一种电热储能系统及换热方法技术方案

本发明专利技术提供一种电热储能系统及换热方法，能够提高系统设备利用率，提升电热储能效率，降低系统投资成本。包括储热回路和储冷回路，所述储热回路和储冷回路通过回热器连接；其中，所述储冷回路包括依次连接的第一辅助换热器、第一充放电装置、冷却器和第二辅助换热器，所述冷却器的出口连接有储冷装置；所述储热回路上包括依次连接的加热器和第二充放电装置，所述加热器的出口连接有储热装置。所述加热器的出口连接有储热装置。所述加热器的出口连接有储热装置。

【技术实现步骤摘要】
一种电热储能系统及换热方法


[0001]本专利技术涉及电热储能
，具体为一种电热储能系统及换热方法。

技术介绍

[0002]构建以新能源为主体的新型电力系统亟需发展规模大时间长的储能技术。现有的大规模长时间储能技术主要有抽水蓄能和压缩空气储能，这两者对储能地点的地质条件要求极为苛刻，因此其发展受到了一定的限制。
[0003]电热储能技术最早于1924年由德国学者Marguerre提出，是一种基于动力循环和热能储存技术发展出来的电能储存技术。在储能时，消耗电能驱动逆向动力循环，即热泵循环，将热量从低温储罐泵到高温储罐中，同时获得相对于环境的高温热能和低温冷能储存起来；释能时，将储存的高温热能和低温冷能通过热机循环转化成机械能，膨胀机驱动发电单元发电。跨临界二氧化碳循环电热储能技术，具有规模大、寿命长、边际成本低、不受地理条件限制和安全可靠性好等优势，是极具前景的大规模长时间储能技术。
[0004]但是由于不可逆损失的存在，热泵循环储存的热量和冷量，与热机循环所消耗的热量和冷量之间往往是不匹配的，两者偏差越大，则不可逆损失越大，，导致循环效率偏低。另外，由于做功介质在换热时往往要经历一个大比热区，比热变化是非线性的，而储热介质比热的变化大多是线性的，在这种情况下如果换热过程中流量保持不变，那么换热效率就会很低，最终导致换热过程中的不可逆损失较大。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种电热储能系统及换热方法，能够提高系统设备利用率，提升电热储能效率，降低系统投资成本。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种电热储能系统，包括储热回路和储冷回路，所述储热回路和储冷回路通过回热器连接；
[0008]其中，所述储冷回路包括依次连接的第一辅助换热器、第一充放电装置、冷却器和第二辅助换热器，所述冷却器的出口连接有储冷装置；
[0009]所述储热回路上包括依次连接的加热器和第二充放电装置，所述加热器的出口连接有储热装置。
[0010]优选地，充电时，所述第二充放电装置的出口与所述加热器的热侧入口相连，加热器的热侧出口与所述回热器的热侧入口相连，回热器的热侧出口与所述第一辅助换热器相连，第一辅助换热器的出口与所述第一充放电装置的入口相连，第一充放电装置的出口与所述冷却器的冷侧入口相连，冷却器的冷侧出口与所述第二辅助换热器的入口相连，第二辅助换热器的出口与回热器的冷侧入口相连，回热器的冷侧出口与第二充放电装置的入口相连。
[0011]优选地，放电时，所述第一充放电装置的出口与所述第一辅助换热器的入口相连，
第一辅助换热器的出口与所述回热器的冷侧入口相连，回热器的冷侧出口与所述加热器的冷侧入口相连，加热器的冷侧出口与所述第二充放电装置的入口相连，第二充放电装置的出口与回热器的热侧入口相连，回热器的热侧出口与所述第二辅助换热器的入口相连，第二辅助换热器的出口与所述冷却器的热侧入口相连，冷却器的热侧出口与第一充放电装置的入口相连。
[0012]优选地，所述第一辅助换热器和第二辅助换热器采用间断翅片结构的印刷电路板式换热器。
[0013]优选地，所述第一辅助换热器和第二辅助换热器上均设置有多个进口和出口。
[0014]优选地，所述第一充放电装置包括降压装置和泵；其中，所述降压装置用于充电过程，所述泵用于放电过程。
[0015]优选地，所述降压装置采用膨胀机或者节流装置。
[0016]优选地，所述第二充放电装置包括压缩机和透平，其中，所述压缩机用于充电过程，所述透平用于放电过程。
[0017]优选地，所述储热装置中装有储热介质，所述储热介质为导热油、溶液或者水，所述储冷装置中装有储冷介质，所述储热介质为冰浆或者盐水。
[0018]一种电热储能系统的换热方法，包括如下步骤：
[0019]充电时，压缩机压缩工质，升温后的工质依次进入加热器的放热侧和回热器释放热量，放热后的工质经辅助换热器向环境释放热量后进入第一充放电装置做工，做工完成依次进入冷却器、辅助换热器和回热器吸收热量，吸热后的工质进入压缩机，实现热泵循环；
