【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能，特别是涉及一种基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统及控制方法。
技术介绍
1、目前，大规模储能已成为以新能源高渗透率的新型电力系统安全稳定运行的关键环节之一。以热/冷为载体的卡诺电池储能系统具有大型化、高效率及高可靠的优势与潜力，且该技术方案无地域限制、环境友好、建设周期短，是国内外储能领域的核心攻关方向之一，也是未来风光发电消纳储能的主要发展方向之一。
2、当前大多数的大型工业生产场景中会产生大量的余热，并且由于对电能的消耗量巨大，该类工业产品的成本受峰电和谷电价格差异的影响较大。如何同时利用余热和谷电，从而降低生产成本是现在亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术解决现有技术的不足而提供一种利用余热和谷电、大大降低生产成本的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统及控制方法。
2、为实现上述目的，本专利技术首先提出了一种基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，包括热泵循环模块、有机朗肯循环模块和梯级蓄热模块；
3、所述梯级蓄热模块包括中、高温相变潜热模块和高压水低温显热级模块，中、高温相变潜热模块包括用于吸热的热泵工质侧回路以及用于放热的有机朗肯循环工质侧回路，高压水低温显热级模块包括用于将热泵工质侧回路出口的循环工质与有机朗肯循环工质侧回路入口的循环工质进行热交换的水侧回路；
4、所述热泵循环模块的蒸发器将吸收工业余热后的热泵工质导入压缩机入口，所述热泵循环模块的压缩机在谷电时启动，并将热泵工质从压
5、所述梯级蓄热模块有机朗肯循环工质侧回路与有机朗肯循环模块连接，所述梯级蓄热模块在峰电或调峰需求时，将储存的热量用于驱动有机朗肯循环模块中的发电机发电，实现热电转换。
6、本实施方式中，所述热泵循环模块包括电机1、压缩机2、过冷器5、膨胀阀6、蒸发器7以及高温相变储热器3和中温相变储热器4的热泵工质侧回路；
7、压缩机2通过电机1驱动，压缩机2出口的热泵工质依次通过高温相变储热器3、中温相变储热器4、过冷器5、膨胀阀6与蒸发器7相连，
8、高温相变储热器3热泵工质侧入口与压缩机2出口连接，高温相变储热器3热泵工质侧出口与中温相变储热器4热泵工质侧入口连接，中温相变储热器4热泵工质侧出口与过冷器5热泵工质侧入口连接，过冷器5热泵工质侧出口与膨胀阀6入口连接，膨胀阀6的出口与蒸发器7的入口相连，蒸发器7的出口与压缩机2的入口连接，热泵工质在蒸发器7中吸收工业余热后进入压缩机2入口。
9、本实施方式中，所述热泵循环模块的热泵工质为r1233zd(e)。
10、本实施方式中，所述中、高温相变潜热模块包括高温相变储热器3和中温相变储热器4，所述高压水低温显热级模块包括热罐8、热水泵9、冷罐10、冷水泵11、过冷器5的水侧回路以及预热器12的水侧回路；高温相变储热器3与中温相变储热器4吸收热泵工质释放的热量，冷水泵11的出口与过冷器的水侧回路入口连接，过冷器的水侧回路出口与热罐8的进口连接，热罐8的出口与热水泵9入口连接，热水泵9的出口与预热器12的水侧回路入口连接，所述预热器12的水侧回路的出口与冷罐10的入口连接，冷罐10的出口与冷水泵11的入口连接。
11、本实施方式中，所述中、高温相变潜热模块中的储热工质为高温石蜡，高压水低温显热级模块中的储热工质为水。
12、本实施方式中，所述高温相变储热器3、中温相变储热器4均为翅片式三联管热交换器。
13、本实施方式中，所述有机朗肯循环模块包括预热器12的有机朗肯循环工质侧回路、高温相变储热器3和中温相变储热器4的有机朗肯循环工质侧回路、膨胀机13、发电机14、冷凝器15、冷却水泵16、冷却塔17和工质泵18；工质泵18出口与预热器12的有机朗肯循环工质侧回路入口连接，预热器12的有机朗肯循环工质侧回路出口与中温相变储热器3的有机朗肯循环工质侧回路入口连接，高温相变储热器3的有机朗肯循环工质侧回路出口与膨胀机13的入口连接，膨胀机13与发电机14连接驱动发电机14发电，膨胀机13出口与冷凝器15循环工质侧回路入口相连，冷凝器15循环工质侧回路出口与工质泵18入口连接，冷凝器15的水侧出口与冷却水泵16的入口连接，冷却水泵16的出口与冷却塔17的入口连接，冷却塔17出口与冷凝器15水侧入口连接。
