[发明专利]能量地下存储动态控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于可再生能源与蓄能利用技术领域，特别涉及能量地下存储、季节性蓄能和大空间传热控制 问题。

背景技术

长期储能是大规模利用可再生能源和余热资源可再生化利用的有效途径。自然界可再生能源中的很多 能源形式具有季节性和应时性，其有效利用途径之一是季节性长期蓄能，地下蓄能技术具有良好的季节性 长期蓄能特点。能量地下存储达到能量补充和再利用的目的，为更多种能源形式协同应用提供有效途径， 实现节能减排。

在地下蓄能过程中，规模化组织在一起的地下换热器群的控制模式对蓄能效果起到举足轻重的作用， 不但需要能量的高效注入，更重要是存储的能量有效保存。其关键是能量存入、保存和输出过程中的能量 扩散控制问题。通常，能量存入过程要求高的存入速率和能力，存入后的能量又要求低的扩散流失，能量 提取还要高的释放和扩散输出能力，显然传热扩散促进与抑制成为蓄能的基本问题。为此，本专利提出利 用蓄能过程的地下换热器热源群的负荷分配动态控制，实现地下蓄能过程的温度场动态重整，达到地下空 间内的热传输控制，既最大限度提高地下蓄能功效，又保证能源的梯级利用。

地下蓄能已有发明，如中国专利“竖式地热蓄能空调系统(01116085.3)”涉及空调运行的能量地下 存储，得到一定的能量再利用。中国专利“土壤蓄热式太阳能热泵供热系统及供热方法(02146305.0)” 和“土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统(200510010379.5)”等均提到地下岩土蓄能，但是这些专利没有 涉及蓄能的地下换热器群的控制模式，以便提高地下蓄能有效性问题。中国专利“分级热屏式地下蓄能控 制方法(200710300347.8)”提出热屏控制方法，利用蓄能后期低负荷蓄能的周边热屏障或冷屏障，抑制 能量扩散。美国专利“Integrated Thermal System(20070214815)、欧洲专利“Heat Storage System (EP1224357B1)”和国际专利“Heat Storage System(WO2001029320A1)”也涉及使用地下岩土作为蓄能 体，但是没有阐述大空间地下换热器群多热源协同控制方式问题。实际上，地下蓄能技术已经在能源领域 开始得到应用，国际上也开展了许多实验示范应用。但迫于能量地下存储的有效保存问题，一直制约地下 蓄能技术的快速发展。因此，高效蓄能的控制方法问题是地下蓄能应用深层次发展的关键技术。

能量地下存储动态控制问题就是依据热源群热负荷分配的动态调整，形成动态的温度场形态，适时控 制能量传输，在热流强化和抑制两个方面起到作用，为建立地下蓄能最佳效率优化控制奠定应用基础。

发明内容

本发明的目的提供一种能量地下存储系统和基于该系统的高效控制方法，利用动态蓄能过程，实现能 源的分布梯级利用；同时，利于分级式能量地下存储，形成动态蓄能和温度场重整，提高蓄能传输和能量 保持能力；再者，利用负荷分配解决地下水流动影响地下蓄能的问题。针对现有地下蓄能技术存在的问题， 通过提高蓄能效率，保证更有效的能量蓄入和能量保存。

本专利通过提出周期性地下蓄能分布梯级过程的负荷和温度分配概念，利用温度场重整的动态等温面 绝热性和温度场波动性控制热流传输，利用地下换热器群的负荷分配偏置性抑制地下水流动造成的能量流 失。

在蓄能过程中，能量地下存储动态控制系统的循环介质由不同的热源加热，示例图1系统中以二个热 源1和2为例，根据热源的实时温度条件，通过四通阀3、四通阀4控制，分别缓存于高温集水箱8、中 温集水箱9、低温集水箱10形成三种温位的能量分级利用；此后由高温集水箱8、中温集水箱9、低温集 水箱10流出的循环介质，通过四通阀11、四通阀12和三通阀13控制，再分别输入地下蓄能场的不同区 域，即中心区44回路26、内环区43回路27、中环区42回路28和外圈区41回路29的地下换热器联接 支路各单元。根据不同温位的能量分布式实施地下蓄积，利用流程控制的周期性蓄能和温度场重整的等温 面绝热性和温度场波动性动态控制热流传输，实时提高蓄能传输和能量保持能力，其中利用小周期或大周 期间各阶段过程，形成不断的动态波动型温度场重整过程。关于小周期可谓太阳能的一天昼夜周期，大周 期可谓太阳能的季节性周期，或者其它工业/生活余热或自然冷源所表现的一定周期。