一种零废热冷热-电互换的蓄热储能系统技术方案

本发明专利技术属于热电储能技术领域，具体涉及一种零废热冷热

【技术实现步骤摘要】
一种零废热冷热
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电互换的蓄热储能系统


[0001]本专利技术属于热电储能
，具体涉及一种零废热冷热
‑
电互换的蓄热储能系统。

技术介绍

[0002]随着经济发展和环境保护的需要，可再生能源快速发展，可再生能源具有间歇性的特点使得可再生能源发电时，容易导致电力系统的不稳定。而储能技术通过电能多余时储存，缺乏时释放的方式，解决电网的稳定性问题，大大提升能源利用率和电网安全性。因此，大规模储能是可再生能源大规模开发不可或缺的保障。在传统方式中，当热能转化为电能时，工质流出透平后，需要通过自然环境进行散热，形成了废热的排放和能量的损失且储能效率受环境温度影响。
[0003]迄今为止，大规模商业化储能技术主要有抽水蓄能、压缩空气蓄能和储热技术。抽水蓄能需要具有高度差的大型蓄水区域，对地理环境具有较强的依赖性，难以普及。压缩空气蓄能由于压缩空气的能量密度低，需要有大量的储罐或者矿井岩穴对压缩后的空气进行储存，占地面积大，使用条件苛刻。储热技术，其中包括冷热
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电互换技术，具有能量密度高，不需要大量占地，应用场景广泛的优势。然而，现有的储热技术采用热泵循环进行储能，空气布雷顿循环或蒸汽朗肯循环进行发电，循环过程中有废热的排放，热—电转换的效率低。同时，该方式的现有设计通常需要电—热储热系统和热—电发电系统，系统复杂，成本较高，不利于大规模推广使用。
[0004]例如，公开号为CN114857973A的“一种热电储能系统及换热方法”的专利技术专利，其公开了一种基于储冷储热技术的热电转换储能系统，通过多级储热放热技术和回热技术的结合，利用环境与系统之间的能量交换，提升了电热储能系统的储能效率，但是存在设备多，占地大，且需要向环境排出废热而导致无法最大程度地利用热能等问题。此外，公开号为CN112985145A的“基于二氧化碳气液相变的储能装置与方法”的专利技术专利，其公开了一种压缩超临界二氧化碳储能的系统，通过使用压缩机压缩超临界二氧化碳的方式，将多余的能量以高压超临界二氧化碳的形式进行储存，并在需要的时候释放出高压超临界二氧化碳用于发电，但其本质上仍为压缩气体储能的方式，效率难以提高，且单位体积储蓄的能量较低，占地大、成本较高。

