【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储能，具体而言，涉及一种纳微悬浮液蓄热系统及方法。
技术介绍
1、2020年双碳目标提出后，我国可再生能源装机容量稳步提升，风电、光电以及水电正逐步取代高污染的燃煤火力发电技术。“绿电“虽然能够有效解决二氧化碳排放等问题，但其间歇性与波动性对电网存在一定的冲击，这就需要储能技术对源网荷进行供需调节，即电能的削峰填谷。目前国内成熟且商业化的储能技术主要有锂电池储能、抽水蓄能与压缩空气储能三种路径，其中压缩空气储能技术以较高的循环效率、较长的系统寿命以及储能工质易获得且无污染而受到广泛关注。该系统在热膨胀发电时利用的热能为空气压缩时产生的压缩热，热能的高效存储与利用是压缩空气储能系统提效的基点，因此高效储热子系统的开发成为目前的研究热点之一。
2、热能存储技术大致可分为显热存储、潜热存储和热化学存储三种。目前压缩空气储能技术多使用显热存储方案。中低温段一般使用带压水作为储热介质，受限于工质沸点，储热温度不宜过高且存在闪蒸问题；中温段多用导热油进行储热，如therminol 66或therminol vp-1等，介质成本高且循环寿命短，难以保证系统经济性与投资回收期；中高温段一般为耦合光热的压缩空气储能电站这一场景，其储热工质多使用二元或三元熔盐，但腐蚀性与凝固点仍是待解决的难点；此外，显热存储较低的储热密度限制了其应用。而热化学存储虽然具有极高的储热密度，但工艺复杂且反应条件苛刻，且伴随化学反应的工艺流程难以控制储释热速率仍处于实验室阶段。相比之下，潜热储热技术利用材料相变潜热获得较高的储热密度且储释热过程
3、然而，在压缩空气储能领域，潜热储热技术的推广与应用也存在一定的难度。考虑到物质相变后的体积变化，大多数设计多选用固液相变材料作为储热工质，材料放热后的凝结现象使得内部传热恶化，且该储热温度区间下常用的熔盐类材料的腐蚀性、糖醇类材料的易氧化性仍是储热子系统开发过程中的难点。对于上述问题部分研究人员提出将储热工质使用胶囊封装的形式将相变材料包裹，球形外壳材料采用高分子材料或聚合物，如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、脲醛树脂以及三聚氰胺树脂，保证相变微胶囊强度与韧性。再选用空气等流体作为传热介质，以填充床或流化床的形式将热能储存到相变胶囊中，以满足各个温度区间内系统的储热需求；球形胶囊封装的方式虽然在一定程度上解决了材料凝固以及腐蚀性问题，但封装球壳的引入降低了储热工质与传热流体的对流换热强度；此外，对于新兴的固定床储热技术，罐体轴向斜温层的存在以及相变材料级联层数过多使得热能储释过程温度难以精确控制，选用空气等可压缩流体作为传热工质又会带来较高的辅机设备功耗，因此如何针对压缩空气储能系统的需求设计合适的潜热储热系统是目前的研究热点之一。
4、可见，尽管压缩空气储能系统储热子系统设计方案有多种选择，但存在的问题也较为突出，主要集中在以下几方面：
5、(1)目前大多数压缩空气储能系统仍使用显热存储技术储存利用压缩热，材料较低的储热密度无形中增大了设备体积，系统占地面积增加，且部分工质的腐蚀性、较高的凝固点以及较低的导热系数使得系统的工程化推进举步维艰。
6、(2)潜热储热技术虽然有望成为压缩空气储能系统的新一代高效储热方案，但无论是固定床的斜温层问题、还是微胶囊悬浮液的表观导热问题均有待研究解决；此外，针对压缩空气储能系统的储热需求进行储热工质的选取与系统开发这一技术路径也缺少相关可供参考的研究与设计。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种纳微悬浮液蓄热系统及方法，其储能密度、导热系数等性能均有较大提升，且工艺流程和控制系统较为简单，系统运行安全性较高。
2、本专利技术是这样实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种纳微悬浮液蓄热系统，其为压缩空气储能系统的蓄热子系统，包括至少两套串联的储热系统，每套储热系统包括热工质储罐、冷工质储罐、膨胀定压罐和级联换热器，冷工质储罐、级联换热器和热工质储罐依次通过管道连通，级联换热器包括用于储热的第一换热器和用于放热的第二换热器；膨胀定压罐与冷工质储罐通过管道连通；
