[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

本發明涉及新能源消納與火電調峰技術領域，提供一種與火電廠耦合的熱泵級聯式儲能系統。該系統在常用“布雷頓循環”熱泵及傳統兩罐式熔鹽儲熱基礎上，提出利用熱泵機組“逆布雷頓循環”制熱并結合電加熱器進行提溫，熱泵產生的冷能用于冷卻電廠冷凝水；對儲熱和換熱部分進行了級聯式設計，并在超高溫鹽罐采用密閉通入保護氣氛的方法用以提高熔鹽分解溫度及穩定性。該系統包括：熱泵電加熱器聯合系統、級聯式換熱系統、儲冷系統和氣氛保護系統，其中的熱泵電加熱器聯合系統包括級聯式儲熱系統。該級聯式儲能系統拓寬了熔鹽使用溫域，平衡了由于高溫高腐蝕驅動鋼材升級帶來的經濟性下降，并提升了電?熱?電往返效率及系統運行的安全可靠性。

技術領域

本發明涉及新能源消納與火電調峰技術領域，尤其涉及一種與火電廠耦合的熱泵級聯式儲能系統。

背景技術

隨著清潔低碳、安全可靠的新型電力系統構建，煤電由主體型電源向基礎保障性和系統調節型電源轉型。目前有不少火電廠紛紛嘗試通過熱儲能系統發揮火電機組的應急調峰能力，提升火電機組靈活性，例如通過抽汽儲熱、富余電-熱轉換儲存等方式。然而，目前的熱儲能調峰系統與火電廠耦合的熱電轉換效率仍然較低，不能通過熱儲能進行獨立調峰，仍需以燃煤為主，熱儲能只能起到輔助調峰的作用。

相關技術中，Vinnemeier等人(Vinnemeier et al.,Integration of heat pumpsinto thermal plants for creation of large-scale electricity storagecapacities,2016)提出了將熱泵集成到火電廠的系統，以創建大規模的電力存儲能力。在合理的熱泵工質和工藝配置下，基于不同類型火電廠的集成系統的往返效率可達到的最大效率約在50～60％之間。薛等人(Xue et al.,Multi-criteria thermodynamic analysisof pumped-thermal electricity storage with thermal integration andapplication in electric peak shaving of coal-fired power plant,2022)提出了一種結合燃煤電廠(300MW)余熱的有機朗肯循環熱泵系統。熱泵機組在非高峰時段將電站的電能和余熱吸收到蓄熱系統中，在高峰時段由熱泵發電。該系統在輔助電廠深度調峰方面具有優勢，但其局限性在于當電廠余熱不足時，需要額外從廠外獲得低品位工業余熱，消耗多余的風電/光伏電的能力有限。德國航空航天中心(DLR)(Jorge et al.，2019)與一家大型德國公用事業公司研究將現有的燃煤電廠轉化為存儲電廠，發現相比于亞臨界蒸汽(16～19MPa)循環，采用超臨界蒸汽(24～26MPa)循環提高主蒸汽壓力能夠提高效率。當熱泵儲能系統與主蒸汽壓力(25MPa)和溫度(600～620℃)均較高的超臨界火電廠耦合時，效率較高，但需要將熱儲能耦合溫度提高到620℃以上。620℃以上使用熔鹽還存在腐蝕問題，會增加系統成本，且高溫壓縮機也面臨挑戰。