一种光热发电及熔融盐结合制氢的热电综合储能系统的制作方法

1.本发明属于清洁能源动力工程及储能领域，涉及一种光热发电及熔融盐结合制氢的热电综合储能系统。


背景技术：

2.在全球经济迅速发展以及人类生活水平不断提高的前提下，伴随而来的则是能源危机与环境污染问题日益加剧。在此大背景下，寻求清洁、安全、高效以及经济的可持续发展能源，提高可持续发展能源在一次能源生产和消费中的比重，推动电力能源供给结构向绿色能源平稳转型，已成为人类普遍共识。截止2018年底，我国各类点原装机总量达190 万mw，比2017年增加6.7％。主要可再生能源发电累计装机容量已达73 万mw，占全国电源装机容量的近40％。其中，太阳能发电累计装机容量 18万mw，新增装机容量4.5万mw，增幅34％。就装机比例来看，我国发电装机主要以传统的不可再生化石能源为主。可再生清洁能源将对传统能源逐步实现替代，这是不可改变的事实。故发展高效、绿色、环保的清洁能源，已经成为当前能源领域发展的核心主题。
3.当前主流的清洁能源主要包括风能、太阳能、生物能、海洋能、地热能、氢能、水能以及核能等。其中，水能、核能通常适用于大型电站；风能、海洋能和地热能具有明显的地域特点；生物能在燃烧时对环境有一定的污染；而太阳能和氢能系统技术成熟可靠，通常由常见的适用于常规分布式电站的模块化设备构成，且系统在能量转换中对环境几乎无任何污染，在分布式电站发展中具有良好的应用前景。
4.太阳能光热系统以其系统结构紧凑、无污染、能量吸收效率高、系统部件生产过程污染低，且蒸汽系统相关设计运行技术成熟，在偏远、太阳能富余地区得到了越来越多的关注。而太阳能光热系统最大的特点在于一日24小时内的输入能量变化非常明显，对系统运行过程中的变工况动态跟随特性以及系统的变工况性能提出了更高要求，需满足输入能量大范围波动造成的系统输出稳定性要求。故要求系统一方面具有良好的动态补偿功能，可以实时监测系统输入能量的变化情况，对蒸汽动力系统进行超前调节，以削弱系统惯性带来的附加影响；并且，由于为了更好地适用于电网并网调峰的要求，发电系统通常需要具备能量储存功能，故另一方面针对白天和晚上不同的用户需求，结合储能系统特点，对系统进行储能系统耦合优化，以满足系统在不同需求下的平稳输出；最后需结合系统能量传递环节中的不同能量特点，对热能环节和电能环节分别进行储能方案设计，以满足不同用户在更大能量波动范围的需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种光热发电及熔融盐结合制氢的热电综合储能系统，该系统能够满足更大能量波动范围的需求。
6.为达到上述目的，本发明所述的光热发电及熔融盐结合制氢的热电综合储能系统包括聚光镜、太阳能光热塔、油-汽蒸发器、蒸汽透平、第一发电机、冷凝器、冷凝水泵、电解
水装置、氧气罐、氢气罐、氢电池、直-交流转换器、熔融盐相变釜及电网；
7.聚光镜正对太阳能光热塔，其中，太阳能光热塔的出口分为两路，其中一路与熔融盐相变釜的放热入口相连通，另一路与油-汽蒸发器的放热侧入口相连通，熔融盐相变釜的放热侧出口与油-汽蒸发器的放热侧入口相连通，油-汽蒸发器的放热侧出口与太阳能光热塔的入口相信通；
8.油-汽蒸发器的吸热出口与蒸汽透平的入口相连通，蒸汽透平的出口经冷凝器后分为两路，其中一路与油-汽蒸发器的吸热侧入口相连通，另一路经熔融盐相变釜的吸热侧与油-汽蒸发器的吸热侧入口相连通；
9.蒸汽透平的输出端与第一发电机的驱动轴相连接，第一发电机的输出端经第一个直-交流转换器与电解水装置的电源接口及电网相连接，电解水装置的氧气出口与氧气罐相连通，电解水装置的氢气出口与氢气罐相连通，氢气罐的出口与氢电池的氢气入口相连通，氢电池的输出端经第二个直-交流转换器与电网相连接。
