一种利用低温冷能存储电能的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种利用低温冷能存储电能的新型储能系统，涉及能量储存技术。储能时，它通过消耗电能驱动带级间冷却的压缩机组Ⅰ和膨胀机组Ⅰ，产生低温冷能并存储在冷能存储器内；释能时，工作流体吸收冷能存储器内的低温冷能后，经压缩机组Ⅱ后压力升高，经过高温热交换器吸收太阳能储热或工业余热后，通过膨胀机组Ⅱ驱动发电机发电。本实用新型专利技术的利用低温冷能存储电能的新型储能系统具有成本低、热电转换效率高、适用于各种电站(包括太阳能、风能等可再生能源电站)、不产生温室气体、可回收中低温(热值)废热等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及绿色能源
，基于低温冷能存储、储热和动力循环的有机整合，能有效实现电能、热能和冷能高效存储与利用的新型储能系统。
技术介绍
随着可再生能源(风能、太阳能等)的日益普及，以及电网调峰、提高电网可靠性和改善电能质量的迫切需求，电力储能系统的重要性日益凸显。大规模电力储能技术可以有效解决电力生产与使用中峰谷差的矛盾；可以解决风力发电、太阳能、潮汐能等间歇式能源发电不稳定性；当分布式能源系统遇到了局部的线路故障时，电力储能系统可以提供不间断的电源供应。目前已有电力储能技术包括抽水储能、压缩空气储能、热栗储能、蓄电池储能、超导磁能和飞轮储能等。抽水储能系统在用电低谷通过水栗将水从低位水库送到高位水库，从而将电能转化为水的势能存储起来；在用电高峰，水从高位水库排放至低位水库驱动水轮机发电。抽水储能具有技术成熟、效率高、容量大、储能周期不受限制等优点，是目前广泛使用的电力储能系统。但是需要优越的地理条件建造水库和水坝，建设周期较长、初期投资巨大、而且会带来生态问题。压缩空气储能在用电低谷，将空气压缩(4_8Mpa)并存于储气室中，将电能转化为空气的压力能存储起来；在用电高峰，高压空气从储气室释放，经回热器预热后，进入燃气轮机燃烧室燃烧，然后驱动透平发电。压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、效率高和投资相对较小等优点。但是，压缩空气储能系统也需要特殊的地理条件建造大型储气室，如岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等，限制了压缩空气储能系统的应用范围。并且需要依赖燃烧化石燃料提供热源，燃烧产生氮化物、硫化物和二氧化碳等污染物，不符合绿色(零排放)、可再生的能源发展要求。蓄电池储能将电能转换为电池的化学能存储起来，具有对负荷反应快、容易同多种电站组合及能够增加电力系统的稳定性等优点，适合作为电力系统储能设备。但是，目前的蓄电池技术仍存在价格昂贵、使用寿命短、能量密度低和废弃物化学污染难于消除等缺点。虽然蓄电池在短时间和小容量备用电源中得到应用，但仍无法满足大型电力储能系统的要求。超导储能技术将电流导入环形电感线圈，由于该环形电感线圈由超导材料制成，因此电流在线圈内可以无损失地不断循环，直到导出为止。超导磁能储能系统具有极高的充放电效率和快速反应时间，但价格非常昂贵，约为其他类型储能系统数十至数百倍，不适于大规模大型电力储能系统中的大规模应用。飞轮储能是将电能转换为飞轮的机械能进行存储，但是存在能量密度低和轴承损失等问题。目前飞轮和电容储能系统存在造价高、储能容量小、自耗散严重等问题，不能满足电力储能系统的要求。热栗储能技术是近年来新兴的储能技术，该技术利用一组高效可逆的热机将电能同时转化为热能和冷能并存储于两个绝热容器中。由于热栗储能技术需要同时存储高温热能和低温冷能，尤其高温热能存储的所需压力的条件较高，需要大体积的高压容器，因此该技术的造价较高。储热技术是解决热供需双方在时间和空间上矛盾的关键技术，已经大规模应用于在太阳能热利用和工业余热利用中。储热技术一般可分为显热储热、潜热储热和化学储热三类。目前显热储热技术比较成熟，潜热储热尚处于商用示范阶段，化学储热技术处于实验室研究阶段。储热技术的成本较低，具有较大发展潜力，但是利用储热技术用于储电主要受热能/电能转换效率的限制，整体储能效率不高。可见，当前已有的电力储能系统均存在不同的缺点，迫切需要一种成本低、效率高、寿命长的新型储能系统，而且这种储能系统需要具备不受地理条件的限制、适用于各种类型电站和对环境友好等特点。
技术实现思路
