一种用于高温储能的岩床机组系统及使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于高温储能的岩床机组系统及使用方法，包括加热单元、热传递单元、储热单元和控制单元，将太阳能和/或风能通过太阳能光伏发电设备和/或风力发电机进行发电，产生的电能驱动电加热器产生热能；或者利用热泵将空气中的低温热源转化为高温热源；产生的热能或高温热源以空气作为传热介质，通过管道装置传输到设置有储热介质的储罐内；储存于储罐内的热能以空气为传热介质，通过管道装置传输到涡轮机组，经涡轮机组将热能转化为电能，电能再最终输出至电网中，在太阳能和风能提供不足的时期，该系统利用储能技术稳定电力的供应，能有效避免能源浪费，弃风、弃电的情况发生。发生。发生。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高温储能的岩床机组系统及使用方法


[0001]本专利技术涉及高温储能
，尤其涉及一种用于高温储能的岩床机组系统及使用方法。

技术介绍

[0002]风能与太阳能作为比较成熟并且已经被大规模利用的可再生清洁能源，利用其发电的装机数量与规模逐年增加。最大限度地利用和开发可再生能源，无疑是对人们的一项挑战。如何提高可再生能源开发利用的占比，成为了工程师们如今亟待解决的重要任务。
[0003]风力发电受季节影响较大，以平原地区为例，春冬季节风力强盛是风力发电的高峰期，夏秋季节风力较小是风力发电的低谷期。同样，太阳能发电受日照时长和季节影响，高纬度地区日照时间较长，太阳能发电处于满载期，到了夜晚或是雨季，太阳能发电几乎空载，因此，在太阳能发电处于空载或风力发电处于低谷期时，存在储能过程中能源供应不足的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种用于高温储能的岩床机组系统及使用方法，以解决上述可再生能源发电处于低谷期时导致储能过程中能源供应不足的技术问题。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：一种用于高温储能的岩床机组系统，包括加热单元、热传递单元、储热单元和控制单元；所述加热单元包括电加热器、热泵、太阳能光伏发电设备和/或风力发电机，用于将空气作为传热流体，使太阳能和/或风能转化为高温热能；所述热传递单元包括用于运输高温热能的管道装置、蒸汽发生器以及涡轮机组；所述储热单元包括用于放置储热介质的储罐，所述储热介质为岩石；所述控制单元包括传感模块以及处理模块，所述传感模块包括流量传感器、电流传感器以及温度传感器，传感模块将采集的数据传输至处理模块，处理模块后台进行分析处理数据，所述传感模块与处理模块电连接。现有技术中，已经研究出了许多的储能技术，但大多数储能技术仅仅是在太阳能或风能处于满载期，即能量过剩的情况下将其进行储存，待夜晚或是雨季能量供应不足时再进行放能供电。由于太阳能发电或者风力发电受季节影响较大，如雨季持续时间较长，此时供电仅依靠储能设备进行放能供电得不到长期使用的需求，即储能设备此时长期处于放能状态，而得不到能量的补充，将会造成供电不稳定。本专利技术中，提供了两条储能路径，即第一种为太阳能发电或者风力发电，产生的电能驱动电加热器产生高温热能进行储存，第二种为利用热泵将空气中的低温热源直接转化为高温热能进行储存。当太阳能或者风能充足的季节，处于满载期时，通过第一路径将过剩的能量进行储存，或者第一路径、第二路径同时开启进行储能；当日照时间不足或风能不充足，不能提供充足的能量供应时，此时利用热泵将空气中的低温热源直接转化为高温热能进行
储存，避免了储能过程中能源供应不足的问题，使得储能系统输出供电更加稳定。
[0006]进一步地，所述电流传感器为多个，分别设置于电加热器、热泵以及涡轮机组中；所述流量传感器设置于管道装置内；所述温度传感器为多个，分别设置于加热单元、储罐以及管道装置内。通过流量传感器测量管道装置内部的空气流量，为处理模块调控阀门和风扇提供数据分析；温度传感器监测岩石、空气以及管道装置内部的温度，为处理模块调节空气流量和岩层温度提供基础数据。
[0007]所述管道装置包括风扇、控制组件以及除水组件，所述风扇以及控制组件与处理模块电连接，所述除水组件嵌固于管道装置内。风扇保证运输方向固定，使得在运输空气时不发生回流，控制组件可以是阀门，用于调节通过岩层的气流量大小。
[0008]更进一步地，所述除水组件包括至少两块设有蜂窝状通孔的过滤板，两块所述过滤板之间还设置有过滤网，所述过滤网内填充有吸水材料。当设置有多层过滤网时，可按空气流动方向依次设置多种填充材料，如吸水材料，吸附空气中杂质的活性炭，或者吸收空气中有毒有害物质的其他填充材料，此处不作限制。
[0009]进一步地，所述储罐内部水平设置有气密分离板将储罐分为至少两个储热室，多个所述储热室分别与多个所述管道装置连通，且在所述储热室内部设置有水平隔热板。储罐被分为至少两个储热室，不同储热室的储热功能相互独立，即分别连通管道装置以收集不同路径（1.太阳能或风能经电加热器产生的高温热能；2.利用热泵将空气中的低温热源直接转化为高温热能）下产生的高温热能。
