一种夏供冷冬供热冷热电三联供装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及能量储存技术领域，特别是涉及一种夏供冷冬供热冷热电三联供装置及方法。
【背景技术】
[0002]供冷、供热和供电是人们最基本的生活需求。通常情况下，供冷和供热也以电能为能源。长期以来，为了满足电力负荷的要求，电力部门不得不根据最大负荷要求建设发电能力。这一方面造成了大量发电能力的过剩和浪费，另一方面，电力部门又不得不常常在用电高峰时段限制用电。特别是近年来，我国电力电网中的大型机组不断增多，电力系统的自身功率调节能力受到限制，而系统负荷的峰谷比却不断增大，调峰是电网必须面对的问题。不同的电网峰谷差不尽相同，电网自身条件也不同，采取的调峰方式可能不尽相同。世界上发达国家电网的电源基本构成比较合理，一般是核电站和大型火电站担负基荷，水电站和燃汽轮机承担电网的调峰和调频。我国电网目前仍以火电为主，调峰主力还是火电机组承担。鉴于化石能源逐步开始耗竭，大量使用化石能源引起的环境污染和气候变化问题日趋严重，这种传统以火电机组为主的调峰模式与我国当前构建能源可持续发展体系、减小化石能源用量、增大核能与可再生能源份额的发展理念不相符。
[0003]压缩空气储能技术是一种新型能源储存技术。它的基本原理是:在用电低谷期，利用多余的电能带动电动机和压缩机将空气压缩储存起来，在用电高峰，储存在储气室中的高压空气进入膨胀机膨胀做功，带动发电机发电。应用空气储能技术能够在用电低谷时将多余的电能以压缩空气内能的形式储存，在用电高峰时将电能释放补充电能不足，从而达到削峰填谷的目的，提高电厂经济性。同时还能调节供电频率和电压，管理电能质量，保证电网运行的安全性和电能品质，促进可再生能源如风电和太阳能发电的利用。
[0004]但是，传统压缩空气储能技术需要很大的储气室来储存压缩空气，受到地理位置的限制，且能量密度小。因此，一种更优的供冷、供热及供电装置亟待出现。
【发明内容】
[0005]本发明实施例中提供了一种夏供冷冬供热冷热电三联供装置及方法，以解决现有技术中压缩机压缩空气时压缩热白白浪费得不到利用，压缩空气只能用来发电，无法灵活运用到分布式能源系统中的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案:
[0007]—种夏供冷冬供热冷热电三联供装置，包括多级空气压缩系统、太阳能相变蓄热系统、空气液化系统和膨胀机冷热电三联供系统；
[0008]所述多级空气压缩系统包括低压压缩机组、级间冷却器、高压压缩机组、级末冷却器，其中，低压压缩机组出口与级间冷却器热端入口相连，级间冷却器热端出口与高压压缩机组入口相连，高压压缩机组出口与级末冷却器热端入口相连；
[0009]所述太阳能相变蓄热系统包括太阳能集热器、相变蓄热器、导热油槽，其中，导热油槽出口分别与太阳能集热器入口、级间冷却器冷端入口、级末冷却器冷端入口、相变蓄热器相连，太阳能集热器出口与相变蓄热器入口相连，级间冷却器、级末冷却器冷端出口均与相变蓄热器入口相连，相变蓄热器第一出口与导热油槽入口相连；
[0010]所述空气液化系统包括主换热器、节流阀、低温液体储罐、保冷箱，其中，主换热器热端入口与级末冷却器热端出口相连，主换热器热端出口与节流阀入口相连，节流阀出口与低温液体储罐入口相连，低温液体储罐底部出口与主换热器冷端入口相连，低温液体储罐顶部出口排空，主换热器、节流阀、低温液体储罐均处于保冷箱内；
[0011]所述膨胀机冷热电三联供系统包括回热器、高压膨胀机组、级间再热器、低压膨胀机组、热水器、供热/供冷头，其中，回热器冷端入口与主换热器冷端出口相连，回热器热端入口与相变蓄热器第二出口相连，回热器热端出口与导热油槽入口相连，回热器冷端出口与高压膨胀机组入口相连，高压膨胀机组出口与级间再热器冷端入口相连，级间再热器冷端出口与低压膨胀机组相连，级间再热器热端入口与相变蓄热器第二出口相连，级间再热器热端出口与导热油槽入口相连，热水器热端入口与相变蓄热器第三出口相连，热水器热端出口与导热油槽入口相连，供热/供冷头与低压膨胀机组出口相连。
