耦合热化学储热的风光一体化储能系统及其运行方法

本发明涉及风光发电和热储能，具体涉及耦合热化学储热的风光一体化储能系统及其运行方法。

背景技术：

1、在可再生能源中以太阳能和风能使用最为广泛，但是风能、太阳能发电本身具有较大的波动性和间歇性，直接大规模并网会给电力系统安全稳定带来巨大冲击，这也是我国可再生能源发电消纳困难、弃风、弃光问题严重的原因之一。而风光一体化卡诺电池储能技术作为热储能技术中极具潜力的一种方法，可将波动性较大的太阳能和风能转化为热能存储，再将热能转化为稳定的电能输出，可有效的解决可再生能源难并网的问题。然而，目前缺乏对风光发电与卡诺电池储能耦合系统构型的设计及运行控制方法。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种耦合热化学储热的风光一体化储能系统及其运行方法，可有效解决风光发电波动大难并网的问题，有效消纳新能源并且可维持电网稳定

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种耦合热化学储热的风光一体化储能系统，包括储能系统和释能系统；其中，

4、所述储能系统包括电网系统1、电加热器2、风能发电机组3、多级充电压缩机4、太阳能驱动热化学储能反应器5、充电回热器6、充电膨胀机7、充电低温换热器8、低温储冷罐9、1#储冷介质泵10、第一阀门4-1、第二阀门4-2和第三阀门4-3；其中，风能发电机组3将风能转化为机械能，带动多级充电压缩机4工作；常温低压工质经过多级充电压缩机4后产生高温高压工质，多级充电压缩机4出口的一部分高温高压工质先流过第二阀门4-2，被电加热器2加热升温后的工质流过第三阀门4-3后与另一部分经过第一阀门4-1后的高温高压工质混合进入太阳能驱动热化学储能反应器5，在太阳能的驱动下进行化学反应过程，太阳能驱动热化学储能反应器5出口的中温高压工质在充电回热器6中释放热量，充电回热器6出口的常温高压工质在充电膨胀机7中继续做功，产生低温低压工质，低温低压工质先在充电低温换热器8吸收低温储冷介质的热量，然后在充电回热器6中吸收热侧高温工质的热量，充电回热器6冷侧出口为常温低压工质，常温低压工质进入多级充电压缩机4，重复此过程；同时，低温储冷罐9中的高温储冷介质经过1#储冷介质泵10，之后在充电低温换热器8中放热后形成低温储冷介质进入低温储冷罐9，重复此过程；

5、所述释能系统包括电网系统1、太阳能驱动热化学储能反应器5、低温储冷罐9、放电压缩机11、多级放电膨胀机12、放电回热器13、工质-空气换热器14、放电低温换热器15、发电机16和2#储冷介质泵17；其中，超低温低压工质经过放电压缩机11后产生常温高压工质，常温高压工质在放电回热器13中吸收热量，之后中温高压工质进入太阳能驱动热化学储能反应器5内吸收化学反应过程释放的热量后产生高温高压工质，然后高温高压工质进入多级放电膨胀机12中做功，产生机械能并在发电机16中转化为电能，向电网系统1输出，高温高压工质经过多级放电膨胀机12后继续在放电回热器13中释放热量形成低温低压工质，然后低温低压工质在工质-空气换热器14向外界空气释热，之后工质进入放电低温换热器15向低温储冷介质放热，最终得到超低温低压工质，超低温低压工质进入放电压缩机11，重复此过程；同时，低温储冷罐9中的低温储冷介质依次经过2#储冷介质泵17和放电低温换热器15后形成高温储冷介质进入低温储冷罐9重复此过程。

6、进一步地，太阳能驱动热化学储能反应器5采用氧化钙和水作为化学反应过程，运行温度区间为80～615℃；低温储冷罐9采用作为有机物庚烷作为储冷介质，运行温度区间为-20～25℃。

7、进一步地，风光一体化储能系统采用的循环工质为氮气，循环形式采用布雷顿循环，最高工作温度为600℃，最低工作温度为-10℃。

8、进一步地多级充电压缩机4至少由4级压缩机组成，采用离心式压缩机，出入口综合压比达9.6；多级放电膨胀机12至少由3级膨胀机组成，采用轴流式膨胀机，进出口膨胀比达7.2。

9、进一步地，充电回热器6和放电回热器13、工质-空气换热器14、充电低温换热器8和放电低温换热器15均采用管壳式换热器。

10、进一步地，太阳能驱动热化学储能反应器5包括3个入口和3个出口，低温储冷罐9包括2个入口和2个出口。

11、进一步地，风能发电机组3、多级充电压缩机4和充电膨胀机7同轴相连；放电压缩机11、多级放电膨胀机12和发电机16同轴相连。

12、所述耦合热化学储热的风光一体化储能系统的运行方法，

13、1)当太阳能和风能充足时，电网系统1连接的电加热器2停止工作，风能发电机组3输出的机械能作为储能系统中多级充电压缩机4的输入能量来源，太阳能作为太阳能驱动热化学储能反应器5内化学反应的能量来源，利用耦合热化学储热的风光一体化储能系统将风能和太阳能转化为化学生成物的化学能进行存储；具体地，开启第一阀门4-1，关闭第二阀门4-2和第三阀门4-3，风能发电机组3带动多级充电压缩机4工作，产生的高温高压工质经过第一阀门4-1后进入太阳能驱动热化学储能反应器5内释放热量，此时将太阳能和风能转化为化学反应中生成物的化学能，最终储存到太阳能驱动热化学储能反应器5中；

14、2)当太阳能和风能不足且用电处于低谷时，风能发电机组3输出的机械能作为储能系统中多级充电压缩机4的输入能量来源，电网系统1输送电能驱动电加热器2参与加热工质，太阳能、风能和电网输入的电能共同作为太阳能驱动热化学储能反应器5内化学反应的能量来源，利用耦合热化学储热的风光一体化储能系统将风能、太阳能和电能转化为化学生成物的化学能进行存储；具体地，开启第一阀门4-1、第二阀门4-2和第三阀门4-3，风能发电机组3带动多级充电压缩机4工作，常温低压工质在多级充电压缩机4中升温加压后分两路，一路工质经过第一阀门4-1进入太阳能驱动热化学储能反应器5，另一路工质经过第二阀门4-2、电加热器2和第三阀门4-3后也进入太阳能驱动热化学储能反应器5，此时高温高压的工质与太阳能提供的热量作为太阳能驱动热化学储能反应器5的能量来源，推动化学反应的进行，将风能、太阳能和电能转化为化学反应中生成物的化学能，最终储存到太阳能驱动热化学储能反应器5中；

15、3)当太阳能、风能不足且用电处于高峰时，此时释能系统参与运行，超低温低压工质经过放电压缩机11升温升压后在放电回热器13中吸收热量，之后中温高压工质进入太阳能驱动热化学储能反应器5中，吸收化学反应过程释放的热量从而产生高温高压工质，然后高温高压工质进入多级放电膨胀机12中做功，产生机械能并在发电机16中转化为电能向电网系统1输出，实现了化学能到电能的转化过程。

16、和现有技术相比，本发明具有以下优点：

17、(1)通过风光发电与卡诺电池储能的集成，可有效解决风光发电波动大难并网的问题，有效消纳新能源并且可维持电网稳定；

18、(2)采用热化学储热的方式，相比于传统的显热或潜热储热方式循环效率更高，储能密度更高；

19、(3)采用的工质为氮气，相较于其他工质具有安全性高和经济性好的优点。