10.第一发电机与第二发电机通过减速器相连接。
11.油-汽蒸发器的放热侧出口经第一阀门与太阳能光热塔的入口相连通。
12.太阳能光热塔的出口经第二阀门与油-汽蒸发器的放热侧入口相连通。
13.太阳能光热塔的出口经第三阀门与熔融盐相变釜的放热侧入口相连通。
14.冷凝器的出口经第四阀门与油-汽蒸发器的吸热侧入口相连通。
15.熔融盐相变釜的吸热侧出口经第五阀门与油-汽蒸发器的吸热侧入口相连通。
16.氢气罐的出口经第六阀门与氢电池的氢气入口相连通。
17.本发明具有以下有益效果：
18.本发明所述光热发电及熔融盐结合制氢的热电综合储能系统在具体操作时，采用将导热油加热与熔融盐储能相耦合的连接方式，保证系统在输入能量过高时对多余能量进行回收，在用户需求较大时将储存能量释放，同时结合熔融盐的相变进行储、放能过程，熔融盐工质相变潜热大，系统结构紧凑，具有良好的结构特点；另外，在不同工况下通过减速器，对电机进行选择性输出，对产生的电能进行交-直流转换以及直
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交流转换，可以实现水的电解并产出氧气及氢气，其中，氧气可以作为化工原料进行二次利用，氢气可以进一步通过氢电池进行发电，补充用户的直流、交流电力需求，达到根据用户需求进行试试变工况调节的目的；同时当输出功率过大而用户无法消纳时，系统通过第一级热存储和第二级电存储，可以迅速将发出的电能转化为熔融盐液化潜热和氢气分子能；当用户的电功率需求增加时，将液态熔融盐的能量和氢气分子能转化为电能输出，以提升系统调节功率输出的能力，降低系统的惯性。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图；
20.图2为本发明的一种工作状态图；
21.图3为本发明的另一种工作状态图。
22.其中，1为聚光镜、2为太阳能光热塔、3为油-汽蒸发器、4为蒸汽透平、5为第一发电机、6为第二发电机、7为冷凝器、8为冷凝水泵、9 为电解水装置、10为氧气罐、11为氢气罐、12为氢电池、13为直-交流转换器、14为熔融盐相变釜、15为电网。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
24.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
25.参考图1，本发明所述的光热发电及熔融盐结合制氢的热电综合储能系统包括聚光镜1、太阳能光热塔2、油-汽蒸发器3、蒸汽透平4、第一发电机5、第二发电机6、冷凝器7、冷凝水泵8、电解水装置9、氧气罐10、氢气罐11、氢电池12、直-交流转换器13、熔融盐相变釜14 及电网15；
26.聚光镜1正对太阳能光热塔2，其中，太阳能光热塔2的出口分为两路，其中一路与熔融盐相变釜14的放热入口相连通，另一路与油-汽蒸发器3的放热侧入口相连通，熔融盐相变釜14的放热侧出口与油-汽蒸发器3的放热侧入口相连通，油-汽蒸发器3的放热侧出口与太阳能光热塔2的入口相信通；
27.油-汽蒸发器3的吸热出口与蒸汽透平4的入口相连通，蒸汽透平4 的出口经冷凝器7后分为两路，其中一路与油-汽蒸发器3的吸热侧入口相连通，另一路经熔融盐相变釜14的吸热侧与油-汽蒸发器3的吸热侧入口相连通；
