一种低温储能系统及其控制方法与流程

本发明涉及新型储能技术领域，具体涉及一种低温储能系统及其控制方法。

背景技术：

液态空气储能技术是一种利用液态空气或氮气作为储能介质的深冷储能技术。在电网负荷低谷期，深冷储能系统的空气液化单元利用低谷电能和上个周期释能过程存储的冷能生产液态空气或液氮，电能以低温冷能的形式储存在液态空气或氮气中；在电网负荷高峰期，低温深冷泵加压存储的液态空气或氮气，利用补燃过程或上个周期储能过程存储的热能加热空气或氮气，驱动膨胀机做功发电。

液态空气储能作为大规模储能系统具有储能密度大、响应时间短和不受地理条件的限制等特点，得到了广泛的关注。目前液态空气储能系统主要采用固态换热介质或液态换热介质等方法。固态换热介质直接和空气或氮气换热，由于储/释能过程初始换热温差较大，蓄热体内部传热，及斜温层的影响，导致蓄冷效率较低，存储体积较大；传统固态介质储冷单元常采用双层储罐，且在低有效蓄冷量的影响下，导致的罐体数量多，占地面积大；液态换热介质由于多采用板翅式逆流换热，换热温差较小，蓄冷效率较高，但液体换热介质价格较高，且工质多具有易燃性，导致前期成本增加。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的储能系统存储体积大、蓄冷效率低的问题，本发明提供了一种低温储能系统，包括：

冷能利用换热器(1)、冷能回收换热器(8)、一个保温外罐和设置于所述保温外罐内的一个或多个蓄冷器；

所述多个蓄冷器通过管道连接构成储能循环回路；

所述储能循环回路通过管道与所述冷能利用换热器(1)连接构成冷能利用回路，实现将所述储能循环回路中蓄存的冷能与外接进行热交换；

所述储能循环回路通过冷能回收换热器(8)连接构成冷能回收循环回路，实现将所述冷能回收换热器(8)中的冷能吸收并存储于储能循环回路中。

优选的，所述储能循环回路还包括多个阀门，所述阀门分别安装于与各蓄冷器的两端连接的管道上以及与各蓄冷器并联的管道上。

优选的，当所述固态蓄冷器为多个时，通过各蓄冷器的两端的阀门以及与各蓄冷器并联的管道上阀门的开断实现多个固态蓄冷器串联和/或并联。

优选的，所述蓄冷器内填充固态储能介质。

优选的，所述固态储能介质为孔隙率在10％～90％范围内的多孔介质。

优选的，所述管道内填充气态换热工质。

优选的，所述气态工质的压力范围0.1mpa(a)～5mpa(a)。

优选的，所述气态换热工质为低温单一气态工质或多元混合气态工质。

优选的，所述系统还包括循环风机(2)，所述循环风机(2)设置于所述储能循环回路输入端与冷能利用换热器(1)的高温端和冷能回收换热器(8)的高温端，用于带动管道内填充的气态换热工质流动。

优选的，所述冷能利用回路还包括第一阀门(9)和第二阀门(10)；所述第一阀门(9)设置于所述储能循环回路输出端与冷能利用换热器(1)之间；

所述第二阀门(10)设置于所述储能循环回路输入端与冷能回收换热器(8)之间。

基于同一种发明构思，本发明还提供一种对低温储能系统的控制方法，包括：

当对储能循环回路储冷时，导通所述储能循环回路、冷能回收换热器(8)和管道构成的冷能回收循环回路，通过管道在所述冷能回收换热器(8)中进行热交换降温，将冷能存储于所述储能循环回路中的各蓄冷器，同时利用所述储能循环回路中的保温外罐与外界进行温度隔离；

当对储能循环回路释冷时，导通所述储能循环回路、冷能利用换热器(1)和管道构成的冷能利用回路，通过管道在所述冷能利用换热器(1)中进行热交换降温，将存储于所述储能循环回路中各蓄冷器的冷能进行释放。

优选的，所述导通所述储能循环回路、冷能回收换热器(8)和管道构成的冷能回收循环回路，通过管道在所述冷能回收换热器(8)中进行热交换降温，包括：

通过关闭设置于所述储能循环回路输出端与冷能利用换热器(1)之间的第一阀门(9)，同时开启设置于所述储能循环回路输入端与冷能回收换热器(8)之间的第二阀门(10)，进而导通冷能回收循环回路；