本技术公开了一种利用低温冷能存储电能的新型储能系统，利用低温冷能存储的方式有效解决了传统储能转换效率低的问题。此储能系统具有效率高、成本低、使用寿命长和不受地理条件的限制等特点，以解决电力生产与使用中峰谷差的问题，并解决风能、太阳能等可再生能源的间歇性、不稳定性等因素导致其发电对电网的不良影响。为达到上述目的，本技术的技术解决方案是:—种利用低温冷能存储电能的储能系统，该储能系统带有用于工作气体的储能回路和释能回路，其特征在于，—所述储能回路包括发电机、带级间冷却的压缩机组1、膨胀机组I和冷能存储器，且其中:所述压缩机组I和膨胀机组I相互连接，所述压缩机组I的出口侧工作气体管路接入膨胀机组I的进口管路，膨胀机组I的出口管路接入所述冷能存储器的蓄冷侧低温进口管路，所述冷能存储器的蓄冷侧高温出口管路与压缩机组I的入口侧工作气体管路连接，形成相对于环境封闭的工作气体回路；-所述释能回路包括电动机、压缩机组I1、膨胀机组I1、冷能存储器和高温热交换器，所述释能回路中的冷能存储器与所述储能回路中的冷能存储器为同一部件，且其中所述压缩机组II和膨胀机组II相互连接，且其中所述压缩机组II的出口侧工作气体管路与高温热交换器工作气体侧进口管路相连接，高温热交换器工作气体侧出口管路与膨胀机组II的入口管路相连接，膨胀机组II的出口管路接入所述冷能存储器的释冷侧低温进口管路，所述冷能存储器的释冷侧高温出口管路与压缩机组II的入口管路相连接，形成相对于环境封闭的工作气体回路。优选地，所述释能回路还包括高温传蓄热流体回路，所述高温传蓄热流体回路与所述高温热交换器的高温侧相连接，使得所述工作气体在所述高温热交换器的工作气体侧内通过吸收来自所述高温热交换器的高温侧中传蓄热流体的热量加热。优选地，所述高温传蓄热流体回路包括高温换热器、低温存储器、集热器和高温存储器，所述高温传蓄热流体回路中的高温换热器与所述释能回路中的高温换热器为同一部件，且其中所述高温换热器的高温侧进口与所述高温存储器的出口连通，所述高温换热器的高温侧出口与所述低温存储器的进口连通，所述低温存储器的出口经所述集热器后与所述高温存储器的进口连通。优选地，所述储能回路中，所述的带级间冷却的压缩机组I由不少于2级压缩机组成，所述工作气体在经过压缩机机组I的每级压缩机压缩之后，进入级间换热器换热。优选地，所述高温热交换器为板式、板翅式、壳管式、螺旋板式、套管式换热器的一种或至少2种的组合。优选地，所述所述传蓄热流体的热能来自于钢铁、热电等工业余热、废热或太阳能热。优选地，所述传蓄热流体的热能来自于太阳能热，集热器为太阳能集热器。优选地，所述冷能存储器内部还设有换热装置，液化天然气和空分行业的低温气体通过换热装置，低温气体的低温冷能被冷能存储器内的储冷介质吸收并存储下来。优选地，所述的压缩机组1、压缩机组II中的各级压缩机由I级或至少2级串联而成，各级压缩机是活塞式、轴流式、离心式、螺杆式或混合式；所述的膨胀机组1、膨胀机组II由I级或至少2级膨胀机串联而成，各级膨胀机是活塞式、轴流式、向心式、螺杆式或混合式。优选地，所述储能回路、和/或释能回路、和/或高温传蓄热流体回路中，设置有阀门和/或栗送设备。本技术的优点在于:1、本技术将电能转化为常压下低温冷能存储，低温冷能存储装置结构简单、储冷材料便宜易得、储冷容器成本低、储冷装置使用寿命长，消除了已有电力储能系统存在的储能设备成本高、储能周期短、寿命短和环境污染等缺点，非常适合于长时间大容量的电力存储。2、本技术的低温冷能存储电能的系统具有电能-冷能转化效率高、利用低温冷源提高了太阳热能、工业余热能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用低温冷能存储电能的储能系统，该储能系统带有用于工作气体的储能回路(102)和释能回路(103)，其特征在于，‑‑所述储能回路(102)包括发电机(9)、带级间冷却的压缩机组Ⅰ(101)、膨胀机组Ⅰ(1)和冷能存储器(2)，且其中：所述压缩机组Ⅰ(101)和膨胀机组Ⅰ(1)相互连接，所述压缩机组Ⅰ(101)的出口侧工作气体管路接入膨胀机组Ⅰ(1)的进口管路，膨胀机组Ⅰ(1)的出口管路接入所述冷能存储器(2)的蓄冷侧低温进口管路，所述冷能存储器(2)的蓄冷侧高温出口管路与压缩机组Ⅰ(101)的入口侧工作气体管路连接，形成相对于环境封闭的工作气体回路；‑‑所述释能回路(103)包括电动机(13)、压缩机组Ⅱ(10)、膨胀机组Ⅱ(12)、冷能存储器(2)和高温热交换器(11)，所述释能回路(103)中的冷能存储器与所述储能回路(102)中的冷能存储器为同一部件，且其中所述压缩机组Ⅱ(10)和膨胀机组Ⅱ(12)相互连接，且其中所述压缩机组Ⅱ(10)的出口侧工作气体管路与高温热交换器(11)工作气体侧进口管路相连接，高温热交换器(11)工作气体侧出口管路与膨胀机组Ⅱ(12)的入口管路相连接，膨胀机组Ⅱ(12)的出口管路接入所述冷能存储器(2)的释冷侧低温进口管路，所述冷能存储器(2)的释冷侧高温出口管路与压缩机组Ⅱ(10)的入口管路相连接，形成相对于环境封闭的工作气体回路。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，陈海生，徐玉杰，林曦鹏，谢宁宁，盛勇，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11