[發明專利]與火電廠耦合的熱泵級聯式儲能系統

在審

• 申請號: 202211448729.6
• 申請日: 2022-11-18
• 公開（公告）號: CN115717844A
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 雍青青;楊榮貴;靳開元;李小波
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F28D20/00
• 分類號: F28D20/00;F25B41/40;F25B41/30;F25B40/06;F25B30/02;F01D15/10
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 戴弘

1.一種與火電廠耦合的熱泵級聯式儲能系統，其特征在于，包括熱泵電加熱器聯合系統、級聯式換熱系統和氣氛保護系統，所述熱泵電加熱器聯合系統包括：電動機、壓縮機、膨脹機、回熱器、級聯式儲熱系統和儲冷系統；

所述電動機、所述壓縮機和所述膨脹機依次通過傳動軸連接，所述電動機適于與新能源發電系統連接；所述壓縮機的出氣口和所述膨脹機的進氣口通過熱氣管道連接，所述膨脹機的進氣口和所述壓縮機的進氣口通過反饋管道連接，形成封閉的熱泵回路；

所述級聯式儲熱系統包括第一換熱器、熱鹽罐、冷鹽罐、超高溫熔鹽加熱槽、電加熱器、超高溫鹽罐和高溫鹽罐，所述電加熱器設于所述超高溫熔鹽加熱槽內且適于與新能源發電系統連接；所述儲冷系統包括第二換熱器、低溫冷卻液罐和常溫冷卻液罐；所述級聯式換熱系統包括多級換熱器，所述多級換熱器包括一級換熱器和二級換熱器；

所述第一換熱器、所述冷鹽罐、所述一級換熱器和所述熱鹽罐依次通過第一熔鹽管道連接，形成第一儲熱回路；所述第一換熱器設置于所述熱氣管道上，使所述第一儲熱回路內的熔鹽能夠通過所述第一換熱器吸收所述熱泵回路內的工作氣體的熱能；所述高溫鹽罐、所述超高溫熔鹽加熱槽、所述超高溫鹽罐和所述二級換熱器依次通過第二熔鹽管道連接，形成第二儲熱回路，所述超高溫鹽罐和所述超高溫熔鹽加熱槽均密閉設置；所述一級換熱器和二級換熱器通過蒸汽管道串聯并適于通過所述蒸汽管道與火電廠耦合連接，形成釋熱回路；所述第一儲熱回路和所述第二儲熱回路內的熔鹽一一對應通過所述一級換熱器和所述二級換熱器向所述釋熱回路內的水和/或蒸汽釋放熱能，以形成供向所述火電廠內汽輪機的蒸汽；

其中，所述熱泵回路中的工作氣體為空氣、氮氣、氦氣或氬氣中的一種；所述熱鹽罐和所述冷鹽罐內存放二元硝酸太陽鹽，所述二元硝酸太陽鹽由60％的NaNO3和40％的KNO3組成；所述超高溫鹽罐和所述高溫鹽罐內存放Hitec鹽、氯鹽和碳酸鹽中的一種，所述Hitec鹽由7％的NaNO₃、53％的KNO₃和40％的NaNO₂組成；所述氯鹽由7.5％的NaCl、23.9％的KCl和68.6％的ZnCl₂組成，或者由37.5％的MgCl₂和62.5％的KCl組成；所述碳酸鹽由33.4％的Na₂CO₃、34.5％的K₂CO₃和32.1％的Li₂CO₃組成；所述冷鹽罐和所述熱鹽罐的運行溫度為300℃～500℃，所述高溫鹽罐和所述超高溫鹽罐的運行溫度為500℃～660℃；

所述氣氛保護系統分別與所述超高溫鹽罐、所述超高溫熔鹽加熱槽和所述高溫鹽罐連接，用于向所述超高溫鹽罐、所述超高溫熔鹽加熱槽和所述高溫鹽罐通入保護氣體；其中，在采用Hitec鹽的情況下，所述保護氣體包括氮氣和氧氣的混合氣體；

所述第二換熱器設置于所述反饋管道上，且連接于所述低溫冷卻液罐的入口和所述常溫冷卻液罐的出口之間，所述低溫冷卻液罐的出口和所述常溫冷卻液罐的入口適于通過第一冷卻液管道連接在所述火電廠中冷凝器的冷卻通道的兩端，形成第一釋冷回路，所述第一釋冷回路內流通的冷卻液能夠通過所述第二換熱器吸收所述熱泵回路內的所述工作氣體的冷能以供所述冷凝器冷凝所述汽輪機輸出的乏汽；其中，所述冷卻液為相變溫度在0℃～-21.2℃之間的鹽水；

所述回熱器設于所述第一換熱器和所述膨脹機的進氣口之間的所述熱氣管道上，且設于所述第二換熱器和所述壓縮機的進氣口之間的所述反饋管道上，使所述熱氣管道內的所述工作氣體能夠在所述回熱器內與所述反饋管道內的所述工作氣體換熱。

2.根據權利要求1所述的與火電廠耦合的熱泵級聯式儲能系統，其特征在于，所述超高溫鹽罐的罐體為鎳基合金罐體，所述高溫鹽罐、所述熱鹽罐和所述冷鹽罐為不銹鋼罐體。