14、本实施方式中，所述有机朗肯循环模块的循环工质为r245fa。
15、本实施方式中，还包括供热模块，所述供热模块包括高温相变储热器3工业供热工质侧回路、中温相变储热器4供热水侧回路、第一换热器19、第二换热器20和供热水泵21；高温相变储热器3工业供热工质侧进出口分别与第一换热器19的出入口侧相连，供热水泵21的入口与中温相变储热器4供热水侧回路出口连接，供热水泵21的出口与第二换热器20入口连接，第二换热器20出口与中温相变储热器4供热水侧回路入口相连。
16、本专利技术还包括一种利用上述基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统的控制方法，包括充电过程和放电过程；
17、充电过程：
18、当电价位于谷价时，热泵循环模块开始启动，工业余热进入蒸发器放热，膨胀阀出口的液态热泵工质温度为70至75℃，压力为7.5至8.5bar，液态热泵工质吸收进入蒸发器的工业余热，转变为温度为85至90℃，压力为7.5至8.5bar的气态热泵工质进入压缩机，压缩机将工质压缩至温度为140至150℃，压力为23至25bar的气态热泵工质，随后该温度压力范围的高温高压的热泵工质进入高温相变储热器与中温相变储热器，与中高温相变储热器中的储热材料进行换热，实现梯级储热的第一阶段，然后高温高压热泵工质继续进入过冷器，冷罐循环水在过冷器内进行换热后进入热罐中储存，实现梯级储热的第二阶段，经过两级放热的热泵工质降为温度70至75℃，压力23至25bar的液态工质，再过冷器出口进入膨胀阀后膨胀为温度70至75℃，压力7.5至8.5bar的液态工质，完成储能阶段；
19、放电过程：
20、当电价位于价格较高的峰电或有调峰需求时，有机朗肯循环模块启动，工质泵出口的温度为22至26℃，压力为7.5至8.5bar的液态工质首先进入预热器，与预热器进行换热，热罐中的热水经热水泵进入预热器的水侧回路将循环工质加热至温度70至80℃，压力7.5至8.5bar的液态工质，然后循环工质依次经过中温相变储热器、高温相变储热器吸热形成温度为85至105℃，压力为7.5至8.5bar的高温高压气态循环工质，气态循环工质进入膨胀机带动发电机发电，做功后的气态循环工质从膨胀机出口出来，温度降为50至60℃，压力降为1.5至2bar，进入冷凝器进行冷凝，与冷却塔进入冷凝器的冷水进行换热形成温度为20至25℃，压力为1.5至2bar的液态循环工质，液态循环工质经过工质泵18加压后再次进入预热器12，完成放电过程。
【技术保护点】
1.一种基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于：包括热泵循环模块、有机朗肯循环模块和梯级蓄热模块；
2.根据权利要求1所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述热泵循环模块包括电机(1)、压缩机(2)、过冷器(5)、膨胀阀(6)、蒸发器(7)以及高温相变储热器(3)和中温相变储热器(4)的热泵工质侧回路；
3.根据权利要求2所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述热泵循环模块的热泵工质为R1233zd(E)。
4.根据权利要求2所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述中、高温相变潜热模块包括高温相变储热器(3)和中温相变储热器(4)，所述高压水低温显热级模块包括热罐(8)、热水泵(9)、冷罐(10)、冷水泵(11)、过冷器(5)的水侧回路以及预热器(12)的水侧回路；高温相变储热器(3)与中温相变储热器(4)吸收热泵工质释放的热量，冷水泵(11)的出口与过冷器(5)的水侧回路入口连接，过冷器(5)的水侧回路出口与热罐(8)的进口连接，热罐(8)的出口与热水泵(9)入口连
5.根据权利要求4所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述中、高温相变潜热模块中的储热工质为高温石蜡，高压水低温显热级模块中的储热工质为水。
6.根据权利要求4所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述高温相变储热器(3)、中温相变储热器(4)均为翅片式三联管热交换器。
