[发明专利]一种可利用外界热源和冷源的热泵蓄能系统及方法

说明书

本发明公开了一种可利用外界热源和冷源的热泵蓄能系统，该系统通过通过在高温蓄热单元中耦合低温蓄冷单元和压缩膨胀单元，使系统能够利用外界冷源(如LNG)和外界热源(如可再生能源和工业余热)，通过在绝热压缩膨胀回路中增加等温压缩膨胀旁路，使系统储能时减少冷能储存、释能时增加热源处流量，使系统各处流量存在差别，进而提高系统的能量密度和能源利用率。储能时，通过部分旁路膨胀机侧，减少冷量的储存以便释能时冷源的利用，释能时，通过增加涡轮增加装置，形成内循环，提高热源处和膨胀机侧的流量，增大对热源热量的吸收和系统出功，在本系统中，由于热量的梯级利用，在实现系统利用外界热源的条件下可提高系统效率。

技术领域

本发明涉及压缩蓄能、蓄冷蓄热、LNG冷能利用、可再生能源、余热利用等领域，涉及一种储能系统，特别涉及一种可利用外界热源和冷源的热泵蓄能系统及方法，是一种耦合外界冷热源、提高系统能量密度和能源利用率的系统和方法。

背景技术

能源和环境问题的可持续发展是国民经济发展的基础，而解决电力行业中的能源环境问题是保证我国经济可持续发展的重要组成部分。电力储能是调整我国能源结构、大规模发展可再生能源、提高能源安全的关键技术之一，大规模储能技术的研究具有重要理论和实践价值。

目前的储能系统有抽水蓄能、压缩空气储能、压缩蓄能、燃料电池、飞轮储能等，其中热泵蓄能系统通过高压压缩机和高压膨胀机将电能转化为热能和冷能进行储存，不受到需要大型储气室或储气洞穴的限制，其属于物理储能系统，对环境影响小，同时由于横跨较大的温度区间使热泵蓄能系统具有能量密度高的优点，近年来受到了国内外学者的广泛关注。可再生能源具有波动性和间歇性的固有缺陷，将其耦合于储能系统可有效解决其大规模利用的问题，其耦合形式包括可再生能源储电利用和可再生能源蓄热利用。液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)具有丰富的冷能，在LNG的利用中，冷能经常浪费，由于LNG温度与热泵蓄能系统的冷源温度接近，两者耦合将有效利用LNG的冷能。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和不足，本发明旨在提供一种可利用外界热源和冷源的热泵蓄能系统及方法，是一种可以有效利用可再生能源、工业余热和LNG冷能等热源冷源的热泵蓄能系统，通过在高温蓄热单元中耦合低温蓄冷单元和压缩膨胀单元，使系统能够利用外界冷源(如LNG)和外界热源(如可再生能源和工业余热)，并通过在绝热压缩膨胀回路中增加等温压缩膨胀旁路，使系统储能时减少冷能储存、释能时增加热源处流量，使系统各处流量存在差别，进而实现热量和冷量的灵活输入，进而提高系统的能量密度和能源利用率，该系统具有能量密度高、高能源利用率等特点。

本发明为实现其技术目的所采用的技术方案为：

一种可利用外界热源和冷源的热泵蓄能系统，包括一高温蓄热单元、一低温蓄冷单元和一压缩膨胀单元，其特征在于，

所述高温蓄热单元，至少包括一高温蓄热罐HT、一蓄热换热器H1和一第一常温蓄热罐AT1，所述高温蓄热罐HT通过管路经所述高温蓄热罐HT的第一换热侧与所述第一常温蓄热罐AT1连通，且所述高温蓄热罐HT中还设有与外界热源连通的换热管路，用以吸收外界热源中的高温热能；

所述低温蓄冷单元，至少包括一低温蓄冷罐CT、一蓄冷换热器H2和一第二常温蓄热罐AT2，所述低温蓄冷罐CT通过管路经所述蓄冷换热器H2的第一换热侧与所述第二常温蓄热罐AT2连通，且所述低温蓄冷罐CT中还设有与外界冷源连通的换热管路，用以吸收外界冷源中的低温冷能；