[发明专利]一种提升风能消纳的大容量储热系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源技术领域，是一种集成了压缩式热泵、吸收式水源(空气源)热泵和蓄能等关键单元技术的风电与地热相结合的弃风消纳生活热水系统及方法。

背景技术

作为无污染的可再生能源，现代风力发电产业在近三十年间得到了高速的发展，风电的装机功率增大了百倍，其成本也随之大幅下降。风电特性对电力系统的影响突出体现在发电效率、备用储能、系统可靠性、电压稳定性、系统调峰等诸多方面。在我国的三北地区(东北、华北和西北)，风电的反调峰特性对电力系统冲击最大，会导致区域中大量风电不能上网、产生严重的弃风问题。所谓弃风是指风机处于正常情况下，由于当地电网接纳能力不足、风电场建设工期不匹配和风电不稳定等问题导致的部分风电场风机暂停使用的现象。

随着风电并网规模的逐年增大，风电弃风问题越来越严重，2011年我国“三北”地区(东北、华北和西北)的弃风电量达123亿kW·h，弃风率16.23％，直接弃风经济损失高达66亿元。我国风电并网比例还将继续增大，若不积极采取措施，弃风问题将更加严重，带来的经济应损失不计其数。

从利用电锅炉消纳弃风的运行机理来看，该方案具有双重调峰作用：一方面，电锅炉消耗了一部分过剩风电进行直接供暖，这相当于增加了用电负荷；另一方面，由于电锅炉生产了部分热能，故热电厂可以减发相应的热能，根据热电约束则又可以降低其部分电出力。

蒸汽蓄热器可以解决风电使用区域的负荷不稳定和负荷峰谷差大等问题。当弃风量大时，将风电转换成热量通过高温高压蒸汽的形态存储起来，用以负荷较小的时候，提高风电利用率。

压缩式热泵因其高供热性能系数而大受推广，可以通过消耗部分电量将环境的低温热量转变成可以利用的高温热量，在三北地区供暖方面有着良好的应用前景。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种提升风能消纳的大容量储热系统及方法，通过采用集成了压缩式热泵、吸收式热泵、相变蓄能和蒸汽蓄能等关键单元技术，并利用弃风与环境热量生产生活热水，以达到合理地、高效地消纳弃风并生产生活，提高区域电网工作性能的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的的一个方面，本发明提供了一种提升风能消纳的大容量储热系统，该系统包括蒸汽发生装置、高温热量蓄热设备、压缩式热泵、低温热量蓄热设备和吸收式热泵，其中：蒸汽发生装置，用于将弃风产生的电能转化为高温热能，并存储于高温热量蓄热设备；高温热量蓄热设备，用于储存蒸汽发生装置产生的高温热能，并通过调节出口阀门开度的大小来产生设定的压力、温度的蒸汽至吸收式热泵；压缩式热泵，以弃风产生的电能驱动压缩机，将环境热量转换成低温热能，并存储于低温热量蓄热设备；低温热量蓄热设备，用于储存压缩式热泵产生的低温热能，并输出热量至吸收式热泵；吸收式热泵，以来自高温热量蓄热设备输入的蒸汽为驱动热源，以低温热量蓄热设备输入的热量为低温热源，将给水加热进入供热管网供居民使用。

优选地，所述弃风产生的电能是风力发电机组产生的电能。

优选地，所述蒸汽发生装置为电锅炉，风力发电机组产生的电能加热电锅炉中的水，产生的高温高压蒸汽进入高温热量蓄热设备。

优选地，所述高温热量蓄热设备为高温蒸汽蓄热器，其进口连接于蒸汽发生装置的蒸汽出口，其出口连接于吸收式热泵的发生器。

优选地，所述蒸汽发生装置连接有水箱和水泵，水箱和水泵用于为蒸汽发生装置供水。所述高温蒸汽蓄热器中存储的高温高压蒸汽与所述吸收式热泵的发生器中的吸收工质换热后变成水进入水箱循环。

优选地，所述低温热量蓄热设备为相变蓄热器，其进口连接于压缩式热泵的冷凝器，出口连接于吸收式热泵的蒸发器。

为达到上述目的的另一个方面，本发明提供了一种提升风能消纳的大容量储热方法，该方法包括：

风力发电机组发电产生的电能分为两部分，一部分为第一电能P1进入蒸汽发生装置，另一部分为第二电能P2用以驱动压缩式热泵；

蒸汽发生装置在第一电能P1的作用下产生高温高压的第一蒸汽S1进入高温热量蓄热设备，高温热量蓄热设备产生的第二蒸汽S2进入吸收式热泵的发生器；

压缩式热泵吸收来自环境热源的热量P3，并在第二电能P2的作用下产生热量被第五介质S5吸收进入低温热量蓄热设备；

低温热量蓄热设备输出第六介质S6进入吸收式热泵的蒸发器，第六介质S6与第二蒸汽S2共同驱动吸收式热泵工作，循环给水S9流经吸收式热泵的冷凝器和吸收器受热生成热水S10进入供热网管。