本发明涉及一种用于电能削峰填谷装置和方法，尤其涉及一种用于电能削峰填谷的蓄热式液态金属磁流体发电装置和方法，其属于节能减排领域。
背景技术：
电力系统的需求侧由三类消费者构成，分别为工业、家庭和商用，家庭和商业用电需求占总用电量的绝大部分，每天的用电量存在明显的早高峰和晚高峰以及夜间低谷，但发电厂每时段发出的电是相对固定的，若能充分利用发电厂夜间多余的发电量来补充白天发电量的不足，就能实现发电量削峰填谷的目的，减少了能源的浪费。
热能存储是通过加热的方式来增加储能媒质的内能来实现的，按照存储热能的形式分为显热、潜热和热化学储能，储能温度可达1000K左右，很多金属的熔点都是几百K，因此利用储能媒质的热量来使金属保持液态在技术上是可行的。
磁流体发电机主要有两种形式，高温等离子气体磁流体发电机和液态金属磁流体发电机(Liquid metal MHD简称LMMHD)，前者是以石油、煤、天然气等为热源，以高温电离的导电气体为工质来发电的，虽然它和蒸汽联合循环的发电效率可达50％～60％，但其对热源温度要求很高，通常在3000K左右。
液态金属相比高温气体，具有导电率高，比热大，热源温度要求不高等优点，由于液态金属粘滞性较大，故在液态金属中掺进易挥发的流体(如甲苯、乙烷、水蒸气等)。这些液体一旦加入液态金属中，立刻沸腾成气泡，膨胀的气泡像多级活塞泵一样推动液态金属快速流过发电通道。液态金属磁流体发电系统有着以下优点:(1)由于气体膨胀时仍可以被液态金属加热，近似于等温膨胀，加上气体和液态金属的直接接触传热，在同一热源温度下，它的效率是相当高的；(2)磁流体发电通道无需经过机械转换环节，直接将热能转换为电能，不仅可以使设计更加简单，减少了系统的成本，而且能量利用率更高；(3)可选择的热源范围很大，既可以是普通的煤、石油、天然气、也可以是核能，还可以利用做功能力较差的热源，比如太阳能、工业废热；(4)可以作为联合循环中的一级，既可以是顶级，也可以是低级，增加了应用的范围,同时联合循环可以提高系统的效率。
从短期看，电力输出的日常变化在一定程度上可以通过现有传统发电厂来补偿，但是这样会产生额外的成本，产生这些成本的因素包括频繁循环的低效率欠载运行及快速负荷增加，这会对发电设备造成损坏，从而需要耗费更多的维护成本等，在这些情况下，夜间使用储能装置将多余的电量储存、白天再把这些能量释放出来重新转换为电量的做法是值得考虑的。从环境的角度来看，延迟用电可以在非峰荷时段将低碳排放热源的发电量转移到峰荷时段使用，从而减少对高碳能源的消耗，有利于碳减排。
技术实现要素：
发明目的：针对上述现有技术，提出用于电能削峰填谷的蓄热式液态金属磁流体发电装置及方法，实现对电能削峰填谷的作用。
技术方案：一种用于电能削峰填谷的蓄热式液态金属磁流体发电装置，包括蓄放热系统、液态金属磁流体发电系统和热水系统；
所述蓄放热系统包括发电厂、第一泵、加热器和电蓄热器；电蓄热器导热油出口与第一泵导热油入口连接，第一泵导热油出口与加热器导热油入口a连接，加热器导热油出口b与电蓄热器导热油入口连接；所述发电厂夜间供电给电蓄热器，白天电蓄热器通过导热油供热给加热器；
所述液态金属磁流体发电系统包括磁流体泵、温控器、混合器、电加热器、发电通道、第二泵和分离器；所述加热器液态金属出口d与磁流体泵液态金属入口连接，磁流体泵液态金属出口与混合器液态金属入口e连接，混合器混合流体出口与发电通道混合流体入口连接，发电通道混合流体出口与分离器混合流体入口连接，分离器液态金属出口g与加热器液态金属入口c连接；