7.根据权利要求4所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述有机朗肯循环模块包括预热器(12)的有机朗肯循环工质侧回路、高温相变储热器(3)和中温相变储热器(4)的有机朗肯循环工质侧回路、膨胀机(13)、发电机(14)、冷凝器(15)、冷却水泵(16)、冷却塔(17)和工质泵(18)；工质泵(18)出口与预热器(12)的有机朗肯循环工质侧回路入口连接，预热器(12)的有机朗肯循环工质侧回路出口与中温相变储热器(3)的有机朗肯循环工质侧回路入口连接，高温相变储热器(3)的有机朗肯循环工质侧回路出口与膨胀机(13)的入口连接，膨胀机(13)与发电机(14)连接驱动发电机(14)发电，膨胀机(13)出口与冷凝器(15)循环工质侧回路入口相连，冷凝器(15)循环工质侧回路出口与工质泵(18)入口连接，冷凝器(15)的水侧出口与冷却水泵(16)的入口连接，冷却水泵(16)的出口与冷却塔(17)的入口连接，冷却塔(17)出口与冷凝器(15)水侧入口连接。
8.根据权利要求7所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述有机朗肯循环模块的循环工质为R245fa。
9.根据权利要求7或8所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，还包括供热模块，所述供热模块包括高温相变储热器(3)工业供热工质侧回路、中温相变储热器(4)供热水侧回路、第一换热器(19)、第二换热器(20)和供热水泵(21)；高温相变储热器(3)工业供热工质侧进出口分别与第一换热器(19)的出入口侧相连，供热水泵(21)的入口与中温相变储热器(4)供热水侧回路出口连接，供热水泵(21)的出口与第二换热器(20)入口连接，第二换热器(20)出口与中温相变储热器(4)供热水侧回路入口相连。
10.一种利用权利要求7至9任意一项基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统的控制方法，其特征在于：包括充电过程和放电过程；
...【技术特征摘要】
1.一种基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于：包括热泵循环模块、有机朗肯循环模块和梯级蓄热模块；
2.根据权利要求1所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述热泵循环模块包括电机(1)、压缩机(2)、过冷器(5)、膨胀阀(6)、蒸发器(7)以及高温相变储热器(3)和中温相变储热器(4)的热泵工质侧回路；
3.根据权利要求2所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述热泵循环模块的热泵工质为r1233zd(e)。
4.根据权利要求2所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述中、高温相变潜热模块包括高温相变储热器(3)和中温相变储热器(4)，所述高压水低温显热级模块包括热罐(8)、热水泵(9)、冷罐(10)、冷水泵(11)、过冷器(5)的水侧回路以及预热器(12)的水侧回路；高温相变储热器(3)与中温相变储热器(4)吸收热泵工质释放的热量，冷水泵(11)的出口与过冷器(5)的水侧回路入口连接，过冷器(5)的水侧回路出口与热罐(8)的进口连接，热罐(8)的出口与热水泵(9)入口连接，热水泵(9)的出口与预热器(12)的水侧回路入口连接，所述预热器(12)的水侧回路的出口与冷罐(10)的入口连接，冷罐(10)的出口与冷水泵(11)的入口连接。
5.根据权利要求4所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述中、高温相变潜热模块中的储热工质为高温石蜡，高压水低温显热级模块中的储热工质为水。
6.根据权利要求4所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述高温相变储热器(3)、中温相变储热器(4)均为翅片式三联管热交换器。
7.根据权利要求4所述的基于卡诺电池的微电网调峰-热电联供系统，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈珣，朱光明，王敦敦，邱应军，谢国鸿，陈厚涛，盛锴，徐曙，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：
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