侧还连通有储能压缩机组，释能膨胀机组与储能压缩机组并联设置，以使释能膨胀机组和储能压缩机组在释能环节和储能环节分别使用；
[0008]第一换热器与蓄热器配合换热，第二换热器与蓄冷器配合换热。
[0009]可选地，低温介质储罐的入口端安装有第三阀门，低温介质储罐的出口端安装有第四阀门，第三阀门远离低温介质储罐的一端和第四阀门远离低温介质储罐的一端均与第二换热器连通。
[0010]可选地，低温介质储罐的出口端安装有低温泵。
[0011]可选地，第一压缩膨胀机组与第二压缩膨胀机组同轴连接。
[0012]可选地，第一换热器内置安装在蓄热器内。
[0013]可选地，第二换热器内置安装在蓄冷器内。
[0014]可选地，蓄热器为高温填充床，高温填充床内填充有蓄热介质。
[0015]可选地，蓄热介质为岩石、沙石、金属颗粒或固体砖。
[0016]可选地，低温介质储罐内存储有液态空气。
[0017]可选地，释能膨胀机组上同轴安装有储能发电机。
[0018]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0019]1.本专利技术提供的热泵储电与液态空气耦合储能系统，包括：热泵储电子系统，包括循环连接的第一压缩膨胀机组、蓄热器、第二压缩膨胀机组、蓄冷器；空气储能子系统，包括依次连接的释能膨胀机组、第一换热器、第二换热器、低温介质储罐，所述第一换热器安装有所述释能膨胀机组的一侧还连通有储能压缩机组，所述释能膨胀机组与所述储能压缩机组并联设置，以使释能膨胀机组和储能压缩机组在释能环节和储能环节分别使用；所述第一换热器与所述蓄热器配合换热，所述第二换热器与所述蓄冷器配合换热。
[0020]在储能过程中，热泵储电子系统中第一压缩膨胀机组做压缩工作，第二压缩膨胀机组做膨胀工作。第一压缩膨胀机组将回路中的气体压缩至高温高压状态，经过蓄热器将气体的热量储存到蓄热介质中，气体降温至高压常温状态，高压常温气体进入到第二压缩膨胀机组中膨胀做功，第二压缩膨胀机组中输出低温低压气体进入到蓄冷器中，经过蓄冷器将冷能储存在蓄冷介质中，气体变为常温常压状态重新进入循环；空气储能子系统中气体经过储能压缩机组，被压缩至高温高压状态，高温高压气体经过第一换热器与蓄热器配合换热，将热能储存在蓄热介质中，变成中温高压状态气体，进一步进入到第二换热器与蓄冷器配合换热，吸收蓄冷器内的冷能，进一步变为低温高压状态，经第三阀门降压至常压低温液态储存在低温介质储罐中。在释能过程中热泵储电子系统中的气体反向流动，从在蓄冷器中吸收冷能，在蓄热器中吸收热能；空气储能子系统中低温介质储罐中输出气体介质，经过低温泵升压，经过第二换热器释放冷能，在第一换热器中吸收热能后驱动释能膨胀机组做功对外输出电能。通过利用第一换热器与蓄热器耦合配合换热，利用第二换热器与蓄热器耦合配合换热，利用热泵储电子系统中多余的余热对空气储能子系统进行补偿，热泵储电子系统中的冷能用于液化空气，既能对热泵储电子系统中的余热进行充分利用，又能够提升空气储能子系统的储能效率，使得热泵储电子系统与空气储能子系统的均能保持较高的储能效率，进而提高系统整体的储能效率和储能密度，提升热泵储电与液态空气耦合储能系统的储能效率和储能密度。
[0021]2.本专利技术提供的热泵储电与液态空气耦合储能系统，低温介质储罐的入口端安装有第三阀门，低温介质储罐的出口端安装有第四阀门，第三阀门远离低温介质储罐的一端和第四阀门远离低温介质储罐的一端均与蓄冷器连通。通过设置第三阀门将管路中的气体介质减压变为低压液态介质储存到低温介质储罐内，低温介质储罐内的介质可以为液态空气或液态天然气。
[0022]3.本专利技术提供的热泵储电与液态空气耦合储能系统，第一压缩膨胀机组与第二压缩膨胀机组同轴连接。作为膨胀机主动转动的一组压缩膨胀机组带动另一组作为压缩机使用的压缩膨胀机，能够降低电动发电机的输入功率，减少系统运行所需的外部能耗，提升系统的储能效率。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术的实施方式中提供的热泵储电与液态空气耦合储能系统的结构示意图。
[0025]附图标记说明：1、电动发电机；2、第一压缩膨胀机组；3、第二压缩膨胀机组；4、储能电动机；5、储能压缩机组；6、释能膨胀机组；7、储能发电机；8、蓄热器；9、第一换热器；10、蓄冷器；11、第二换热器；12、低温介质储罐；13、低温泵；14、第四阀门；15、第三阀门；16、第一阀门；17、第二阀门。
具体实施方式
[0026]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热泵储电与液态空气耦合储能系统，其特征在于，包括：热泵储电子系统，包括循环连接的第一压缩膨胀机组(2)、蓄热器(8)、第二压缩膨胀机组(3)、蓄冷器(10)；空气储能子系统，包括依次连接的释能膨胀机组(6)、第一换热器(9)、第二换热器(11)、低温介质储罐(12)，所述第一换热器(9)安装有所述释能膨胀机组(6)的一侧还连通有储能压缩机组(5)，所述释能膨胀机组(6)与所述储能压缩机组(5)并联设置；所述第一换热器(9)与所述蓄热器(8)配合换热，所述第二换热器(11)与所述蓄冷器(10)配合换热。2.根据权利要求1所述的热泵储电与液态空气耦合储能系统，其特征在于，所述低温介质储罐(12)的入口端安装有第三阀门(15)，所述低温介质储罐(12)的出口端安装有第四阀门(14)，所述第三阀门(15)远离所述低温介质储罐(12)的一端和所述第四阀门(14)远离所述低温介质储罐(12)的一端均与所述第二换热器(11)连通。3.根据权利要求2所述的热泵储电与液态空气耦合储能系统，其特征在于，所述低温介质储罐(12)的出口端安...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，张涵，陈海生，凌浩恕，张双，白亚开，
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：