所述热水系统包括冷凝器、冷水输入管道和热水输出管道；所述分离器低沸点工质蒸气出口h与冷凝器低沸点工质蒸气入口i连接，冷凝器低沸点工质出口j与泵低沸点工质入口连接，泵低沸点工质出口与混合器低沸点工质入口f连接，所述冷水输入管道和冷凝器入口k连接，冷凝器出口l与热水输出管道连接；温控器用于实时监测混合器中液态金属温度，当混合器中液态金属温度低于其熔点时，电加热器自动开启，保证混合器中液态金属温度高于其熔点而不发生凝固。
一种用于电能削峰填谷的蓄热式液态金属磁流体发电方法，包括如下步骤：
步骤1，发电厂夜间供电给电蓄热器，电蓄热器的储能媒质温度升高，将电能转化为热能，电蓄热器处于蓄能阶段；
步骤2，白天电蓄热器停止蓄能，通过导热油吸收电蓄热器储能媒质中的热量，并通过泵传递给加热器对液态金属加热，温度降低后的导热油回到电蓄热器再次吸收储能媒质中的热量，电蓄热器处于放能阶段；
步骤3，液态金属经加热器加热后温度升高，通过磁流体泵输送到混合器中与低沸点工质混合，低沸点工质汽化并膨胀后推动液态金属流动进入MHD发电通道，液态金属流动切割磁感线发电；
步骤4，流过MHD发电通道后的液态金属进入分离器进行两相分离，分离出来的液态金属经加热器加热，并经磁流体泵加压后再次进入混合器，分离出来的低沸点工质蒸气进入冷凝器冷凝成液体，然后被加压后再次进入混合器；设置一个温控器实时监测混合器中液态金属温度，当液态金属温度低于其熔点时，电加热器自动开启，加热混合器中的液态金属。
有益效果：(1)利用夜间用电低谷时将多余的电给电蓄热器加热，将电能转换成热能，避免夜间电能的浪费，白天外界用电高峰时再把电蓄热器中的热能转化成电能，以满足用户用电需求，实现该装置对电能削峰填谷的作用，避免了白天发电厂为满足外界用电需求对高碳能源的消耗，有利于碳减排；
(2)避免了发电设备在用电低谷时低效率欠载运行及用电高峰时快速负荷增加的频繁循环对发电设备造成损坏，降低对设备的维护成本；
(3)该发电装置无需经过机械转换环节，直接将热能转换为电能，不仅可以使设计更加简单，减少了系统的成本，而且能量利用率更高；
(4)冷媒水经冷凝器预热后可返回锅炉或作为生活用水，在一定程度上可减少加热水的能耗；
(5)该磁流体发电系统发电效果显著，经数值模拟计算，磁流体发电系统的工作流体经低沸点工质汽化膨胀推动后，速度提升效果可达3倍以上；
(6)本发明实现了结构紧凑、经济性好、系统稳定的电能削峰填谷目的，有利于节能减排、低碳环保。
附图说明
图1为本发明用于电能削峰填谷的蓄热式液态金属磁流体发电装置的结构示意图；
其中：1-发电厂；2-第一泵；3-加热器；4-电蓄热器；5-磁流体泵；6-温控器；7-混合器；8-电加热器；9-发电通道；10-泵；11-分离器；12-冷凝器；13-冷水输入管道；14-冷水输出管道；a-加热器导热油入口；b-加热器导热油出口；c-加热器液态金属入口；d-加热器液态金属出口；e-混合器液态金属入口；f-混合器低沸点工质入口；g-分离器液态金属出口；h-分离器低沸点工质蒸气出口；i-冷凝器低沸点工质蒸气入口；j-冷凝器低沸点工质出口；k-冷凝器冷水入口；l-冷凝器热水出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种用于电能削峰填谷的蓄热式液态金属磁流体发电装置，包括蓄放热系统、液态金属磁流体发电系统和热水系统。
蓄放热系统包括发电厂1、泵2、加热器3和电蓄热器4。其中，电蓄热器4导热油出口与泵2导热油入口连接，泵2导热油出口与加热器3导热油入口a连接，加热器3导热油出口b与电蓄热器4导热油入口连接。发电厂1夜间供电给电蓄热器4，白天电蓄热器4通过导热油供热给加热器3。
