宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统和运行方法与流程

本发明涉及相变储热，尤其涉及一种宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统和运行方法。

背景技术：

1、在“双碳”目标下，新能源发电装机规模持续扩大，弃风弃光现象以及火电调峰需求日益凸显，将间歇性、波动性的新能源电力或火电调峰富余电力转化为热能储存，再根据需求转化为工业蒸汽等形式的能量输出，成为提升能源利用效率、保障能源系统稳定运行的关键技术方向。而相变储热技术可以通过相变介质固液气相态转变实现热能的高效储存与释放，具有储热密度高、放热温度稳定、系统结构紧凑等显著优势，同时其热循环性能优良、运行稳定可控，且不同相变材料的相变温度可覆盖低温至中高温区间，温度选择范围广，可适配多场景热能供需特性。

2、因此，相关技术中采用相变储热与新能源发电或火电调峰相耦合的方式，实现热能储存再利用，但在实际使用时往往存在系统结构复杂、初投资高、以及熔盐消耗量较大等问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明一方面的实施例提出一种宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，该宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统采用宽温域熔盐强化换热、相变储热模块梯级串联高密度蓄热的形式，可以充分利用蓄热介质的潜热部分，相比传统熔盐蓄热可大幅度降低熔盐消耗量，同时不同温度梯级换热实现了更高效的热量传递。

3、本发明另一方面的实施例提出一种宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统的运行方法。

4、根据本发明实施例的一种宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，包括梯级相变储热单元、熔盐缓冲罐、电加热器和换热器，所述梯级相变储热单元包括通过换热通道依次串联的高温相变罐、中温相变罐和低温相变罐，所述换热通道与对应相变罐内相变介质相接触并可发生热传递，所述高温相变罐设有连通所述换热通道的高温换热口，所述低温相变罐设有连通所述换热通道的低温换热口；所述熔盐缓冲罐用于储存宽温域熔盐，所述熔盐缓冲罐的出口与所述高温换热口和所述低温换热口相连，所述熔盐缓冲罐的出口与所述高温换热口之间设有所述电加热器，所述电加热器能够加热从所述熔盐缓冲罐流出的宽温域熔盐，所述熔盐缓冲罐的进口也与所述高温换热口和所述低温换热口相连；所述换热器的热侧串联在所述高温换热口与所述熔盐缓冲罐的进口之间，所述换热器的冷侧入口与水源相连，所述换热器的冷侧出口与蒸汽用户相连。

5、根据本发明实施例的宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，储热时，熔盐缓冲罐内宽温域熔盐输送至电加热器，电加热器将熔盐加热至设定温度（即与高温相变罐内相变介质的相变温度相匹配的温度），得到高温熔盐，高温熔盐经高温换热口进入换热通道，之后依次流经高温相变罐、中温相变罐和低温相变罐以与对应相变罐内相变介质逐级换热，相变介质吸收热量储热，高温熔盐降温为低温熔盐并返回熔盐缓冲罐，而放热时，熔盐缓冲罐内宽温域熔盐经低温换热口进入换热通道，之后依次流经低温相变罐、中温相变罐和高温相变罐以与对应相变罐内相变介质逐级换热，相变介质释放潜热，熔盐被加热成高温熔盐，其中，该逆流梯级耦合设计，可以最大限度地减小换热温差，提高热力学效率，最后，高温熔盐进入换热器的热侧以加热由水源进入换热器的冷侧的水，得到蒸汽和低温熔盐，蒸汽输送至蒸汽用户，低温熔盐则返回熔盐缓冲罐，前述过程充分利用了各温级相变材料的固液相变潜热、宽温域熔盐传热性能好、以及相变储热密度大的优势，故相较于相关技术，本发明采用宽温域熔盐强化换热、相变储热模块梯级串联高密度蓄热的形式，可以充分利用蓄热介质的潜热部分，相比传统熔盐蓄热可大幅度降低熔盐消耗量，同时不同温度梯级换热实现了更高效的热量传递。

6、在一些实施例中，所述宽温域熔盐为三元hitec xl盐，所述宽温域熔盐的熔点低于150℃，且分解温度高于500℃。

7、在一些实施例中，所述高温相变罐、所述中温相变罐和所述低温相变罐中每一者内相变介质储热后的温度高于对应相变介质的固-液相变温度，且低于所述对应相变介质的液-气相变温度。

