【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源消纳和储能，具体涉及一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统及运行方法。
技术介绍
1、随着能源结构转变和节能减排技术要求进一步提高，风能发电、光热发电等清洁的新能源发电比例在不断升高，但是由于太阳能、风能等新能源发电系统具有强烈的时变特性和间歇特性，无法满足电能的连续稳定供应，各地都存在着不同程度的弃风、弃光现象，且由于风电、光电的上网，导致燃煤机组长期运行在低负荷状态，因此将太阳能和风能所发的非连续性电能进行储存并在需要时转化为连续稳定的电能就非常必要，发展高效的储能技术成为解决新能源消纳问题、促进国家能源结构转型的核心和关键。
2、目前国内外已经开发出多种储能技术，如抽水蓄能、混凝土势能储能、熔盐/热水储热、飞轮、压缩机空气、电池电化学储能、超级电容器、电解制氢储能以及由上述若干种储能方式联合构成的混合储能技术等，在现有的大规模储能技术中，抽水蓄能发电技术最成熟、储能功率大、储能时间长、储能成本低、储能效率高，但是在我国太阳能和风能资源丰富的西北地区，水资源短缺，建设抽水蓄能电站受到了很大制约。而其他储能技术都存在成本高、规模小、技术成熟度低等问题，难以在西北地区进行大规模开发应用，因此开发新的适合西北缺水地区的储能技术对该地区的新能源消纳和存储具有重要的意义。
3、西北地区水资源短缺，不具备大规模抽水蓄能条件，但这些太阳能、风能资源等新能源资源丰富的地区都存在广阔的沙漠，且沙子本身具有易流态化、热稳定性温度高、取材容易、数量宏大、价格低廉、无需加工等特征，是储能和储热的理想介质，因
4、因此，研究并优化新能源及储能系统的耦合，以沙子作为储能工质，在同一个系统内充分利用沙子的重力和蓄热进行储能，能够解决风能和太阳能等新能源的间歇性、低密度性和不稳定性造成的发电难以持续供应的问题和西北地区等风能和太阳能丰富地区传统储能方式难以实现的问题。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统及运行方法，能够解决风能和太阳能等新能源的间歇性、低密度性和不稳定性造成的发电难以持续供应的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，包括：流沙提升系统1、电加热棒加热流沙及热储沙系统2、开式空气布雷顿循环发电及余热利用系统3、流沙重力势能发电系统4和冷态沙输运和储存系统5；其中流沙提升系统1和重力势能发电系统4竖直布置，电加热棒加热流沙及热储沙系统2和冷态沙输运和储存系统5水平布置，电加热棒加热流沙及热储沙系统2布置于高位，冷态沙输运和储存系统5布置于低位；流沙提升系统1、电加热棒加热流沙及热储沙系统2、流沙重力势能发电系统4、冷态沙输运和储存系统5首尾相连构成流沙循环通道；开式空气布雷顿循环发电及余热利用系统3的空气与流沙换热器10和r134a与流沙换热器11布置于流沙重力势能发电系统4的流沙下降通道中；流沙提升系统1利用布雷顿循环的空气压缩机12通过流沙提升通道6提升流沙，气流引入流沙提升通道6入口处，流沙提升通道6分成多个管束均匀通向电加热棒加热流沙及热储沙系统2中；电加热棒加热流沙及热储沙系统2布置于流沙提升系统1出口处，包括储沙室，设置在储沙室内的电加热棒加热器7，负责使流沙循环加热的热态沙运输履带8，以及设置在电加热棒加热通道口的空气压缩机气流，在储沙室出口设置第一流沙闸门9；流沙重力势能发电系统4包括流沙下降通道24，布置在流沙下降通道入口处的第二流沙闸门23，布置于流沙下降通道24出口正下方的沙轮机25，与沙轮机25同轴连接的发电机；冷态沙输运和储存系统5包括冷态沙运输履带26和临时储沙区；其中冷态沙运输履带26布置于沙轮机25下方，尾端连接临时储沙区，临时储沙区布置于流沙提升系统1入口处；
4、所述耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，在新能源发电充足时，系统储能，新能源产生的电能用于空气压缩机12为流沙提升系统1和电加热棒加热流沙及热储沙系统2中的电加热棒加热器7提供气流，将来自冷态沙输运和储存系统5的沙子通过流沙提升通道6提升至电加热棒加热流沙及热储沙系统2，通过将电能转化成沙子的重力势能及热能进行存储；在新能源发电不足时，系统向外释能，一方面，所述开式空气布雷顿循环发电及余热利用系统3利用电加热棒加热流沙及热储沙系统2中沙子的蓄热由空气与流沙换热器10传递给r134a与流沙换热器11传递给开式空气布雷顿循环发电及余热利用系统3，并由开式空气布雷顿循环及orc朗肯循环将热能转换为电能，并将电能输送至电网；另一方面，释完热的冷沙通过流沙重力势能发电系统4将沙子输送至沙轮机25，使沙轮机25旋转带动发电机发电，并将发的电输送至电网，将发电结束的沙子由冷态沙输运和储存系统5中的冷态沙运输履带26传送至临时储沙区。
5、该系统整体构建于地下深坑中，其中电加热棒加热流沙及热储沙系统2构建于坑口，用于在高位存储重力势能和集热存储热能。
