一种低温储能发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及新能源技术领域，基于低温冷能存储、储热和动力循环的有机整合，有效实现电能、热能和冷能的低成本、高效存储与利用的新型储能系统及其发电方法。
【背景技术】
[0002]随着风能、太阳能等可再生能源的日益普及，以及电网调峰和区域供能和提高电网可靠性的迫切需求，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；可以解决风能、太阳能等间歇式可再生能源发电不稳定性；当区域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。
[0003]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、飞轮储能和超级电容等。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]显热储热通过蓄热材料温度吸/释热的变化而储存热能，是原理最简单、技术最成熟的一类蓄能技术，具有成本低、效率高等优点。显热储热进一步可分为填充床固体储热技术、混凝土储热和双罐式液体(水、导热油、和熔融盐)储热等储热技术，已经在工业领域和太阳能热发电领域得到了广泛应用。
[0012]潜热储热主要是利用储热材料发生相变时吸收或放出的相变潜热来实现能量的储存，具有储热密度较高、温度波动范围小、结构紧凑等优点。化学储热主要是通过化学反应的反应热来进行储热，具有储能密度高、可长期储存优点，但是技术复杂、尚不成熟。目前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，在大规模应用前需要解决许多问题。
[0013]冰蓄冷技术是目前主要的大规模商用化储冷技术，对于深冷超低温区储冷技术的研究很少。目前的储热技术虽然具有成本低的优点，但是储电系统效率受到储热/电转换效率的限制。
[0014]可见，当前已有的电力储能系统均存在不同的缺点，迫切需要一种单位储能投资小、效率高、寿命长的新型储能系统，而且这种储能系统必须不受地理条件的限制、适用于各种类型电站和对环境友好。
【实用新型内容】
[0015]本实用新型公开了一种利用低温储能发电系统及其运行方法，此储能发电系统具有效率高、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。
[0016]为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是:
[0017]一种低温储能发电系统，包括充能回路、释能回路和传蓄热流体回路，其特征在于，
[0018]--所述充能回路包括带级间冷却的压缩机组1、膨胀机组I和换热器I，且其中:所述压缩机组I和膨胀机组I同轴布置、或者通过变速箱连接，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的出口管路接入换热器I的工作气体侧进口管路，换热器I的工作气体侧出口管路与压缩机组I的入口侧工作气体管路相连接；
[0019]-所述释能回路包括栗、膨胀机组I1、蒸发器和换热器II，且其中所述栗的出口管路与蒸发器的进口管路相连接，蒸发器的出口管路与膨胀机组II的入口管路相连接，膨胀机组II的出口管路接入换热器II的工作气体侧进口管路，换热器II的工作气体侧出口管路与栗的入口管路相连接；
[0020]--所述传蓄热流体回路包括存储器、冷能存储器、换热器I和换热器II，所述传蓄热流体回路中的换热器1、换热器II分别与充能回路中的换热器1、释能回路中的换热器II为同一部件，其中换热器I的传蓄热流体侧出口管路顺序经冷能存储器、换热器II的传蓄热流体侧和存储器构成传蓄热流体回路。
[0021]优选地，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，工作气体在经过每级压缩机压缩之后，进入级间换热器换热，热量被冷却流体带走，然后进入压缩机的下一级或者膨胀机组I。
[0022]优选地，所述换热器1、II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。
[0023]优选地，所述的压缩机组1、II由1级或至少2级串联而成，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、II，由1级或至少2级串联而成，是活塞式、轴流式、向心式、螺杆式或混合式。
[0024]优选地，所述释能回路上还耦合有高温传蓄热流体回路，所述高温传蓄热流体回路包括依次连接的换热器II1、低温存储器I1、集热器和高温存储器。
[0025]优选地，所述高温存储器中的高温储热介质流经换热器III后释放高温热能，排出的蓄热介质存储在低温存储器中，所述换热器III的工作流体侧串联在所述蒸发器的出口管路上，使得由蒸发器流出的工作流体在流经所述换热器III的工作流体侧时可进一步吸收高温传蓄热流体回路中的热量。
[0026]优选地，所述集热器中的热量可来自于钢铁、热电等工业余热、废热或太阳能热。
[0027]所述换热器1、II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。所述传热流体的材料为醇、烯、离子流体等有机或无机工质的一种或至少2种的组合。
[0028]所述的低温储能发电系统，所述的压缩机组I，由1级或至少2级串联而成，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、II，由1级或至少2级串联而成，是活塞式、轴流式、向心式、螺杆式或混合式。
[0029]所述的低温储能发电系统，使用在可再生能源发电厂中，存储间歇性不稳定的能源并稳定输出；所述储能系统使用在电网系统的发电厂或用户中，在用电低谷存储并在用电高峰输出电能。所述低温储能发电系统，其以充能回路和释能回路的工作气体为动力循环工质，在储能过程中将电能转化为低温冷能并存储起来；在释能过程中，冷能输出将工作流体液化，经过栗后压力升高，工作流体在蒸发器中被加热气化后进入膨胀机膨胀做功。
[0030]本实用新型的优点在于:
[0031]1.本实用新型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。
[0032]2.本实用新型的低温冷能存储电能的系统具有电能-冷能转化效率高，具有储能系统整体高的优点。并且低温冷能存储装置的冷能耗散率很低，可以实现长时间高效的电力存储。
[0033]3.本实用新型的低温冷能存储电能的系统具有适用于电力系统削峰填谷和可再生能源系统、不产生温室气体、可回收中低温(热值)废热等优点。
【附图说明】
[0034]图1为本实用新型的低温存储电能的系统实施例1结构示意图；
[0035]图2为本实用新型的低温存储电能的系统实施例2结构示意图；
[0036]图3为本实用新型的低温存储电能的系统实施例3结构示意图；
[0037]图4为本发明的实施例3中所采用蓄冷器的基本结构示意图。
【具体实施方式】
[0038]为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。
[0039]实施例1:
[0040]如图1所示，为本实用新型的低温储能及发电系统的实施例1，包括充能回路102、释能回路103和传蓄热流体回路22。
[0041]图1所示的充能回路包括:膨胀机1、换热器2、第一级压缩机3、第一级压缩机换热器4、第二级压缩机5、第二级压缩机换热器6、第三级压缩机7和第三级压缩机换热器8。工作气体如图1中带箭头的实线所示通过这些组件进行循环。电动机9的转轴与膨胀机1和压缩机3、5、7的转轴相连接。此外，冷却液体18、19、20分别连接在换热器4、6、8中。
[0042]充能回路的运行流程为:首先，电能通过电动机9转变为机械能驱动膨胀机1和压缩机组101运转，换热器2排出的常温低压的工作气体，依次进入第一级压缩机3、第一级压缩机换热器4、第二级压缩机5、第二级压缩机换热器6、第三级压缩机7和第三级压缩机换热