[0010]进一步地，所述储罐截面为圆形，且在所述储罐下方设置有齿轮，储罐外壁还设置有与所述齿轮相互啮合的外齿，所述管道装置靠近储罐的一端设置有连接环，所述连接环靠近储罐的端面设置有活动密封环，所述储罐靠近管道装置的侧壁上设置有与连接环相配合的凹槽，所述凹槽内设置有与所述活动密封环相配合的密封槽；管道装置还包括连接管与两组位于储罐两端的旁通管，每组旁通管包括由两个支管组成，且位于同组的两个支管的一端分别活动贯穿连接环后正对水平隔热板的端部，位于同组的两个支管的另一端通过旁通管连通，且两个旁通管通过连接管连通，连接管与蒸汽发生器的进气口连通；位于同一侧的旁通管以及两个支管上分别设有第二阀门、第三阀门、第一阀门、第四阀门，且第一阀门与第四阀门分别位于两个支管上，第二阀门与第三阀门位于旁通管上，且第二阀门位于第一阀门与第四阀门之间，第四阀门位于第二阀门与第三阀门之间。此结构通过齿轮转动可带动储罐进行转动，且储罐在转动的情况下保持管道装置固定不动。
[0011]更进一步地，所述储罐的外表面设置有保温层，所述保温层与储罐之间设置真空层。增强了保温效果，防止散热严重，还避免了空气和岩石热膨胀所带来的危害。
[0012]本专利技术还提供一种用于所述高温储能的岩床机组系统的使用方法，包括以下步骤：S1：首先按照储热介质的筛选方法选择最优的储热介质；S2：然后将岩床机组系统中的各个功能单元或设备进行连接，利用太阳能和/或风能通过太阳能光伏发电设备和/或风力发电机进行发电，产生的电能驱动电加热器产生高温热能；或者利用热泵将空气中的低温热源直接转化为高温热能；S3：步骤二中产生的高温热能以空气作为传热介质，通过管道装置传输到装有步
骤一中筛选出来的储热岩石的储罐内，将热能进行储存；S4：放热时，储存于步骤三中储罐内的热能同样以空气作为传热介质，经管道装置传输至蒸汽发生器，通过蒸汽发生器实现热能转换为机械能、涡轮机组再将机械能转换为电能，所得电能最终输出至电网中。
[0013]进一步地，所述储热介质的筛选方法如下：S11：根据资料收集不同矿物岩石的比热容，并从中确定潜在的岩石类型，对不同类型的岩石样品进行量热测量，以确定样品的总体热容；S12：使用薄片和偏光显微镜对步骤S11中的样品进行宏观和微观检查；S13：测试步骤S12中的岩石样品在高温下的物理稳定性，在不同的实验中，将所有样品在高温炉中先后加热至 600
°
C 和 800
°
C，加热速率为 20
°
C/min，并且所有样品分别在峰值温度600℃时保持 47 小时、再在800 ℃时保持64 小时；S14：将步骤S13中所有样品取出并在室温下冷却；S15：再次使用薄片和偏光显微镜对步骤S14中的样品进行宏观和微观检查；S16：根据步骤S1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高温储能的岩床机组系统，其特征在于：包括加热单元、热传递单元、储热单元（5）和控制单元；所述加热单元包括电加热器、热泵、太阳能光伏发电设备和/或风力发电机，用于将空气作为传热流体，使太阳能和/或风能转化为高温热能；所述热传递单元包括用于运输高温热能的管道装置、蒸汽发生器以及涡轮机组；所述储热单元（5）包括用于放置储热介质的储罐，所述储热介质为岩石；所述控制单元包括传感模块以及处理模块，所述传感模块包括流量传感器、电流传感器以及温度传感器，传感模块将采集的数据传输至处理模块，处理模块后台进行分析处理数据，所述传感模块与处理模块电连接。2.根据权利要求1所述的一种用于高温储能的岩床机组系统，其特征在于：所述电流传感器为多个，分别设置于电加热器、热泵以及涡轮机组中；所述流量传感器设置于管道装置内；所述温度传感器为多个，分别设置于加热单元、储罐以及管道装置内。3.根据权利要求1所述的一种用于高温储能的岩床机组系统，其特征在于：所述管道装置包括风扇（1）、控制组件以及除水组件，所述风扇（1）以及控制组件与处理模块电连接，所述除水组件嵌固于管道装置内。4.根据权利要求3所述的一种用于高温储能的岩床机组系统，其特征在于：所述除水组件包括至少两块设有蜂窝状通孔的过滤板（16），两块所述过滤板（16）之间还设置有过滤网（17），所述过滤网（17）内填充有吸水材料（18）。5.根据权利要求3所述的一种用于高温储能的岩床机组系统，其特征在于：所述储罐内部水平设置有气密分离板（10）将储罐分为至少两个储热室，多个所述储热室分别与多个所述管道装置连通，且在所述储热室内部设置有水平隔热板（9）。6.根据权利要求5所述的一种用于高温储能的岩床机组系统，其特征在于：所述储罐的外表面设置有保温层（11），所述保温层（11）与储罐之间设置真空层。7.根据权利要求6所述的一种用于高温储能的岩床机组系统，其特征在于：所述储罐截面为圆形，且在所述储罐下方设置有齿轮（21），储罐外壁还设置有与所述齿轮（21）相互啮合的外齿（20），所述管道装置靠近储罐的一端设置有连接环（19），所述连接环（19）靠近储罐的端面设置有活动密封环（191），所述储罐靠近管道装置的侧壁上设置有与连接环（19）相配合的凹槽，所述凹槽内设置有与所述活动密封环（191）相配合的密封槽（22）；管道装置还包括连接管（61）与两组位于储罐两端的旁通管，每组旁通管包括由两个支管组成，且位于同组的两个支管的一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军伟，罗涛，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：