[0020]放电时，第一充放电装置将工质升压后送入辅助换热器吸收环境热量后依次进入回热器和加热器中吸热升温，吸热后的工质进入第二充放电装置中做工，做工完成依次进入回热器、辅助换热器和冷却器中释放热量，放热后的工质进入第一充放电装置中升压，实现热机循环。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术提供的一种电热储能系统，通过在现有电热储能系统的基础上，在储冷回路的设定位置处增加第一辅助换热器和第二辅助换热器，辅助换热器的设置能够使电热储能系统充分利用环境中的能量，实现在该位置处的做功工质的温度与环境温度相接近，从而使得循环效率显著提高。传统的电热储能系统没有考虑到通过与环境之间的能量交换提升换热储能效率。本专利技术所述的电热储能系统通过多级储热放热技术和回热技术的结合，以及增加辅助换热器充分利用环境与系统之间的能量交换，能够实现超过70％的储能效率，显著提升了电热储能系统的储能效率。
[0023]本专利技术中的换热循环分为热泵循环和热机循环，储能时启用热泵循环，释能时启用热机循环，热泵循环和热机循环共用系统中的加热器、冷却器、回热器、辅助换热器和其余管路等主要设备，提高了系统设备利用率，降低了系统的复杂程度和投资成本，进一步提高了电热储能技术的应用范围，较大程度的发挥电热储能技术的规模大、寿命长、成本低、不受地理条件限制和安全可靠性好的优势。
附图说明
[0024]图1为本专利技术充电时的电热储能系统示意图；
[0025]图2为本专利技术放电时的电热储能系统示意图；
[0026]图3为本专利技术所述电热储能系统与现有的电热储能系统储能效率的结果对比图。
[0027]图中，最低温储热罐1，第一次低温储热罐2，第二次低温储热罐3，第一次高温储热罐4，第二次高温储热罐5，最高温储热罐6，加热器7，压缩机8，透平9，回热器10，第一辅助换热器11，第二辅助换热器12，膨胀机13，泵14，冷却器15，第一储冷罐16，第二储冷罐17。
具体实施方式
[0028]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，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，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0029]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电热储能系统，其特征在于，包括储热回路和储冷回路，所述储热回路和储冷回路通过回热器(10)连接；其中，所述储冷回路包括依次连接的第一辅助换热器(11)、第一充放电装置、冷却器(15)和第二辅助换热器(12)，所述冷却器(15)的出口连接有储冷装置；所述储热回路上包括依次连接的加热器(7)和第二充放电装置，所述加热器(7)的出口连接有储热装置。2.根据权利要求1所述的一种电热储能系统，其特征在于，充电时，所述第二充放电装置的出口与所述加热器(7)的热侧入口相连，加热器(7)的热侧出口与所述回热器(10)的热侧入口相连，回热器(10)的热侧出口与所述第一辅助换热器(11)相连，第一辅助换热器(11)的出口与所述第一充放电装置的入口相连，第一充放电装置的出口与所述冷却器(15)的冷侧入口相连，冷却器(15)的冷侧出口与所述第二辅助换热器(12)的入口相连，第二辅助换热器(12)的出口与回热器(10)的冷侧入口相连，回热器(10)的冷侧出口与第二充放电装置的入口相连。3.根据权利要求1所述的一种电热储能系统，其特征在于，放电时，所述第一充放电装置的出口与所述第一辅助换热器(11)的入口相连，第一辅助换热器(11)的出口与所述回热器(10)的冷侧入口相连，回热器(10)的冷侧出口与所述加热器(7)的冷侧入口相连，加热器(7)的冷侧出口与所述第二充放电装置的入口相连，第二充放电装置的出口与回热器(10)的热侧入口相连，回热器(10)的热侧出口与所述第二辅助换热器(12)的入口相连，第二辅助换热器(12)的出口与所述冷却器(15)的热侧入口相连，冷却器(15)的热侧出口与第一充放电装置的入口相连。4.根据权利要求1所述的一种电热储能系统，其特征在于，所述第一辅助换热器(11)和第二辅助换...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉，李红智，姚明宇，张一帆，高炜，李凯伦，张旭伟，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：