6、所述流沙提升系统1具有类似煤粉送粉管路流沙提升运输技术，通过空气压缩机12提供的气流将来自临时储沙区的沙子输送至电加热棒加热流沙及热储沙系统2。
7、流沙提升系统1中的流沙提升通道6通过各个管束将沙子提升至电加热棒加热流沙及热储沙系统2中并使沙子尽量均匀分布。
8、使用电加热流沙储热方式，电加热棒加热流沙及热储沙系统2中的电加热棒加热器7为倾斜布置，方便流沙通过热态沙输送履带8进行充分加热。
9、开式空气布雷顿循环发电及余热利用系统3包括空气与流沙换热器10、r134a与流沙换热器11、空气透平13、空气压缩机12、空气回热器14、空气与r134a换热器15、r134a透平16、r134a冷却器17和r134a泵18；空气与流沙换热器10的出口管道连接至空气透平13，空气透平13与发电机同轴相连进行发电，空气透平13出口通道连接至空气回热器14的热侧入口，空气压缩机12出口连接至空气回热器14的冷侧入口，空气回热器14的冷侧出口与空气流沙换热器10的入口相连，空气回热器14热侧出口连接空气与r134a换热器15热侧入口；orc朗肯循环或卡琳娜循环工质r134a与空气与r134a换热器15冷侧入口相连，空气与r134a换热器15冷侧出口连接流沙与r134a换热器11，随后orc朗肯循环或卡琳娜本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，包括：流沙提升系统(1)、电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)、开式空气布雷顿循环发电及余热利用系统(3)、流沙重力势能发电系统(4)和冷态沙输运和储存系统(5)；其中流沙提升系统(1)和重力势能发电系统(4)竖直布置，电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)和冷态沙输运和储存系统(5)水平布置，电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)布置于高位，冷态沙输运和储存系统(5)布置于低位；流沙提升系统(1)、电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)、流沙重力势能发电系统(4)、冷态沙输运和储存系统(5)首尾相连构成流沙循环通道；开式空气布雷顿循环发电及余热利用系统(3)的空气与流沙换热器(10)和R134a与流沙换热器(11)布置于流沙重力势能发电系统(4)的流沙下降通道中；流沙提升系统(1)利用布雷顿循环的空气压缩机(12)通过流沙提升通道(6)提升流沙，气流引入流沙提升通道(6)入口处，流沙提升通道(6)分成多个管束均匀通向电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)中；电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)布置于流沙提升系统(1)出口处，包括储沙室，设置在储
2.根据权利要求1所述的一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，该系统整体构建于地下深坑中，其中电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)构建于坑口，用于在高位存储重力势能和集热存储热能。
3.根据权利要求1所述的一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于：所述流沙提升系统(1)具有类似煤粉送粉管路流沙提升运输技术，通过空气压缩机(12)提供的气流将来自临时储沙区的沙子输送至电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)。
4.根据权利要求1所述的一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，流沙提升系统(1)中的流沙提升通道(6)通过各个管束将沙子提升至电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)中并使沙子尽量均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，使用电加热流沙储热方式，电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)中的电加热棒加热器(7)为倾斜布置，方便流沙通过热态沙输送履带(8)进行充分加热。
