[發(fā)明專利]一種基于液體與固液工質(zhì)的混合蓄冷系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610075236.0
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105509527B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王俊杰;李路遙;王思賢;楊魯偉;鄧章
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02
• 代理公司: 深圳市科進知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)44316
• 代理人: 郝明琴

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及能源儲存技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于液體與固液工質(zhì)的混合蓄冷系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近些年來風(fēng)電總裝機容量和太陽能發(fā)電總裝機容量呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，但與其大力發(fā)展相對應(yīng)的是出現(xiàn)大量的棄風(fēng)限電現(xiàn)象，由于可再生能源具有的間歇性和不穩(wěn)定性特點而導(dǎo)致，其中2014年全國大型風(fēng)電年平均利用小時過低(平均1893h)。大規(guī)模儲能系統(tǒng)與可再生能源協(xié)同控制將使大型風(fēng)光發(fā)電站向受端電力系統(tǒng)供出電力平穩(wěn)、可靠、穩(wěn)定的電能，提高系統(tǒng)運行安全性，提升電網(wǎng)接納新能源發(fā)電的能力。

常規(guī)的儲能技術(shù)主要有飛輪儲能、電池儲能、超導(dǎo)儲能、超級電容器儲能、抽水儲能、壓縮空氣儲能和液態(tài)空氣儲能等。但是能夠持續(xù)數(shù)小時進行大容量輸出的儲能技術(shù)主要包括：抽水蓄能、電池儲能、壓縮空氣儲能和液態(tài)空氣儲能，它們是少數(shù)幾種能夠?qū)崿F(xiàn)長時間和大容量(數(shù)百到數(shù)千兆瓦時)儲能應(yīng)用的技術(shù)。抽水蓄能作為當(dāng)前最為成熟的大規(guī)模儲能應(yīng)用技術(shù)，具有效率高，儲能容量大，設(shè)備技術(shù)成熟等優(yōu)勢，但同時受到蓄水池選址難的限制，阻礙了其大規(guī)模的推廣應(yīng)用。電池儲能因其成本高，生產(chǎn)及后續(xù)處理存在環(huán)境污染等問題，目前難以推廣至大規(guī)模儲能領(lǐng)域。壓縮空氣儲能以空氣內(nèi)能形式進行能量儲存，可以使用多種類型的儲存方式，包括地下鹽洞和高壓氣體儲罐等。

低溫液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)，采用液態(tài)空氣作為儲能介質(zhì)，大大提高了儲能的密度，具有容量大、轉(zhuǎn)換效率高、無地理條件依賴、運行方式靈活、環(huán)境污染小等優(yōu)點，具有大規(guī)模推廣應(yīng)用的潛力。系統(tǒng)采用低谷電能驅(qū)動壓縮機將空氣壓縮，利用上個周期儲存的冷能將空氣冷卻液化后進入低溫儲槽中儲存；液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)釋能時，利用低溫泵將液態(tài)空氣從低溫儲槽中引出加壓，利用低溫蓄冷系統(tǒng)回收蓄存液態(tài)空氣復(fù)溫過程的冷能，使其吸熱復(fù)溫后推動透平膨脹機驅(qū)動發(fā)電機做功，同時低溫儲冷系統(tǒng)回收儲存液態(tài)空氣中的冷能用于下一個周期的空氣冷卻液化。影響液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)運行效率的高低在于蓄冷過程冷量回收利用過程效率的高低，目前主要采用固體介質(zhì)或者固液相變材料作為蓄冷介質(zhì)，如巖石、陶瓷、金屬塊，但是由于儲冷和釋冷的過程固體介質(zhì)導(dǎo)熱，產(chǎn)生很大的非穩(wěn)態(tài)傳熱溫差，當(dāng)前蓄冷效率一般只能達到50％。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實施例提供一種基于液體與固液工質(zhì)的混合蓄冷系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中蓄冷介質(zhì)在儲冷和釋冷的過程中存在較大非穩(wěn)態(tài)傳熱溫差導(dǎo)致系統(tǒng)損失的問題。

本申請實施例采用下述技術(shù)方案：

一種基于液體與固液工質(zhì)的混合蓄冷系統(tǒng)，用于低溫液態(tài)空氣儲能，包括多級液體工質(zhì)蓄冷模塊、固液相變工質(zhì)蓄冷模塊、及穿設(shè)所述液體工質(zhì)蓄冷模塊與固液相變工質(zhì)蓄冷模塊的氣體換熱流道，每個液體工質(zhì)蓄冷模塊包括儲冷換熱單元、釋冷換熱單元及用于儲存液體工質(zhì)的至少兩個儲存單元，所述兩個儲存單元分別連接于所述儲冷換熱單元和所述釋冷換熱單元之間以形成所述液體工質(zhì)以液相循環(huán)流動、換熱和儲存的通道。

優(yōu)選地，所述兩個儲存單元分別用于儲存熱態(tài)的液體工質(zhì)與冷態(tài)的液體工質(zhì)。

優(yōu)選地，所述液體工質(zhì)蓄冷模塊構(gòu)成多級串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述儲冷換熱單元包括多個串聯(lián)的第一換熱器，所述釋冷換熱單元包括多個串聯(lián)的第二換熱器，所述第一換熱器、所述用于儲存熱態(tài)液體工質(zhì)的儲存單元、所述第二換熱器、所述用于儲存冷態(tài)液體工質(zhì)的儲存單元依次通過管道順序連通形成所述液體工質(zhì)以液相循環(huán)流動、換熱和儲存的通道。

優(yōu)選地，所述液體工質(zhì)蓄冷模塊的第一換熱器與第二換熱器為翅板式換熱器或繞管式換熱器以增大第一換熱器與第二換熱器的換熱面積來實現(xiàn)小溫差高效換熱。

優(yōu)選地，所述液體工質(zhì)蓄冷模塊的用于儲存熱態(tài)液體工質(zhì)的儲存單元和所述第二換熱器之間、所述用于存儲冷態(tài)液體工質(zhì)的儲存單元和所述第一換熱器之間分別設(shè)有調(diào)節(jié)所述液體工質(zhì)流量的調(diào)節(jié)閥。

優(yōu)選地，所述液體工質(zhì)按照室溫300K-液氮溫區(qū)77K逐級分布。

優(yōu)選地，所述固液相變工質(zhì)蓄冷模塊包括單極蓄冷單元，所述氣體換熱流道以列管或盤管形式布置于所述單極蓄冷單元中，氣體通過氣體換熱流道依次與單極蓄冷單元換熱。

優(yōu)選地，所述單極蓄冷單元以泡沫鋁為基體填充固液相變工質(zhì)以增加換熱面積。

優(yōu)選地，所述固液相變工質(zhì)的相變溫度為130K～150K。