[發(fā)明專利]儲(chǔ)能的改進(jìn)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680030992.X
• 申請(qǐng)日: 2016-05-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107820534B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 克里斯·貝利;斯蒂芬·加雷斯·布雷特;斯圖爾特·內(nèi)爾梅斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 高維有限公司
• 主分類號(hào): F01K3/12
• 分類號(hào): F01K3/12;F01K3/16;F01K3/18;F01K13/02;F01K25/10
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 蔡石蒙;車文

一種低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括：液化裝置，其用于使氣體液化以形成制冷劑，其中液化裝置能夠控制用以從外部電源汲取功率以使氣體液化；低溫儲(chǔ)罐，其與液化裝置流體連通，以用于儲(chǔ)存由液化裝置產(chǎn)生的制冷劑；功率回收裝置，其與低溫儲(chǔ)罐流體連通，以用于通過(guò)加熱制冷劑以形成氣體并且使氣體膨脹來(lái)從來(lái)自低溫儲(chǔ)罐的制冷劑回收功率；熱儲(chǔ)熱器，其用于儲(chǔ)存熱的熱能，其中熱儲(chǔ)熱器和功率回收裝置被布置為使得來(lái)自熱儲(chǔ)熱器的熱的熱能能夠在功率回收裝置中膨脹之前和/或期間被傳遞到氣體；以及充能裝置，其能夠控制用以在由液化裝置汲取的功率低于閾值時(shí)從外部電源汲取功率，并且給低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)供應(yīng)熱能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲(chǔ)能系統(tǒng)和方法，具體是熱儲(chǔ)能系統(tǒng)和方法，并且更具體是低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

電力傳輸和配電網(wǎng)絡(luò)(或電網(wǎng))必須使電力的發(fā)電與來(lái)自消費(fèi)者的需求相平衡。目前，這通常通過(guò)以下實(shí)現(xiàn)：通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉電站并且/或者使一些電站在減小的負(fù)荷下運(yùn)行來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電側(cè)(供電側(cè))進(jìn)行調(diào)制。因?yàn)榇蠖鄶?shù)現(xiàn)有的熱電站和核電站當(dāng)在滿負(fù)荷下連續(xù)地運(yùn)行時(shí)效率最高，所以以這種方式使供電側(cè)平衡導(dǎo)致效率損失。預(yù)期有效間歇可再生能源發(fā)電容量(諸如風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽(yáng)能集熱器)將不久被引入到電網(wǎng)，并且這通過(guò)在發(fā)電側(cè)的各部分的可用性方面產(chǎn)生不確定性而將進(jìn)一步使電網(wǎng)的平衡復(fù)雜化。

電力儲(chǔ)存設(shè)備和系統(tǒng)通常具有三個(gè)操作階段：充電、儲(chǔ)存和放電。當(dāng)在傳輸和配電網(wǎng)絡(luò)上存在發(fā)電容量的短缺時(shí)，電力儲(chǔ)存設(shè)備通常在高度間歇基礎(chǔ)上發(fā)電(放電)。這可通過(guò)本地電力市場(chǎng)上電力的高價(jià)格或者通過(guò)來(lái)自負(fù)責(zé)電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)的組織對(duì)額外容量的請(qǐng)求而用信號(hào)通知儲(chǔ)存設(shè)備運(yùn)營(yíng)商。在諸如英國(guó)的一些國(guó)家中，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商為了向電網(wǎng)供應(yīng)后備儲(chǔ)量而與具有快速啟動(dòng)能力的發(fā)電廠的運(yùn)營(yíng)商簽訂合同。此類合同可達(dá)數(shù)月或甚至數(shù)年，但是通常電力提供商將工作(發(fā)電)的時(shí)間是非常短的。此外，在從間歇可再生發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)過(guò)度供應(yīng)電力時(shí)，儲(chǔ)存設(shè)備可在提供額外負(fù)荷時(shí)提供附加服務(wù)。風(fēng)速常常整夜在電力需求較低時(shí)是較高的。電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商必須通過(guò)較低的能源價(jià)格信號(hào)或與消費(fèi)者之間的特定合同來(lái)對(duì)電網(wǎng)上的額外電力需求進(jìn)行安排，以利用過(guò)度的電量供應(yīng)，或者限制來(lái)自其它電站或風(fēng)電場(chǎng)的電力的供應(yīng)。在一些情況下，特別是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)被補(bǔ)貼的市場(chǎng)中，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商將不得不承擔(dān)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商“關(guān)閉”風(fēng)電場(chǎng)的費(fèi)用。儲(chǔ)存設(shè)備為電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商提供可用于在過(guò)度供應(yīng)時(shí)使電網(wǎng)平衡的有用的額外負(fù)荷。

為讓儲(chǔ)存系統(tǒng)或設(shè)備在商業(yè)上可行，以下因素是重要的：每兆瓦(功率容量)的資本成本、每兆瓦時(shí)(能量容量)的資本成本、雙向循環(huán)(round trip cycle)效率以及相對(duì)于可根據(jù)初始投資預(yù)計(jì)的充電和放電循環(huán)次數(shù)的使用壽命。對(duì)于遍布的公用事業(yè)規(guī)模應(yīng)用，同樣重要的是，儲(chǔ)存設(shè)備在地理上不受約束，即它可被建在任何地方，特別是挨著高電力需求點(diǎn)或者挨著傳輸和配電網(wǎng)絡(luò)中的間歇或瓶頸源。

一個(gè)這樣的儲(chǔ)存設(shè)備技術(shù)是使用諸如液態(tài)空氣或液氮的制冷劑的能量的儲(chǔ)存(液態(tài)空氣儲(chǔ)能(LAES))，這在市場(chǎng)上提供許多優(yōu)點(diǎn)。廣義地說(shuō)，LAES系統(tǒng)將通常在充電階段中在低電力需求或來(lái)自間歇可再生發(fā)電機(jī)的過(guò)度電量供應(yīng)時(shí)期利用低成本或過(guò)剩電力，以在第一液化階段期間使諸如空氣或氮的工作流體液化。這然后在儲(chǔ)存階段期間作為低溫流體被儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中，并且隨后釋放，以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，從而在放電或功率回收階段期間在高電力需求或來(lái)自間歇可再生發(fā)電機(jī)的不足電量供應(yīng)時(shí)期產(chǎn)生電力。

LAES系統(tǒng)主要以機(jī)械方式為基礎(chǔ)，其中主要的系統(tǒng)部件是渦輪膨脹器、壓縮機(jī)和泵。盡管這些部件可給予幾分鐘的響應(yīng)時(shí)間，然而響應(yīng)通常不是即時(shí)的。

LAES系統(tǒng)常常包括熱儲(chǔ)存器，以儲(chǔ)存在制冷循環(huán)中使用的由壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量，以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行充電。此熱量然后用于在功率回收階段期間使工作流體(即，制冷劑)過(guò)熱，從而增加可以被回收的能量的量。也可以從同位過(guò)程儲(chǔ)存廢熱。

在儲(chǔ)存階段期間，盡管熱儲(chǔ)存器是絕熱的，但是發(fā)生熱量流出，從而使熱能的一小部分損失到周圍環(huán)境。

因此，改進(jìn)LAES系統(tǒng)的即時(shí)響應(yīng)同時(shí)也減輕來(lái)自熱儲(chǔ)存器的熱量流出的影響并且提供另外的熱量以便增加LAES系統(tǒng)的輸出將是有利的。