28.蒸汽透平4的输出端与第一发电机5的驱动轴及第二发电机6的驱动轴相连接，第一发电机5的输出端及第二发电机6的输出端经第一个直-交流转换器13与电解水装置9的电源接口及电网15相连接，电解水装置9的氧气出口与氧气罐10相连通，电解水装置9的氢气出口与氢气罐11相连通，氢气罐11的出口与氢电池12的氢气入口相连通，氢电池 12的输出端经第二个直-交流转换器13与电网15相连接。
29.油-汽蒸发器3的放热侧出口经第一阀门a与太阳能光热塔2的入口相连通；太阳能光热塔2的出口经第二阀门b与油-汽蒸发器3的放热侧入口相连通；太阳能光热塔2的出口经第三阀门c与熔融盐相变釜14 的放热侧入口相连通；熔融盐相变釜14的吸热侧出口经第五阀门e与油
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汽蒸发器3的吸热侧入口相连通，冷凝器7的出口经第四阀门d与油
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汽蒸发器3的吸热侧入口相连通，氢气罐11的出口经第六阀门f与氢电池12的氢气入口相连通。
30.实施例一
31.参考图1，本实施例中，聚光镜1将大面积阳光汇聚到太阳能光热塔2上，将导热油加热至400-500℃，保证蒸汽初参数不低于350℃，压力不低于7mpa。额定工况下饱和蒸汽流量1050t/h，额定输出功率5mw。由于在白天时，太阳能光热系统的输入能量随时间不停发生变化，而到了晚上，太阳能光热系统的输入能量降为0，故发电系统及储能系统一直处于动态调节状态。在系统运行过程中，输入能量不断发生变化，但由于储能系统的辅助运行，可
以保证一天大部分时间内的电能输出维持相对稳定。这使得系统可以通过利用相对不稳定的能源实现相对稳定的电力输出，具有良好的经济和社会效益。
32.当系统开始工作时，聚光镜1将太阳光汇聚到一点，用于加热太阳能光热塔2上方的导热油储罐。当导热油内部温度升高时，导热油将通过油-汽蒸发器3对水蒸汽进行加热，加热后的饱和蒸汽直接进入蒸汽透平4做功。此时第五阀门e关闭，从冷凝器7排出的饱和水流经第四阀门d进入油-汽蒸发器3，进入下一个循环。第二发电机6将产生的电能输送入电网15中。此时第二阀门b和第三阀门c将熔融盐储能系统与系统断开，减速器将第二发电机6与第一发电机5断开，制氢系统不工作，系统此时处于稳定发电且不储能状态。
33.实施例二
34.参考图2，当太阳能光热塔2中导热油温度超过蒸汽动力系统所需的最高加热温度时，为保证蒸汽动力系统不超负荷运行，此时导热油升温较快，需快速启动熔融盐储能系统，将导热油吸收的能量快速转移到熔融盐相变釜14中并储存下来。故此时需减小第二阀门b的开度，增大第三阀门c的开度，使得流经油-汽蒸发器3的导热油流量降低，流经熔融盐相变釜14的导热油流量增加，将更多热能储存在熔融盐相变釜14 中，其最高储热可达20mwh，满足系统在无光源情况下工作15h以上。若同时用户的需求降低，则可通过减速器将第二发电机6接收到的部分轴功转移至第一发电机5上，通过直-交流转换器13，将电解水进行电解，分别获得氧气和氢气，储存在氢气罐11及氧气罐10中。
35.实施例三
36.参考图3，当夜晚或者遇到阴雨天时，聚光镜1接收不到能量，太阳能光热塔2无能量输入，此时需要将之前储存的能量重新释放到系统中，供系统发电或供热。对于储热系统，此时需关闭第二阀门b，打开第三阀门c，导热油循环不断地从熔融盐相变釜14中吸收热量，将热量重新通过油-汽蒸发器3传递至水蒸汽中，进一步推动蒸汽透平4做功。而此时打开第六阀门f，氢气罐11中的氢气也将进入到氢电池12中进行发电。发出的电能可以直接供直流用户使用，也可通过直-交流转换器 13将其转换为交流电后并网传输。