[发明专利]一种冷热功储存与转换系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于溶液及渗透压的储能系统。

背景技术

生产和生活中需要热能、电能、机械能等各种形式的能量。大多数情况下，用户对各种能量的需求和供能系统的额定输出能力之间总有一定差异，存在负荷的高峰和低谷，例如建筑物，夏季空调负荷在一天中是变化的，夜间和白天有较大差异，再如太阳能、风能等可再生能源，易受天气影响而时有时无；这样，就产生了储能的必要，出现了各种储能技术,获得了不同程度的应用。

目前的储能技术种类繁多，但大多局限于一种能量形式的储存与转化，即只能储电，或储冷、储热，而建筑及许多生产活动中，用能形式多样，对电力、热、冷等各种形式的能量都有需求，都有储存转化需要，目前的储能技术，尚不能实现多种能量形式的储存、转化。如各类电池只能将电力转化为化学能储存，需要时再转化为电能输出；近年来研究的压缩空气储能，可以将电能或机械能转化为压缩空气势能储存，需要时再转化为机械能或电能；空调系统中，夜间负荷较低时，利用廉价的低谷电制冰，白天空调负荷高峰时，通过融冰释放冷量供建筑物空调使用，等等。但是上述储能技术还不能实现多种形式能量的储存与转化。

近年来出现了一种利用溶液浓度差的能量转换与利用技术。在空调系统中，利用热能、电能等富余或廉价的能源将溶液浓缩，在空调高峰时用于处理空气，使空气中的水份被吸收、空气被干燥，从而实现空气湿度调节的功能；此外，在河流入海口处，则利用海水与河水的盐度差，通过渗透压方式发电。

空调系统中利用盐溶液浓差储能密度高，提高了空调系统能源利用效率，但目前的溶液储能技术还仅限于储存热能，进行冷热转换利用，而建筑物往往同时有热能和电能的需求，目前的溶液储能不能满足建筑物对热能、电能的储存和相互转化利用的需求，在不需要供热空调、但需要电力的时候这套系统不能发挥作用；在热电联产等分布式能源系统中，目前的溶液储能空调系统也很难通过蓄能对机组热、电出力进行储存、转换或调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种冷热功储存与转换系统和方法，将电能、热能或其它富余的能量以溶液形式储存并根据需要转化为热能、机械能或电能输出，可用于空调制冷、余热回收等能量转化与利用领域。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种冷热功储存与转换系统，包括溶液储能模块和溶液释能模块，所述溶液储能模块包括稀溶液储罐、溶液蒸发装置、浓溶液储罐及冷剂水储罐，所述稀溶液储罐中的稀溶液送入溶液蒸发装置蒸发，蒸发出的水蒸汽冷却变为液体后储存在冷剂水储罐中，稀溶液蒸发被浓缩成浓溶液后送入浓溶液储罐中；所述溶液释能模块统包括闭式制冷制热释能装置、开式溶液除湿释能装置、机械功转换释能装置，所述制冷制热释能装置利用溶液储能模块中储存的能量制冷或者制热，所述开式溶液除湿释能装置利用溶液直接与空气接触对空气进行干燥除湿，所述机械功转换释能装置利用溶液储能模块储存的能量通过阻尼渗透或反向电渗析直接输出机械功或者再进一步转换为电能。

优选的，所述机械功转换释能装置为阻尼渗透释能装置，所述阻尼渗透释能装置包括渗透膜组件、水力透平，所述浓溶液储罐中的浓溶液先经功回收器加压后再经高压溶液泵升压后进入渗透膜组件的浓溶液通道，冷剂水储罐中的冷剂水加压至一定压力后进入渗透膜组件的稀溶液通道，水分子向渗透膜的浓溶液通道渗透，使浓溶液通道内压力升高，浓溶液通道与水力透平相连，一部分高压液体通过水力透平膨胀对外作功，另一部分高压液体通过功回收器对浓溶液进行加压。

优选的，所述的渗透膜组件采用多级串联结构。

优选的，所述机械功转换释能装置为反向电渗析释能装置，所述反向电渗析释能装置包括离子交换膜组件，淡水或稀溶液储罐中的稀溶液由泵打入离子交换膜组件中由阴阳离子交换膜相隔构成的稀溶液通道中，浓溶液储罐中的浓溶液由泵打入离子交换膜组件的浓溶液通道中，阴阳离子分别向交换膜两侧的稀溶液通道扩散，在一侧电极通道内阳离子通过离子交换膜向膜外侧扩散、通道内阴离子富集呈负电势，在相邻的电极通道内，阳离子通过离子交换膜向通道内扩散、通道内阳离子富集呈正电势，正负电极间接入电力负载控制系统构成回路输出电力。

优选的，所述的离子交换膜组件采用多级串联结构。

优选的，所述制冷制热释能装置包括第一换热管束和第二换热管束，浓溶液储罐中的浓溶液经溶液泵布洒在第一换热管束外表面，冷剂水储罐中的水经节流阀布洒在第二换热管束外表面蒸发、变成水蒸汽，被第一换热管束表面的浓溶液吸收；