4、当储能系统处于储能阶段时，通过蓄热循环泵将冷工质储罐内的工质泵入第一换热器存储热能，再输送至热工质储罐中；此阶段还通过膨胀定压泵将冷工质从膨胀定压罐中泵出储存于冷工质储罐中以维持所述冷工质储罐和所述热工质储罐内的气压稳定；
5、当储能系统处于发电阶段时，通过放热循环泵将热工质储罐内的热工质泵入第二换热器中释放热量以加热膨胀发电工质，工质降温后回到冷工质储罐中；此阶段还通过膨胀定压泵将冷工质从冷工质储罐中泵出储存于膨胀定压罐中以维持所述冷工质储罐和所述热工质储罐内的气压稳定；
6、工质根据储热温度区间进行选择：
7、储热温度区间为60-110℃采用除氧水作为工质；
8、储热温度区间为111-160℃采用赤藓糖醇微胶囊与除氧水混合形成的纳微悬浮液a作为工质；
9、储热温度区间为161-215℃采用d-甘露醇微胶囊与除氧水混合形成的纳微悬浮液b作为工质；
10、储热温度区间为216-230℃采用nano3基熔盐微胶囊与除氧水混合形成的纳微悬浮液c作为工质。
11、相比于现有技术，本专利技术提供的纳微悬浮液蓄热系统根据压缩热温区不同选择不同工质分别进行存储，低温段工质运行压力可有效降低，减小系统对压力容器的需求，又可发挥相变材料梯次配置的优势，综合提高装置整体储热密度。本专利技术还通过膨胀定压罐的设置平抑热能储释过程中纳微悬浮液的体积变化，以此保证在该闭式循环装置内悬浮液运行压力恒定，防止基液闪蒸后微胶囊因外部失压破裂；此外，纳微悬浮液既作为储热工质，也作为定压介质，系统定压过程无热量损失且功耗较低，同时系统在储放热过程中无需氮气介入，工艺流程和控制系统较为简单，系统运行安全性较高。该纳微悬浮液蓄热系统的应用范围包括但不限于压缩空气储能、液化空气储能、超临界二氧化碳储能等储能系统的蓄热。
12、在可选的实施方式中，冷工质储罐和热工质储罐内之间通过管道连通，在储热系统首次运行时热工质储罐内充装有氮气，氮气通过管道在冷工质储罐和热工质储罐之间流动。本系统中氮气仅在首次运行时充入，后续运行过程中不需要额外补充氮气。
13、在可选的实施方式中，储热温度超过216℃时，所述纳微悬浮液蓄热系统同时包括四套串联的储热系统，每套储热系统对应不同储热温度区间。
14、在可选的实施方式中，储热温度区间为60-110℃采用的除氧水的压力为0.2～0.4mpa。
15、优选地，储热温度区间为60-110℃采用的除氧水的压力为0.3mpa。
16、在可选的实施方式中，纳微悬浮液a中赤藓糖醇微胶囊与除氧水的质量比为(2:3)～(1:4)；赤藓糖醇微胶囊以赤藓糖醇作为相变材料，以正硅酸四乙酯为壳材，掺杂膨胀石墨，通过溶胶凝胶法进行胶囊封装制得；赤藓糖醇微胶囊的粒径本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳微悬浮液蓄热系统，其为储能系统的蓄热子系统，其特征在于，包括至少两套串联的储热系统，每套所述储热系统包括热工质储罐、冷工质储罐、膨胀定压罐和级联换热器，所述冷工质储罐、所述级联换热器和所述热工质储罐依次通过管道连通，所述级联换热器包括用于储热的第一换热器和用于放热的第二换热器；所述膨胀定压罐与所述冷工质储罐通过管道连通；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷工质储罐和所述热工质储罐内之间通过管道连通，在所述储热系统首次运行时所述热工质储罐内充装有氮气，氮气通过管道在所述冷工质储罐和所述热工质储罐之间流动。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，储热温度超过216℃时，所述纳微悬浮液蓄热系统同时包括四套串联的储热系统，每套储热系统对应不同储热温度区间。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，储热温度区间为60-110℃采用的除氧水的压力为0.2～0.4MPa；优选地，储热温度区间为60-110℃采用的除氧水的压力为0.3MPa。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述纳微悬浮液A中赤藓糖醇微胶囊与
