[发明专利]基于布雷顿循环的热泵式储电系统

说明书

一种基于布雷顿循环的热泵式储电系统，包括：依次相连的发电机、至少一组压缩机和膨胀机、作为相变堆积床储能机构的与压缩机相连的储热罐和与膨胀机相连的储冷罐以及分别与压缩机、膨胀机和相变堆积床储能机构相连的内部换热器，本系统通过在储能罐内应用相变储能技术，并改进系统的装置结构，添加回热过程，能够实现增强电网灵活性，平衡用电负荷的同时，具有结构紧凑、储能效率高、不受地理以及地质条件制约的优点。

技术领域

本发明涉及的是一种电网控制领域的技术，具体是一种基于布雷顿循环的热泵式储电系统。

背景技术

为了满足当前的巨大能源需求，增强电网的灵活性，以及解决电力产能的平衡问题，促进能源结构调整，需要发展低成本大规模储电技术。储电技术是将电能转换为其他形式的能量，并储存起来，需要时再将其转换为电能进行利用。储电技术能够更好的控制和调节电力供应与需求之间的不匹配问题，及时调整发电频率并进行调峰，提高电网的安全性，有利于分布式能源的发展。

现有的大规模储电技术主要为抽水蓄能和压缩空气储能技术，其结构简单、技术成熟、成本低、储能容量大而受到广泛使用。然而，其建设周期长，对电站周围环境有较大的影响，且地理、地质条件的限制阻碍了其进一步的发展。热泵式储电系统能够弥补上述储电技术的缺点和不足，并满足大规模低成本储电的需求。热泵储电系统通过正向热力学循环对工作流体进行压缩和膨胀过程，将电能转化为储能介质的热能与冷能储存起来，并在需要时再通过逆向热力学循环通过工作流体做功将热能和冷能再转化为电能。该系统主要包含一个压缩机，一个膨胀机，两个储能罐(分别为储热罐和储冷罐)和一套将各设备连接起来的充满工作流体的闭合回路。

发明内容

本发明针对现有基于布雷顿循环的热泵式储电系统结构简单，但其储能介质多采用显热储热材料，具有储能密度和效率较低，能量损失较大，限制热泵式储电系统用于大规模储电的缺陷，提出一种基于布雷顿循环的热泵式储电系统，通过在储能罐内应用相变储能技术，并改进系统的装置结构，添加回热过程，能够实现增强电网灵活性，平衡用电负荷的同时，具有结构紧凑、储能密度高、不受地理以及地质条件制约的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于布雷顿循环的热泵式储电系统，包括：依次相连的电动机/发电机、至少一组压缩机和膨胀机、作为相变堆积床储能机构的与压缩机相连的储热罐和与膨胀机相连的储冷罐以及分别与压缩机、膨胀机和相变堆积床储能机构相连的内部换热器，其中：充电过程中压缩机通过电动机驱动，电动机在充电过程中通过外部电网作为电能来源的同时从膨胀机回收部分机械能用于压缩工质并得到高温高压工质，进而将热能存储在储热罐中，再经膨胀机膨胀做功，工质变为低温低压，进而将冷能存储在储冷罐中；放电过程中，常温常压工质进入储冷罐后放热转变为低温低压工质，进入压缩机，被压缩为常温高压的状态后，进入储热罐吸热成为高温高压的工质并进入膨胀机对外做功，膨胀机输出的能量分别驱动压缩机以及发电机进行发电。

所述的内部换热器，对储热罐与储冷罐出口处的与环境温度具有较大温差的工作流体进行热量交换，将从储热罐流出的工作流体热量传递给从储冷罐流出的工作流体，减少将这部分能量直接释放到环境中造成的能量损失以实现回热。

优选地，所述的内部换热器与压缩机以及内部换热器与膨胀机之间分别设有外部换热器，用以排出不可逆过程产生的多余热量，维持压缩机和膨胀机入口处工作流体温度的稳定，降低对压缩机和膨胀机的要求和损耗，维持系统的稳定性。

优选地，所述的在压缩机和膨胀机入口处设有管道和阀门连接一个气体缓冲室，用于通过阀门控制暂存工作流体，为储能罐提供稳定的压力和流量的工作流体。同时，在储能罐以及换热器中进行的换热过程会有一定的压力损失，可通过该气体缓冲室和阀门调节回路内的压力，平衡储热罐和储冷罐内工作流体的质量，维持压缩机和膨胀机进口压力和运行的稳定，减少入口参数变化造成的系统不稳定。