[实用新型]具有分层结构特征的多用途地下储能系统

说明书

本实用新型涉及储能技术领域，更具体的说，是涉及一种具有分层结构特征的多用途地下储能系统，包括蓄能体、地埋储能腔、保温层和换热器；所述地埋储能腔安装在所述蓄能体的内部，保温层覆盖在所述蓄能体和地埋储能腔的上部；地埋储能腔在径上划分为蒸汽腔、液体腔和换热腔，换热腔在轴向上具有多层换热器子腔，最底层的换热器子腔底部两侧分别设有液体出口，其中一个液体出口与蒸汽腔连通，另一个与液体腔连通，其余每层换热器子腔的下部都设置与液体腔连通的液体出口，每层换热器子腔设有与蒸汽腔连通的蒸汽出口。本实用新型可有效克服地下储能系统中存在的热堆积现象对系统注能和储能过程的不利影响，既可实现分层间歇储能也可实现中间层集中储能功能。

技术领域

本实用新型涉及储能技术领域，更具体的说，是涉及一种具有分层结构特征的多用途地下储能系统。

背景技术

近年来，地下储能系统因具有良好的储能技术经济效果和广泛应用前景而不断受到国内外的广泛关注。按照系统驱动方式(相变和水泵)和循环的换热介质(相变和非相变)不同，地下储能系统可划分为主动式和被动式两种。其中，主动式地下储能系统得到了广泛应用，包括：地下含水层储能(ATES)、埋管储能(BTES)、水箱储能(WTES)和砾石-水储能(GWES)等不同形式。尽管如此，主动式地下储能在实践过程中也暴露出诸多问题，例如：该系统全部依靠水泵驱动循环工质流经地下空间进行换热储能，因此驱动功耗较高、储能能效比(储能量与储能功耗之比)较低；同时，该系统中循环工质为非相变工质，地下换热储能过程以显热热交换方式完成，因此换热储能效率也较低、供给侧冷热源有效利用率低，并进一步增加了系统能耗，并造成储能能效比进一步下降。在此背景下，被动式地下储能系统概念逐渐出现。

被动式地下储能系统主要是利用相变工质的相变驱动完成储能过程，无需水泵驱动即可完成地下换热储能过程，因此系统的驱动功耗大幅降低、储能能效比大幅提升；同时由于采用潜热热交换方式完成地下储能换热过程，因此储能换热效率相比主动式系统也得到大幅提升。然而，当前被动式地下储能系统由于自身结构的限制和理论指导的缺乏，仍然存在诸多技术问题需要解决。

首先，由于地下蓄能体的热扩散系数较小，不论是主动式还是被动式地下储能系统在储能过程中均存在显著的“热堆积效应”。注入地下蓄能体的能量若长期积聚在换热表面周边的局部区域而无法得到有效和快速的扩散，将导致换热界面两侧的换热温差大幅减小。在换热面积和换热系数不变的条件下，地下储能系统的换热量相比初始时段将产生大幅衰减，这也是导致当前主/被动地下储能系统储能效率低下的直接原因之一，也是制约地下储能系统大规模推广的主要原因之一。

另外，不论是现有的主动式还是被动式地下储能系统，几乎全部采用直接注能和储能的技术手段。直接注能和储能的重要特点就是将供给侧冷热源的能量以均摊方式通过埋管等注入并储存在整个地下蓄能体中。这一注能和储能方式的弊端十分明显，尤其是在供给侧给定冷热源的条件下。这一方式下地下储能系统的储能品味基本上仅取决于地下蓄能体的热物性条件，因此储能品质无法根据需求侧的需求进行动态调整。这也导致采用直接注能和储能的地下储能系统欠缺储能应用的灵活度和扩展性，限制了其进一步推广应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种具有分层结构特征的多用途地下储能系统，可有效解决地下储能系统存在的“热堆积”现象，既可实现“分层间歇储能”也可实现“中间层集中储能”功能，满足需求侧对储能“量”或储能“质”的不同需求。

为实现上述目的，本方案提供一种具有分层结构特征的多用途地下储能系统，包括蓄能体、地埋储能腔、保温层和换热器；所述地埋储能腔安装在所述蓄能体的内部，所述保温层覆盖在所述蓄能体和地埋储能腔的上部；所述地埋储能腔在径上划分为三个相互独立的区域，分别为蒸汽腔、液体腔和换热腔，所述换热腔在轴向上具有多层换热器子腔，最底层的换热器子腔底部两侧分别设有液体出口，其中一个液体出口与蒸汽腔连通，另一个与液体腔连通，其余每层换热器子腔的下部靠上位置都设置与液体腔连通的液体出口，每层换热器子腔设有与所述蒸汽腔连通的蒸汽出口；