在循环风机(2)的带动下存储于管道中的高温的气态换热工质进入冷能回收换热器(8)后温度降低；

低温气态换热工质在循环风机(2)的带动下进入所述储能循环回路中的各蓄冷器进行热量交换后温度升高；然后再经过循环风机(2)构成循环。

优选的，所述导通所述储能循环回路、冷能利用换热器(1)和管道构成的冷能利用回路，通过管道在所述冷能利用换热器(1)中进行热交换降温，将存储于所述储能循环回路中各蓄冷器的冷能进行释放，包括：

通过开启设置于所述储能循环回路输出端与冷能利用换热器(1)之间的第一阀门(9)，同时关闭设置于所述储能循环回路输入端与冷能回收换热器(8)之间的第二阀门(10)，进而导通冷能利用回路；

管道中的高温气态换热工质在循环风机(2)的带动下进入所述储能循环回路中的各蓄冷器进行热交换后温度降低；

低温气态换热工质再进入冷能利用换热器中进行热交换后温度升高，再经过循环风机(2)构成循环。

优选的，所述将冷能存储于所述储能循环回路中的各蓄冷器或将存储于所述储能循环回路中各蓄冷器的冷能进行释放，包括：

通过各蓄冷器的两端的阀门以及与各蓄冷器并联的管道上阀门的开断对多个固态蓄冷器依次或同时进行冷能存储；或

通过各蓄冷器的两端的阀门以及与各蓄冷器并联的管道上阀门的开断对存储于多个固态蓄冷器中的冷能依次或同时进行释放。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种低温储能系统及其控制方法，包括：冷能利用换热器(1)、冷能回收换热器(8)、一个保温外罐和设置于所述保温外罐内的一个或多个蓄冷器；所述多个蓄冷器通过管道连接构成储能循环回路；所述储能循环回路通过管道与所述冷能利用换热器(1)连接构成冷能利用回路，实现将所述储能循环回路中蓄存的冷能与外接进行热交换；所述储能循环回路通过冷能回收换热器(8)连接构成冷能回收循环回路，实现将所述冷能回收换热器(8)中的冷能吸收并存储于储能循环回路中；本方案中的蓄冷结构通过蓄冷器直接与换热器直接进行换热，减少了冷能的浪费和转换效率低下的问题；本方案中的蓄冷系统，仅包括蓄冷器和换热器，结构简单，占地面积小。

附图说明

图1为本发明的低温储能系统结构示意图；

图2为本发明蓄冷器内部结构示意图；

图3为低温储能控制方法流程图；

其中，1-冷能利用换热器；2-循环风机；3-保温外罐；4-第一蓄冷器；5-第二子蓄冷器；6-第三子蓄冷器；7-第四子蓄冷器；8-冷能回收换热器；9-第一阀门；10-第二阀门；f1第一前部阀门；f2第二前部阀门；f3第三前部阀门；fn第n前部阀门；m1第一中部阀门；m2第二中部阀门；m3第三中部阀门；mn第n中部阀门；b1第一后部阀门；b2第二后部阀门；b3第三后部阀门；bn第n后部阀门。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1：

本实施例提供了一种低温储能系统,结构示意图如图1所示，系统包括冷能利用换热器1、保温外罐3、设置于保温外罐3中的多个蓄冷器、冷能回收换热器8和循环风机2。

冷能利用循环回路、冷能回收循环回路和紧凑型储能单元循环回路；冷能利用循环回路与紧凑型储能单元循环回路的连接部件为冷能利用换热器1；冷能回收循环回路与紧凑型储能单元循环回路的连接部件为冷能回收换热器8，其中：

所述冷能利用循环回路包括冷能利用换热器1；所述冷能利用换热器1左侧输入端为气/液热源入口；冷能利用换热器2左侧输出端为气/液热源出口；

所述冷能回收循环回路包括冷能回收换热器8；所述冷能回收换热器8右侧输入端为气/液冷源入口；冷能回收换热器8右侧输出端为气/液冷源出口；

所述紧凑型储能单元循环回路包括：冷能利用换热器1、循环风机2、保温外罐3、第一子蓄冷器4、第二子蓄冷器5、第三子蓄冷器6、第四子蓄冷器7、冷能回收换热器8、第一阀门9、第二阀门10；所述紧凑型储能单元循环回路中容纳有用于储冷过程和释冷过程用于换热的气态工质；冷能利用换热器1右侧输出端与循环风机2上端入口连接；循环风机2下端出口分别与第一子蓄冷器4、第二子蓄冷器5、第三子蓄冷器6、第四子蓄冷器7上端入口连接；第一子蓄冷器4、第二子蓄冷器5、第三子蓄冷器6、第四子蓄冷器7下端出口汇集后与第一阀门9右侧输入端和冷能回收换热器8左侧输入端连接；第一阀门9左侧输出端与冷能利用换热器1右侧输入端连接；冷能回收换热器8左侧输出端与第二阀门10右侧输入端连接；第二阀门10左侧输出端与循环风机2上端入口连接；所述第一子蓄冷器4、第二子蓄冷器5、第三子蓄冷器6、第四子蓄冷器7内部填充固态储能介质；