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述纳微悬浮液B中D-甘露醇微胶囊与除氧水的质量比为(2:3)～(1:4)；所述D-甘露醇微胶囊采用界面聚合法制得，其使用正硅酸乙酯为壳材，三乙氧基硅烷为引发剂，掺杂氧化石墨烯，在油水界面对D-甘露醇进行包裹制备而成，所述D-甘露醇微胶囊的粒径为200～350nm；所述甘露醇微胶囊包覆率为70～76％；
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述纳微悬浮液C中NaNO3基熔盐微胶囊与除氧水的质量比为(2:3)～(1:4)；所述NaNO3基熔盐微胶囊采用乳化和溶胶-凝胶法通过气相二氧化硅封装掺杂有膨胀石墨的NaNO3基熔盐制得，所述NaNO3基熔盐微胶囊的粒径为0.5～2μm；所述NaNO3基熔盐微胶囊的包覆率为80～90％；
8.一种纳微悬浮液蓄热方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的系统，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，初始阶段还包括以下步骤：在冷工质储罐内充装工质，在热工质储罐内通过外部制氮机充装氮气，且氮气可通过管道在冷工质储罐和热工质储罐之间流通以平衡蒸汽压。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当压缩空气储能系统处于储能阶段时，热氮气通过管道从热工质储罐进入冷工质储罐以维持罐内液体压力；当压缩空气储能系统处于发电阶段时，冷氮气通过管道从冷工质储罐进入热工质储罐以维持液相压力平衡。
...【技术特征摘要】
1.一种纳微悬浮液蓄热系统，其为储能系统的蓄热子系统，其特征在于，包括至少两套串联的储热系统，每套所述储热系统包括热工质储罐、冷工质储罐、膨胀定压罐和级联换热器，所述冷工质储罐、所述级联换热器和所述热工质储罐依次通过管道连通，所述级联换热器包括用于储热的第一换热器和用于放热的第二换热器；所述膨胀定压罐与所述冷工质储罐通过管道连通；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷工质储罐和所述热工质储罐内之间通过管道连通，在所述储热系统首次运行时所述热工质储罐内充装有氮气，氮气通过管道在所述冷工质储罐和所述热工质储罐之间流动。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，储热温度超过216℃时，所述纳微悬浮液蓄热系统同时包括四套串联的储热系统，每套储热系统对应不同储热温度区间。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，储热温度区间为60-110℃采用的除氧水的压力为0.2～0.4mpa；优选地，储热温度区间为60-110℃采用的除氧水的压力为0.3mpa。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述纳微悬浮液a中赤藓糖醇微胶囊与除氧水的质量比为(2:3)～(1:4)；所述赤藓糖醇微胶囊以赤藓糖醇作为相变材料，以正硅酸四乙酯为壳材，掺杂膨胀石墨，通过溶胶凝胶法进行胶囊封装制得；所述赤藓糖醇微胶囊的粒径为1～3μm；所述赤藓糖醇微胶囊的包覆率为65～72％；
...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭彦龙，项久轩，金翼，李科豪，丁宏亮，张富善，何蔚，
申请(专利权)人：江苏金合能源科技有限公司，
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。