技术实现思路

[0005]针对上述不足，本专利技术的目的是提供一种零废热冷热
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电互换的蓄热储能系统，能量转化为电能时，流出的工质无需通过自然环境冷却，直接通过储能过程中储存的冷源进行冷却，没有废热向环境释放，实现了零废热排放的目标；通过设计新型等焓膨胀阀实现了较大范围内循环参数的调节，将热能转化为电能时，无需排出废热，解决了废热排出导致转换效率下降的问题；结合超临界二氧化碳系统和焦耳—汤姆逊效应，采用超临界二氧化碳作为工质，解决了传统采用空气作为工质所带来的低效、低能量密度的问题，实现采用同一
套设备正向运行发电，逆向运行储能的零废热冷热
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电互换的储热系统。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种零废热冷热
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电互换的蓄热储能系统，包括储冷系统、储热系统、透平—压缩一体机、电动—发电一体机、副压缩机、联轴器和等焓膨胀阀，电动—发电一体机左端连接透平—压缩一体机，电动—发电一体机右端连接联轴器，联轴器右端连接副压缩机；透平—压缩一体机高温高压侧通过双向管路与储热系统的储热—释热换热器高温侧连接，透平—压缩一体机低温低压侧通过双向管路与储冷系统的储冷—释冷换热器高温侧连接，储热—释热换热器低温侧向副压缩机高压侧单向连通，副压缩机的低压侧向储冷—释冷换热器的低温侧单向连通；储冷—释冷换热器接连副压缩机的低压侧通过单向管道向等焓膨胀阀的低压侧连通，通过等焓膨胀阀的高压侧单向连通至储热—释热换热器与副压缩机连通的高压侧。
[0008]进一步的，所述储热系统包括储热—释热换热器、高温储热罐、低温储热罐，储热—释热换热器高温侧通过双向管道与高温储热罐连接，储热—释热换热器低温侧通过双向管道与低温储热罐连接。
[0009]进一步的，所述储冷系统包括储冷—释冷换热器、低温储冷罐、高温储冷罐，储冷—释冷换热器低温侧通过双向管道与高温储冷罐连接，储冷—释冷换热器高温侧通过双向管道与低温储冷罐连接。
[0010]进一步的，所述透平—压缩一体机采用静叶可调的透平—压缩一体机技术，通过轴流式涡轮机，正向使用时作为透平，逆向使用时作为压缩机。通过调节静叶角度，实现所透平—压缩机之间的转换。
[0011]进一步的，所述透平—压缩一体机根据系统参数反馈的压力数值，改变静叶角度，动叶入射气流的角度改变，使透平—压缩一体机在较宽的压力范围能运行，保持在最佳工况下运行。
[0012]进一步的，电动—发电一体机采用发电—电动一体机技术，正向使用时作为发电机，逆向使用时作为电动机。
[0013]进一步的，等焓膨胀阀由竖直的多孔式节流孔板、闸板、测量及反馈控制系统组成，是一种可根据系统状态自动调节闸板开度的节流阀；阀门前端、后端连接反馈回路，反馈回路通过控制电机连接在阀门内部闸板上，闸板通过步进电机控制上下移动，对节流孔板开孔进行遮挡。
[0014]进一步的，透平—压缩一体机、电动—发电一体机、副压缩机同轴布置。
[0015]进一步的，超临界二氧化碳作为本系统的流通介质。
[0016]进一步的，本系统的储热介质为用熔盐，储冷介质为水、有机介质或熔盐。
[0017]本专利技术的有益效果在于：
[0018]根据本专利技术提供的一种基于透平压缩一体化技术和超临界二氧化碳循环，冷热
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电互换的零废热排放储热系统，能够实现通过同一套设备，实现正向运行发电，逆向运行储能的效果，使得储能系统紧凑高效。
[0019]通过静叶可调的涡轮机械设计，使得透平—压缩一体机正向运行时作为透平，逆向运行时作为压缩机，并能处于最佳运行工况；同时采用了发电—电动机一体化技术，大大减少了设备数量，使得结构紧凑。基于焦耳—汤姆逊效应，创新等焓膨胀阀的设计和使用，
使得循环参数可控可调，实现零废热排出的目的，提高了储能效率。此外，基于超临界二氧化碳循环系统技术，有效提高了整体储能效率，减少设备腐蚀，同时减少了储冷、储热介质的使用，使得储能系统整体结构紧凑，体积小。
[0020]超临界二氧化碳循环电热储能技术能量转换率超过80％，其值远超现有商业储能技术相应数值，更具有占地面积小、体积小、不受地理位置限制、无需燃料、投资成本低、无安全和环境问题等优点，同时降低了工质腐蚀设备的强度，提高了设备使用寿命，是极具前景的大规模长时间储能技术。
附图说明
[0021]图1为本专利技术所述的一种零废热、冷热
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电互换的蓄热储能系统示意图；
[0022]图2为本专利技术所述的一种零废热、冷热
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电互换的蓄热储能系统处于释能状态时的示意图；
[0023]图3为本专利技术所述的一种零废热、冷热<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种零废热冷热
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电互换的蓄热储能系统，包括储冷系统、储热系统、透平—压缩一体机、电动—发电一体机、副压缩机和等焓膨胀阀，其特征在于：电动—发电一体机左端连接透平—压缩一体机，电动—发电一体机右端连接联轴器，联轴器右端连接副压缩机；透平—压缩一体机高温高压侧通过双向管路与储热系统的储热—释热换热器高温侧连接，透平—压缩一体机低温低压侧通过双向管路与储冷系统的储冷—释冷换热器高温侧连接，储热—释热换热器低温侧向副压缩机高压侧单向连通，副压缩机的低压侧向储冷—释冷换热器的低温侧单向连通；储冷—释冷换热器接连副压缩机的低压侧通过单向管道向等焓膨胀阀的低压侧连通，通过等焓膨胀阀的高压侧单向连通至储热—释热换热器与副压缩机连通的高压侧。2.如权利要求1所述的一种零废热冷热
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电互换的蓄热储能系统，其特征在于：所述储热系统包括储热—释热换热器、低温储热罐、高温储热罐、联轴器，储热—释热换热器高温侧通过双向管道与高温储热罐连接，储热—释热换热器低温侧通过双向管道与低温储热罐连接。3.如权利要求1所述的一种零废热冷热
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电互换的蓄热储能系统，其特征在于：所述储冷系统包括储冷—释冷换热器、高温储冷罐、低温储冷罐，储冷—释冷换热器低温侧通过双向管道与低温储冷罐连接，储冷—释冷换热器高温侧通过双向管道与高温储冷罐连接。4.如权利要求1所述的一种零废热冷热
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电互换的蓄热储能系统，其特征在于：所述透平—压缩一体机采用静叶可调的透平—压缩一体机技术，通过轴流式涡轮机，正向使用时作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆道纲，丁昊，张钰浩，隋丹婷，曹琼，刘雨，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：