所述第一子蓄冷器4、第二子蓄冷器5、第三子蓄冷器6、第四子蓄冷器7完全安装在蓄冷器蓄冷器3中，蓄冷器蓄冷器3内部间隙填充保温材料，减少固体蓄冷器占地面积。

子蓄冷器的连接数量不限于4个，可根据实际蓄冷量、蓄冷时间等要求考虑设置为1个、2个、3个或4个以上。

所述蓄冷器蓄冷器3的内部结构具体如图2所示，子蓄冷器的连接方式不限于并联，可根据实际运行要求，通过开/闭第一前部阀门f1、第二前部阀门f2、f3第三前部阀门；fn第n前部阀门；m1第一中部阀门；m2第二中部阀门；m3第三中部阀门；mn第n中部阀门；b1第一后部阀门；b2第二后部阀门；b3第三后部阀门；bn第n后部阀门，实现串联、并联或混联及其他特殊连接方式，因此可以根据变化需求可灵活调节蓄冷、释冷功率，实现高效储、释冷过程。

所述固态储能介质为孔隙率在10％～90％范围内的多孔介质。

紧凑型储能单元循环回路中内部气态换热工质可选用低温单一气态工质或多元混合气态工质。

气态工质的压力范围为0.1mpa(a)～5mpa(a)。

实施例2：

如图3所示，本实施例提供了一种对实施例1中提供的低温储能系统的控制方法，在系统运行前，各蓄冷器的两端的阀门以及与各蓄冷器并联的管道上阀门以及第一阀门9和第二阀门10均处于关闭状态，然后，

s1、当对储能循环回路储冷时，导通所述储能循环回路、冷能回收换热器8和管道构成的冷能回收循环回路，通过管道在所述冷能回收换热器8中进行热交换降温，将冷能存储于所述储能循环回路中的各蓄冷器，同时利用所述储能循环回路中的保温外罐与外界进行温度隔离；

s2当对储能循环回路释冷时，导通所述储能循环回路、冷能利用换热器1和管道构成的冷能利用回路，通过管道在所述冷能利用换热器1中进行热交换降温，将存储于所述储能循环回路中各蓄冷器的冷能进行释放。

s1、当对储能循环回路储冷时具体步骤如下：

通过关闭设置于所述储能循环回路输出端与冷能利用换热器1之间的第一阀门9，同时开启设置于所述储能循环回路输入端与冷能回收换热器8之间的第二阀门10，进而导通冷能回收循环回路；

在循环风机2的带动下存储于管道中的高温的气态换热工质进入冷能回收换热器8后温度降低；

低温气态换热工质在循环风机2的带动下进入所述储能循环回路中的各蓄冷器进行热量交换后温度升高；然后再经过循环风机2构成循环。

其中，通过各蓄冷器的两端的阀门以及与各蓄冷器并联的管道上阀门的开断对多个固态蓄冷器依次或同时进行冷能存储。

s2当对储能循环回路释冷时的具体步骤包括：

通过开启设置于所述储能循环回路输出端与冷能利用换热器1之间的第一阀门9，同时关闭设置于所述储能循环回路输入端与冷能回收换热器8之间的第二阀门10，进而导通冷能利用回路；

管道中的高温气态换热工质在循环风机2的带动下进入所述储能循环回路中的各蓄冷器进行热交换后温度降低；

低温气态换热工质再进入冷能利用换热器中进行热交换后温度升高，再经过循环风机2构成循环。

其中通过各蓄冷器的两端的阀门以及与各蓄冷器并联的管道上阀门的开断对存储于多个固态蓄冷器中的冷能依次或同时进行释放。

蓄冷器同时开启的数量不限于1个，可根据运行条件同时开启任意数量的固体蓄冷器；

冷能利用循环回路和冷能回收循环回路可采用但不限于空气、氮气等工质，满足循环运行即可。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。