基于固体颗粒储能及二氧化碳发电的虚拟电厂系统的制作方法

1.本实用新型属于储能技术领域，具体涉及一种基于固体颗粒储能及二氧化碳发电的虚拟电厂系统。


背景技术：

2.随着近年来逐渐增加的风能和光伏等新能源装机以及分布式电源等接入电网，对电网的安全性和可靠性带来了严重冲击，并且进一步增加了发电和用电间的矛盾。在此背景下给电网配置一定量的储能系统可以达到稳定电力负荷输出的作用。现有较为成熟的大规模储能技术主要包括抽水蓄能、电化学储能、熔盐储能等，其中抽水蓄能受建设条件及建设周期限制无法在我国西北地区大规模建设，电化学储能受电池寿命、成本及安全性的限制暂时难以满足大规模建设的需求，熔盐储能在安全性和寿命上均具备较大的优势，有望成为未来储能领域的主力军，但同时目前比较成熟的大规模熔盐储能技术还存在两个明显缺陷，一是熔盐是电-热-电的转化形式，即首先将接受的电能转化为熔盐的热能，需要时再通过蒸汽轮机转化为电能输送至电网，受到热电转化的卡诺循环限制，循环效率不高，一般低于40％；此外熔盐的利用温度区间受限，低于240℃有凝固风险，在长时间不运行时需要耗费大量热能维持温度，而高于580℃有热分解的风险，限制了热电转化环节的效率。因此探索更为高效的储能系统，以实现可靠、高效、适应性强的电力供应是亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术中适应性差、效率不高的问题，提供一种基于固体颗粒储能及二氧化碳发电的虚拟电厂系统。
4.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：基于固体颗粒储能及二氧化碳发电的虚拟电厂系统，包括电加热模块、固体颗粒储能模块、换热模块和二氧化碳发电机组，其中：电加热模块与固体颗粒储能模块通过管道相连，固体颗粒储能模块与换热模块通过管道相连，换热模块与二氧化碳发电机组通过管道相连，二氧化碳发电机组与现有电网通过电缆相连；电加热模块还与外界的分布式电源、电动汽车、周边光伏和风电站通过电缆相连，固体颗粒储能模块还与现有火电机组通过管道相连；固体颗粒储能模块包括若干低温固体颗粒储罐、若干高温固体颗粒储罐、若干低温固体颗粒泵和高温固体颗粒泵，低温固体颗粒泵连接低温固体颗粒储罐和电加热模块，低温固体颗粒泵用于将低温固体颗粒泵至电加热模块，高温固体颗粒泵连接换热模块和高温固体颗粒储罐，高温固体颗粒泵用于将高温固体颗粒泵至换热模块；二氧化碳发电机组中设置多级压缩机组，多级压缩机组用于压缩二氧化碳气体。
5.电加热模块包括若干串联或并联的电加热器，用于将进入固体颗粒储能模块的固体颗粒加热升温实现将电能转化为固体颗粒的内能。
6.换热模块包括若干串联的固体颗粒-二氧化碳换热器，换热器的热侧连接高温固体颗粒储罐和低温固体颗粒储罐，换热器的冷侧连接二氧化碳发电机组，高温固体颗粒与
二氧化碳介质进行换热，产生高温二氧化碳介质进入二氧化碳发电机组发电，二氧化碳发电机组中设置回热系统，所述回热系统连接换热模块冷侧。
7.所述分布式电源为功率为50mw以下的独立电源。
8.现有火电机组为300mw、600mw或者1000mw等级纯凝或供热机组。
9.所述固体颗粒介质采用单一介质或混合介质。
10.二氧化碳发电机组包括依次连接的二氧化碳透平、回热器、冷却器和压缩机，压缩机的出口连接回热器，所述压缩机为多级压缩机组。
11.多级压缩机组的压缩机之间设置换热器吸收介质热量。
12.与现有技术相比，有四个突出的优点：
13.本系统不配置额外的燃料系统，具备虚拟电厂的属性，通过合理控制，可减少分布式电源和新能源并网对电网的冲击，提高电网的稳定性和可靠性；
14.本系统采用固体颗粒作为储能介质，固体颗粒物理性质稳定，可以实现高温储热，大幅提高后端发电效率；
15.本系统配置超临界二氧化碳透平作为发电机组，与传统蒸汽轮机组相比，循环效率高，占地面积小，对场地的适应性强；
16.本系统在用电负荷高峰时，可额外为电网提供电力输出，增加电网在用电高峰的顶峰能力。
附图说明
17.图1为本实用新型基于固体颗粒储能及二氧化碳发电的虚拟电厂系统示意图。
18.图2为本实用新型一种可行的换热模块设置方式。
19.图3为本发明一种可行的超临界二氧化碳发电模块设置方式。
20.图中标号：1-电加热模块；2-固体颗粒储能模块；3-换热模块；4-二氧化碳发电机组；5-电网；6-分布式电源；7-电动汽车；8-光伏/风电站；9-现有火电机组；21-低温固体颗粒储罐；22-高温固体颗粒储罐；31-固体颗粒-二氧化碳换热器，41-二氧化碳透平，42-回热器，43-冷却器，44-压缩机。
具体实施方式
21.本实用新型提供了一种基于固体颗粒储能及二氧化碳发电的虚拟电厂系统，下面结合具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
