[發明專利]固體串聯型熱泵式循環儲能方法及裝置

有效

• 申請號: 201810258652.3
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108534575B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 沈佳杰;鄒楊;戴葉;袁曉鳳
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: F28D20/00
• 分類號: F28D20/00;F28F21/04;F24D11/00;F24F5/00;F01D15/10
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

本發明提供一種固體串聯型熱泵式循環儲能方法及裝置，包括儲能模式、發電模式和熱能綜合利用模式。在采用儲能模式時，常溫工作介質經壓縮機絕熱壓縮，再經固體蓄熱系統進行等壓放熱，后進入透平絕熱膨脹對外做功，然后通過固體蓄冷系統進行等壓吸熱；隨后回到壓縮機并重復上述過程；其裝置則沿工作介質的走向依次排布有流量控制閥、壓縮機、固體蓄熱系統、透平和固體蓄冷系統且形成回路。發電模式和熱能綜合利用模式則與之相反。本發明通過高效的固體串聯型熱泵式循環儲能方法及裝置，解決光伏發電以及風能發電中的棄風以及棄光問題以及電網峰谷電的削峰填谷問題，高效地供電供暖，或在供電的同時提供暖氣以及冷氣等熱能綜合應用。

技術領域

本發明涉及一種儲能的方法及其裝置，特別是一種固體串聯型熱泵式循環儲能方法及裝置。

背景技術

隨著科技的發展以工業的進步，現代社會原來越離不開以電能為基礎的能源，然后電能的供需不匹配往往照成很多的浪費，從電能的供應角度講，以太陽能以及風能為代表的綠色能源是能源發展的一個長期趨勢，然而由于綠色能源一般受到天氣、季節，陽光等自然條件的影響，難以提供穩定的能源輸出，從而很難輸出與電網匹配的電力。因此現階段綠色能源的棄風以及棄光問題非常嚴重。另一方面，從電能的需求角度講，社會對電能的需求在時間上是不均勻的，時段上晝夜用電的峰谷現象以及夜間對冷氣以及暖氣的需求高于用于驅動電器的電力，

為了將棄風以及棄光的電能加以利用，另一方面根據用電需求對供電削峰填谷并滿足冷氣與供暖的需求，通過儲能技術將能源供需不匹配問題均勻化，并綜合考慮電能的綜合利用是很有必要的。蓄熱儲能作為三大儲能技術中唯一沒有選址要求的，蓄熱磚或陶瓷作為一種廉價且高熱容的材料，具有很高的溫度適用性，即可用于蓄熱也可用于蓄冷，結合可逆熱力學循環原理，通過制冷循環將電能通過蓄熱以及蓄冷進行儲能，另一方面根據需求，在用電高峰時期通過發電，供暖以及冷氣等形式釋放。

本申請人的在先申請(申請號201711402735.7)公開了一種熱泵式儲能供電供熱方法及裝置，通過互為可逆的制冷儲能和供電供熱的方法及其裝置，解決光伏發電以及風能發電中的棄風以及棄光問題，一方面該在先申請僅僅具有一種供電模式，未考慮夜間對冷氣以及供暖需求大于電能的情況；另一方面液體蓄熱有很嚴格的溫度顯示，需要考慮液體蓄熱介質的熔點以及沸點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服傳統電加熱蓄熱介質儲能方式轉換效率低下的缺點，同時克服光伏發電以及風能發電中的棄風以及棄光以及峰谷電的削峰填谷問題，提供一種儲能綜合利用的固體串聯型熱泵式循環儲能方法及裝置。

本發明一方面借鑒熱力學中卡諾循環與逆卡諾循環互為可逆的原理，通過逆卡諾循環做功將低溫熱源的熱量轉移到高溫熱源實現儲能，再通過高溫熱源的熱量轉移到低溫熱源時對外界做功實現釋能。另一方面采用價格低廉的蓄熱磚以及陶瓷材料作為蓄熱或蓄冷介質，這些材料具有適用溫度廣、成本低，不相變等特性。此外我們將固體蓄熱系統或固體蓄冷系統設計為蓄熱磚或陶瓷材料的固體小塊串聯的形式，使得每個固體蓄熱子模塊或固體蓄冷子模塊之間相互獨立，以便于形成自然的溫度梯度。

由此，本發明提供一種固體串聯型熱泵式循環儲能方法，其包括儲能模式和釋能模式，其中，

儲能模式：常溫的工作介質經過壓縮機絕熱壓縮之后，通過固體蓄熱系統進行等壓放熱過程，然后進入透平絕熱膨脹對外做功，然后通過固體蓄冷系統進行等壓吸熱；隨后回到壓縮機并重復上述過程；

所述釋能模式包括以下兩種可切換的模式：

(1)發電模式：常溫的工作介質通過固體蓄冷系統進行等壓放熱，然后經過壓縮機絕熱壓縮，繼而通過固體蓄熱系統進行等壓吸熱，然后進入透平絕熱膨脹對外做功，最后作為熱源釋放到外界；在此過程中凈輸出的功用于供電；