8、在一些实施例中，所述熔盐缓冲罐的出口设有熔盐泵，所述熔盐泵能够对从所述熔盐缓冲罐流出的熔盐提供泵送动力并调节熔盐流量，以便熔盐进入所述电加热器或所述低温换热口。

9、在一些实施例中，所述换热通道包括依次相连的高温段、中温段和低温段，所述高温段与所述高温换热口连通，所述低温段与所述低温换热口连通；

10、所述高温段设于所述高温相变罐内，所述中温段设于所述中温相变罐内，所述低温段设于所述低温相变罐内，所述高温段、所述中温段和所述低温段中的至少一者包括沿上下方向排布的上换热部和下换热部。

11、在一些实施例中，所述上换热部和所述下换热部中的每一者均包括依次相连的第一主管、支管和第二主管，所述第一主管和所述第二主管沿所述上下方向间隔排布，所述支管位于所述第一主管和所述第二主管之间，所述支管有多个并间隔排布。

12、在一些实施例中，所述第一主管和所述第二主管均沿水平方向延伸，多个所述支管均沿所述上下方向延伸并沿所述水平方向间隔排布。

13、在一些实施例中，所述电加热器适于由新能源弃风弃光电力或火电调峰电力供电。

14、在一些实施例中，所述梯级相变储热单元为单个；或者，所述梯级相变储热单元为多个，所有所述梯级相变储热单元之间相并联。

15、根据本发明实施例的一种宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统的运行方法，基于上述任一实施例所述的宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，所述宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统的运行方法包括以下工作模式：

16、储热模式，熔盐缓冲罐内宽温域熔盐经电加热器加热，得到高温熔盐，所述高温熔盐依次进入高温相变罐、中温相变罐和低温相变罐以与对应相变罐内相变介质逐级换热，所述相变介质吸收热量实现潜热储热，所述高温熔盐降温成低温熔盐，所述低温熔盐回流至所述熔盐缓冲罐；

17、放热模式，所述熔盐缓冲罐内宽温域熔盐依次进入所述低温相变罐、所述中温相变罐和所述高温相变罐以与对应相变罐内相变介质逐级换热，所述相变介质释放潜热，所述熔盐被加热成高温熔盐，所述高温熔盐进入换热器的热侧以加热由水源进入所述换热器的冷侧的水，得到蒸汽和低温熔盐，所述蒸汽输送至蒸汽用户，所述低温熔盐回流至所述熔盐缓冲罐。

18、根据本发明实施例的宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统的运行方法的技术优势与上述宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统的技术优势相同，此处不再赘述。

19、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1.一种宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，其特征在于，所述宽温域熔盐为三元hitec xl盐，所述宽温域熔盐的熔点低于150℃，且分解温度高于500℃。

3.根据权利要求1所述的宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，其特征在于，所述高温相变罐、所述中温相变罐和所述低温相变罐中每一者内相变介质储热后的温度高于对应相变介质的固-液相变温度，且低于所述对应相变介质的液-气相变温度。

4.根据权利要求1所述的宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，其特征在于，所述熔盐缓冲罐的出口设有熔盐泵，所述熔盐泵能够对从所述熔盐缓冲罐流出的熔盐提供泵送动力并调节熔盐流量，以便熔盐进入所述电加热器或所述低温换热口。

5.根据权利要求1所述的宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，其特征在于，所述换热通道包括依次相连的高温段、中温段和低温段，所述高温段与所述高温换热口连通，所述低温段与所述低温换热口连通；

6.根据权利要求5所述的宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，其特征在于，所述上换热部和所述下换热部中的每一者均包括依次相连的第一主管、支管和第二主管，所述第一主管和所述第二主管沿所述上下方向间隔排布，所述支管位于所述第一主管和所述第二主管之间，所述支管有多个并间隔排布。

7.根据权利要求6所述的宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，其特征在于，所述第一主管和所述第二主管均沿水平方向延伸，多个所述支管均沿所述上下方向延伸并沿所述水平方向间隔排布。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，其特征在于，所述电加热器适于由新能源弃风弃光电力或火电调峰电力供电。

9.根据权利要求1所述的宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，其特征在于，所述梯级相变储热单元为单个；或者，

10.一种宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统的运行方法，基于如权利要求1-9中任一项所述的宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统，其特征在于，所述宽温域熔盐驱动梯级相变储热系统的运行方法包括以下工作模式：