22.本实用新型以固体颗粒储能为核心，通过集成电加热模块、固体颗粒储能模块、换热模块和发电模块，可以在电网电量过剩时，通过接收分布式电源、电动汽车、电网弃电、火电厂弃热等形式的能量，将能量转化为固体颗粒的内能暂时存储；在电网用电高峰期时，通过换热模块和超临界二氧化碳透平，将固体颗粒内能通过二氧化碳透平转化为电能送至电网。
23.图1为本实用新型的基于固体颗粒储能及二氧化碳发电的虚拟电厂系统示意图，所述系统包括电加热模块1、固体颗粒储能模块2、换热模块3和二氧化碳发电机组4，其中电加热模块1与固体颗粒储能模块2通过管道相连，固体颗粒储能模块2与换热模块3通过管道相连，换热模块3与二氧化碳发电机组4通过管道相连，二氧化碳发电机组4与现有电网5通
过电缆相连；电加热模块1还与外界的分布式电源6、电动汽车7、周边光伏和风电站8通过电缆相连，固体颗粒储能模块2还与现有火电机组9通过管道相连。
24.电加热模块1包括若干串联或并联的电加热器，用于将进入固体颗粒储能模块2的固体颗粒加热升温实现将电能转化为固体颗粒的内能。
25.换热模块3包括若干固体颗粒-二氧化碳换热器31，换热器的热侧连接高温固体颗粒储罐和低温固体颗粒储罐，换热器的冷侧连接二氧化碳发电机组，图2为一种可行的换热模块设置方式，高温固体颗粒与二氧化碳介质进行换热，产生高温二氧化碳进入二氧化碳发电机组发电，二氧化碳发电机组中设置回热系统，所述回热系统连接换热模块冷侧。图3为一种可行的超临界二氧化碳发电模块设置方式，高温二氧化碳介质进入二氧化碳透平41做功，然后依次经过回热器42和冷却器43，降温后进入压缩机44提升压力，随后经回热器42升温后返回换热模块3继续吸热。压缩机44可以采用一种多级压缩机组实现，压缩机之间设置换热器对压缩后的介质吸热。
26.所述分布式电源为功率为50mw以下的独立电源，50mw以下的独立电源应用范围广，调度也更加灵活。
27.本系统能适应各个容量级别的火电机组，也能适用于供热机组中，现有火电机组9可以为300mw、600mw或者1000mw等级纯凝或供热机组。
28.固体颗粒介质为石英砂、硅砂、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化钙、橄榄石、陶瓷中的一种或其任意组合或以上述材料为基础材料进行表面涂覆改性、热处理改性、金属掺杂改性后的材料。
29.电加热模块1包括若干串联或并联的电加热器，通过将进入模块的固体颗粒加热升温实现将电能转化为固体颗粒的热能，可接收分布式电源6的电量、电动汽车7的反向充电电量、周边光伏和风电站8的弃光弃风电量；固体颗粒储能模块2包括若干低温固体颗粒储罐、高温固体颗粒储罐和若干低温固体颗粒泵、高温固体颗粒泵，通过低温固体颗粒泵可将固体颗粒泵至电加热模块，通过高温固体颗粒泵可将高温固体颗粒泵至换热模块，若干低温和高温固体颗粒储罐可实现不同温度固体颗粒的存储和循环利用；
30.换热模块3包括若干串联的固体颗粒-二氧化碳换热器31，换热器模块的热侧连接高温固体颗粒储罐和低温固体颗粒储罐，换热器模块的冷侧连接二氧化碳发电机组，高温固体颗粒与给水进行换热，产生高温蒸汽进入二氧化碳发电机组发电，所述回热系统连接换热模块冷侧，通过高温固体颗粒与二氧化碳进行换热，产生高温二氧化碳进入二氧化碳发电机组；二氧化碳发电机组4包括透平及其回热系统、发电机和辅助系统，通过高温二氧化碳带动透平转动，通过发电机发电。
31.本实用新型所述基于固体颗粒储能的虚拟电厂系统运行方法如下：
32.当分布式电源有富余电量时将富余电量传递至电加热模块，通过电加热器将低温固体颗粒加热至高温固体颗粒；当电动汽车有富余电量时将富余电量通过反向充电的方式将电量传递至电加热模块，通过电加热器将低温固体颗粒加热至高温固体颗粒；当光伏和风电站有弃光和弃风电量时将本需要弃掉的电量传递至电加热模块，通过电加热器将低温固体颗粒加热至高温固体颗粒；
33.电加热模块根据分布式电源、电动汽车和弃光弃风电量情况，启动电加热器，同时固体颗粒储能模块启动低温固体颗粒泵将低温固体颗粒送至电加热器中吸热，变为高温固
体颗粒返回高温固体颗粒储罐；
34.当现火电有机组需要向下调峰有富余蒸汽时，通过换热将蒸汽热能转移至固体颗粒中，返回高温固体颗粒储罐；
35.不同来源的能量通过电加热器或换热器转换为固体颗粒的热能存储于高温固体颗粒中；
36.当电网需要增加负荷时，启动换热模块中的换热器，同时固体颗粒储能模块启动高温固体颗粒泵将高温固体颗粒送至换热模块，高温固体颗粒通过多个换热器将热能传递给二氧化碳介质后变为低温固体颗粒返回低温固体颗粒储罐；
37.启动二氧化碳发电机组，利用超临界二氧化碳推动二氧化碳透平发电，满足电网的电力需求。
38.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。