一种以高压水为储热介质的储能释能装置及其控制方法与流程

本发明属于储能释能装置，具体涉及一种以高压水为储热介质的储能释能装置及其控制方法。

背景技术：

1、储能技术的应用在很大程度上解决了新能源发电的波动性与间歇性等弊端，也有效解决了移峰填谷的技术难题，近年来受到广泛的应用。

2、目前，储能系统常用的储热介质主要有水、熔融盐及导热油，上述三种储热介质在实际应用中均存在一定的弊端；其中，间断性储热、放热以及储热温度等级较低时，熔融盐会发生凝固，导致管道堵塞，不利于储能系统的安全稳定运行；导热油适合较宽的温度范围，能够实现间断性储热、放热，但是导热油易燃，导致储能系统的安全性较低，应用领域也因此受到限制；水作为储热介质时相较上述两种储热介质具有清洁环保、成本低、易获取、比热容大等优势，目前受到了越来越多的重视。

3、现有技术中，由于储热罐通常为恒容容器，随着储热水流出储热罐去进行热量释放，储热罐中的储热水逐渐减少，水压会逐渐降低，导致液态水闪蒸为气态，造成储热罐内压力大幅度波动，从而影响储能系统的储热效果和系统安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种以高压水为储热介质的储能释能装置及其控制方法，以解决上述存在的至少一个技术问题。本发明提供的技术方案中，以高压水为储热介质，在换热的过程中通过补入同一压力的气体来维持储热罐内压力稳定，可解决采用水作为储热介质导致的储热罐内压力大幅度波动的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明第一方面提供的一种以高压水为储热介质的储能释能装置，包括：第一储罐、第一换热器、第二储罐、第二换热器和第三换热器；

4、所述第一储罐的第一出口经所述第一换热器的第一换热通道与所述第二储罐的第一进口相连通，所述第二储罐的第一出口经所述第二换热器的第一换热通道与所述第一储罐的第一进口相连通；

5、所述第一储罐的第二出口经所述第二换热器的第二换热通道与所述第二储罐的第二进口相连通，所述第二储罐的第二出口经所述第三换热器的第一换热通道与所述第一储罐的第二进口相连通；

6、其中，所述第一储罐用于存储待换热的高压低温水和换热后的高压低温气体，所述第二储罐用于存储换热后的高压高温水和待换热的高压高温气体；其中，所述高压低温水、所述高压低温气体、所述高压高温水以及所述高压高温气体的压力相同，且均大于等于所述第一换热器的第一换热通道的出口水温下的饱和压力；气体为不溶于水且不与水反应的气体；

7、所述储能释能装置储能时，第一储罐内的高压低温水经第一换热器吸热后进入第二储罐，第二储罐内的高压高温气体经第二换热器放热后进入第一储罐；

8、所述储能释能装置释能时，第二储罐内的高温高压水经第三换热器放热后进入第一储罐，第一储罐内的高压低温气体经第二换热器吸热后进入第二储罐。

9、本发明储能释能装置的进一步改进在于，还包括：储能释能子系统；

10、所述储能释能子系统包括第一管路通道、第二管路通道和储热罐；所述第一管路通道依次经所述第二换热器的第三换热通道、所述第二管路通道与所述储热罐相连通；所述第一管路通道设置有第二控制阀，所述第二管路通道设置有第四控制阀；

11、所述储能释能子系统储能时，所述储能释能子系统的介质经第一管路通道进入第二换热器吸热后，经第二管路通道进入储热罐；

12、所述储能释能子系统释能时，所述储热罐中的介质由第二管路通道进入所述第二换热器放热后，经第一管路通道流出。

13、本发明储能释能装置的进一步改进在于，所述储能释能子系统采用的介质为常压空气，所述第一管路通道与大气连通。

14、本发明储能释能装置的进一步改进在于，所述第二储罐内存储的待换热的高压高温气体的温度小于等于150℃，所述储能释能子系统采用的介质为带有预设压力的水；

15、其中，所述预设压力大于等于150℃温度下的饱和压力。

16、本发明储能释能装置的进一步改进在于，还包括：第三管路通道和第四管路通道；

17、所述第一换热器的第一换热通道的进口依次经所述第三管路通道、所述第二换热器的第四换热通道、所述第四管路通道与所述第一换热器的第一换热通道的出口相连通；

18、所述第三管路通道或所述第四管路通道上设置有第五控制阀。

19、本发明储能释能装置的进一步改进在于，所述第二储罐还设置有电加热装置，用于在所述第二储罐内存储的待换热的高压高温气体的温度低于预设阈值温度时提升气体温度。

20、本发明储能释能装置的进一步改进在于，所述储能释能装置用于储存的热量温度在374℃以下。

21、本发明储能释能装置的进一步改进在于，在储能和释能的过程中，作为工质的水、气体流量的关系为，

22、

23、式中，min表示第一储罐的进口气体质量或者第二储罐的进口水质量，ρin表示第一储罐的进口气体密度或者第二储罐的进口水密度，mout表示第一储罐的出口水质量或者第二储罐的出口气体质量，ρout表示第一储罐的出口水密度或者第二储罐的出口气体密度。

24、本发明储能释能装置的进一步改进在于，在储能和释能的过程中，所述第一储罐与所述第二储罐均预留预设裕量，用于水封。

25、本发明提供的一种以高压水为储热介质的储能释能装置的控制方法，用于本发明第一方面所述的储能释能装置，包括以下步骤：

26、储能时，若所述第一储罐内的待换热的高压低温水输入所述第一换热器进行吸热，换热后的高压高温水存储于所述第二储罐，则第二储罐内的待换热的高压高温气体输入所述第二换热器进行放热，换热后的高压低温气体存储于所述第一储罐；其中，所述高压低温水、所述高压低温气体、所述高压高温水以及所述高压高温气体的压力相同，且均大于等于所述第一换热器的第一换热通道的出口水温下的饱和压力；

27、释能时，若所述第二储罐内的换热后的高压高温水输入所述第三换热器进行放热，换热后的高压低温水存储于所述第一储罐，则所述第一储罐内的高压低温气体输入所述第二换热器进行吸热，换热后的高压高温气体存储于所述第二储罐。

28、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

29、本发明提供的储能释能装置中，以高压水为储热介质，第一储罐内高压水流出进行换热的过程中通过补入同一压力的气体来维持第一储热罐内压力稳定，第二储罐内高压低温气体流出进行换热的过程中通过补入同一压力的水来维持第二储热罐内压力稳定，可解决采用水作为储热介质导致的储热罐(如第一储罐、第二储罐)内压力大幅度波动的技术问题；能够在实现热量灵活存储与释放的同时，提高储能系统储热效果和系统安全性，具有储热效率高、工作灵活稳定、安全性高等优点；本发明利用不溶于水且不与水反应的高压气体作为压力保持工质，能够保证装置工作过程中水压变化极小甚至不变，大大提升装置稳定性。

30、本发明中，通过设置储能释能子系统，可在储热过程中吸收高压气体热量，并在放热过程中加热高压气体；控制储、放热过程中高压气体温度与高压水温度接近，防止高压水与高压气体进行换热，产生热损失，有效提升装置储热效率。

31、本发明的控制方法能够实现在外界热量富裕时将多余热量储存，并在外界热量匮乏时完成热量释放，实现能量的充分利用；能够通过控制储、放热时长及工质流量控制存储的热量，从而灵活实现能量的充分利用。