液态金属磁流体发电系统包括磁流体泵5、温控器6、混合器7、电加热器8、发电通道9、泵10和分离器11。加热器3液态金属出口d与磁流体泵5液态金属入口连接，磁流体泵5液态金属出口与混合器液态金属入口e连接，混合器7混合流体出口与发电通道9混合流体入口连接，发电通道9混合流体出口与分离器11混合流体入口连接，分离器11液态金属出口g与加热器3液态金属入口c连接。
热水系统包括冷凝器12、冷水输入管道13和热水输出管道14。其中，分离器11低沸点工质蒸气出口h与冷凝器12低沸点工质蒸气入口i连接，冷凝器12低沸点工质出口j与泵10低沸点工质入口连接，泵10低沸点工质出口与混合器7低沸点工质入口f连接，冷水输入管道13和冷凝器12入口k连接，冷凝器12出口l与热水输出管道14连接。温控器6用于实时监测混合器7中液态金属温度，当混合器7中液态金属温度低于其熔点时，电加热器8自动开启，保证混合器7中液态金属温度高于其熔点而不发生凝固。上述各回路管道外敷保温材料以减少热量散失。
用于电能削峰填谷的蓄热式液态金属磁流体发电装置的工作过程为：
发电厂1夜间供电给电蓄热器4，电蓄热器4中的储能媒质温度升高，将电能转化为热能，电蓄热器处于蓄能阶段；白天电蓄热器4停止蓄能，导热油吸收电蓄热器4储能媒质中的热量，通过泵2传递给加热器3后温度降低，回到电蓄热器4再次吸收储能媒质中的热量，电蓄热器处于放能阶段。
液态金属经加热器3加热后温度升高，通过磁流体泵5输送到混合器7中与低沸点工质混合，由于直接接触，低沸点工质很快汽化、膨胀，加速推动液态金属流动，进入MHD发电通道9后，流体是两相混合物，通道内流动的液态金属在磁场作用下产生阻力,使流体压力沿通道下降,气体在压差下膨胀,进一步推动液态金属流动切割磁感线发电，然后进入分离器11进行两相分离，分离出来的液态金属经出口g通过加热器3加热、磁流体泵5加压后从入口e再次进入混合器7，而分离出来的低沸点工质蒸气经出口h进入冷凝器12冷凝成液体，然后被泵8加压从入口f再次进入混合器5；为保证混合器7中液态金属不发生凝固，设置一个温控器6实时监测液态金属温度，当液态金属温度低于其熔点时，电加热器8自动开启，加热混合器7中的液态金属。
冷水从冷水输入管道13经冷凝器12与高温低沸点工质热交换后温度升高成为热水，经热水输出管道14输出，提供冷水和消耗热水的单位可以是发电厂，也可以是住宅小区等单位，若为发电厂，提供的冷水可以是高温蒸汽经凝汽器冷凝后的冷凝水，冷凝水预热温度升高后送入锅炉，可以减少锅炉将水加热成过热蒸汽所消耗的化石燃料；若为住宅小区，提供的冷水可以是自来水，自来水加热温度升高后可作为生活热水。
目前电蓄热器的蓄热温度可达1000K左右，满足以上磁流体发电装置对热源温度的需求。磁流体发电主要有两种形式，高温等离子气体磁流体发电和液态金属磁流体发电。对上述蓄热温度1000K，适合采用液态金属磁流体发电。液态金属磁流体发电系统中加热后的高温液态金属进入混合器和低沸点工质混合，由于直接接触，低沸点工质很快汽化，推动液态金属流动，进入MHD发电通道后，流体是两相混合物，通道内流动的液态金属在磁场作用下产生阻力,使流体压力沿通道下降,金属气体在压差下膨胀,进一步推动液态金属流动切割磁感线发电。
本发明有效地利用了夜间发电厂多余的发电量，补充了白天发电厂发电量的不足，不仅充分利用了夜间多余的发电量，还避免了白天发电厂为满足用户用电需求对高碳能源的消耗，实现该装置对电能削峰填谷的作用；而且该装置无需经过机械转换环节，直接将热能转换为电能，可以使设计更加简单，减少了系统的成本，能量利用率更高。同时本发明用于电能削峰填谷的蓄热式液态金属磁流体发电装置实现了结构紧凑、经济性好、系统稳定的电能削峰填谷目的，有利于节能减排、低碳环保。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。