[0012]优选地，所述低压压缩机组入口接空气源，包括至少一台低压空气压缩机。
[0013]优选地，所述的高压压缩机组入口接级间冷却器出口排出的高压空气，包括至少一台高压空气压缩机。
[0014]优选地，所述的太阳能集热器采用平板型太阳能集热器。
[0015]优选地，所述的相变蓄热器内填充有相变蓄热材料，相变蓄热材料选用熔融盐类高温相变蓄热材料，该相变蓄热材料固液相变温度区间应在350K-700K之间。
[0016]优选地，所述的主换热器应是绕管式换热器或板式换热器。
[0017]优选地，所述的低温液体储罐应是压力容器，工作压力应为1MPa以上。
[0018]优选地，所述的高压膨胀机组入口接回热器出口排出的高压空气，包括至少一台高压空气膨胀机。
[0019]优选地，所述的低压膨胀机组出口通大气，包括至少一台低压空气膨胀机。
[0020]一种夏供冷冬供热冷热电三联供方法，其采用上述的夏供冷冬供热冷热电三联供装置，包括以下步骤:
[0021]步骤S100:压缩空气和回收压缩热，具体包括:利用电源驱动低压压缩机组、高压压缩机组，逐级压缩空气，低压压缩机组压缩空气后空气温度升高，经级间冷却器热端入口进入级间冷却器，同时关闭导热油槽与相变蓄热器相连的的出口，导热油由导热油槽出口排出，经级间冷却器冷端入□进入级间冷却器，在级间冷却器中导热油与压缩空气换热，压缩空气被冷却到接近常温，进入高压压缩机组，导热油升温后由级间冷却器冷端出口排出，经相变蓄热器入口进入相变蓄热器，空气在高压压缩机组中进一步压缩，在级末冷却器中与导热油槽中排出的导热油换热，导热油升温后由第级末冷却器冷端出口排出，经相变蓄热器入口进入相变蓄热器；
[0022]同时，导热油由导热油槽出口排出，进入太阳能集热器，在太阳能集热器中，该部分导热油吸收太阳能升温，升温后进入相变蓄热器，在相变蓄热器中，分别由级间冷却器、级末冷却器冷端出口中排出的导热油与太阳能集热器中排出的导热油混合，加热相变蓄热器中的相变蓄热材料使其熔化，导热油被冷却后排出相变蓄热器第一出口，进入导热油槽，在导热油槽中冷却至常温后再分别进入级间冷却器、级末冷却器与太阳能集热器，完成导热油吸收压缩热、加热相变蓄热材料的循环；
[0023]步骤S200:进行空气液化，减小空气储存体积，具体包括:级末冷却器排出的空气经主换热器热端后进入节流阀，在节流阀中由于节流效应，空气压力降低，温度降低，此后空气进入低温液体储罐，初始阶段关闭低温液体储罐顶部出口，空气经低温液体储罐底部出口排出，经主换热器冷端入口进入主换热器，在主换热器冷端内和主换热器热端流过的高压空气换热，利用节流效应的冷量冷却主换热器热端的高压空气，然后经主换热器冷端出口排出，以上过程重复进行，主换热器热端流过的高压空气温度不断降低，直至冷却至液化温度附近，经节流阀节流后部分液化，然后打开低温液体储罐顶部出口，以保证经低温液体储罐底部出口排出的为纯液态空气，节流过程继续进行，主换热器热端流过的高压空气温度继续降低，直至冷却至液化温度以下，经节流阀节流后全部液化成液态空气，形成主换热器热端高压空气和冷端液态空气的稳定换热过程，换热后高压空气温度降至液化温度以下，经过节流阀节流后液化成液态空气流入低温液态储罐，再进入主换热器冷端与主换热器热端高压空气换热后排出，经回热器冷端入口进入回热器；
[0024]步骤S300:根据供冷或供热目标选择是否通过相变蓄热材料释放压缩热加热空气，具体包括:
[0025]若目标为供冷，则关闭相变蓄热器第二出口与回热器热端入口相连处的