6.根据权利要求1所述的一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，开式空气布雷顿循环发电及余热利用系统(3)包括空气与流沙换热器(10)、R134a与流沙换热器(11)、空气透平(13)、空气压缩机(12)、空气回热器(14)、空气与R134a换热器(15)、R134a透平(16)、R134a冷却器(17)和R134a泵(18)；空气与流沙换热器(10)的出口管道连接至空气透平(13)，空气透平(13)与发电机同轴相连进行发电，空气透平(13)出口通道连接至空气回热器(14)的热侧入口，空气压缩机(12)出口连接至空气回热器(14)的冷侧入口，空气回热器(14)的冷侧出口与空气流沙换热器(10)的入口相连，空气回热器(14)热侧出口连接空气与R134a换热器(15)热侧入口；ORC朗肯循环或卡琳娜循环工质R134a与空气与R134a换热器(15)冷侧入口相连，空气与R134a换热器(15)冷侧出口连接流沙与R134a换热器(11)，随后ORC朗肯循环或卡琳娜循环工质R134a进入R134a透平(16)，R134a透平(16)与发电机同轴连接进行发电，R134a透平(16)出口连接R134a冷却器(17)，随后连接R134a泵(18)；
7.根据权利要求6所述的一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，开式空气布雷顿循环发电及余热利用系统(3)中R134a冷却器(17)采用强制通风空气冷却器。
8.根据权利要求6所述的一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，利用空气与流沙换热器(10)传递给开式空气布雷顿循环系统进行发电的同时添加ORC朗肯循环或卡琳娜循环，利用R134a与流沙换热器(11)及空气与R134a空气换热器(15)对布雷顿循环排气及流沙的余热进行回收利用。
9.根据权利要求1所述的...
【技术特征摘要】
1.一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，包括：流沙提升系统(1)、电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)、开式空气布雷顿循环发电及余热利用系统(3)、流沙重力势能发电系统(4)和冷态沙输运和储存系统(5)；其中流沙提升系统(1)和重力势能发电系统(4)竖直布置，电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)和冷态沙输运和储存系统(5)水平布置，电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)布置于高位，冷态沙输运和储存系统(5)布置于低位；流沙提升系统(1)、电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)、流沙重力势能发电系统(4)、冷态沙输运和储存系统(5)首尾相连构成流沙循环通道；开式空气布雷顿循环发电及余热利用系统(3)的空气与流沙换热器(10)和r134a与流沙换热器(11)布置于流沙重力势能发电系统(4)的流沙下降通道中；流沙提升系统(1)利用布雷顿循环的空气压缩机(12)通过流沙提升通道(6)提升流沙，气流引入流沙提升通道(6)入口处，流沙提升通道(6)分成多个管束均匀通向电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)中；电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)布置于流沙提升系统(1)出口处，包括储沙室，设置在储沙室内的电加热棒加热器(7)，负责使流沙循环加热的热态沙运输履带(8)，以及设置在电加热棒加热通道口的空气压缩机气流，在储沙室出口设置第一流沙闸门(9)；流沙重力势能发电系统(4)包括流沙下降通道(24)，布置在流沙下降通道入口处的第二流沙闸门(23)，布置于流沙下降通道(24)出口正下方的沙轮机(25)，与沙轮机(25)同轴连接的发电机；冷态沙输运和储存系统(5)包括冷态沙运输履带(26)和临时储沙区；其中冷态沙运输履带(26)布置于沙轮机(25)下方，尾端连接临时储沙区，临时储沙区布置于流沙提升系统(1)入口处；
2.根据权利要求1所述的一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，该系统整体构建于地下深坑中，其中电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)构建于坑口，用于在高位存储重力势能和集热存储热能。
3.根据权利要求1所述的一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于：所述流沙提升系统(1)具有类似煤粉送粉管路流沙提升运输技术，通过空气压缩机(12)提供的气流将来自临时储沙区的沙子输送至电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)。
4.根据权利要求1所述的一种耦合储热与重力蓄能的流沙储能系统，其特征在于，流沙提升系统(1)中的流沙提升通道(6)通过各个管束将沙子提升至电加热棒加热流沙及热储沙系统(2)中并使...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵全斌，杨怡莹，钱白云，林翔，李兵，周志文，郭金龙，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。