[发明专利]一种固态储热系统的热力平衡计算与设计方法

说明书

一种固态储热系统的热力平衡计算与设计方法，该方法通过输入相应的参数完成加热系统参数、蓄热系统参数、换热系统参数以及风循环系统参数四个子系统构建，四个子系统之间相互联系，共同组成整个固体储热系统设计；其将固态储热系统的主体结构分为加热系统、蓄热系统、循环风系统、换热系统四个子系统，在明确各系统间关联参数的情况下，对固态储热系统的各子系统间进行单独的设计计算，可快速、简便地完成子系统参数的计算从而完成系统的设计，避免了系统整体设计时存在的参数较多、混杂的问题。

技术领域

本发明内容涉及一种用于固态储热系统的设计计算方法，可实现固态储热系统的初步设计计算，可用于新能源(风电、光伏系统)消纳、分布式电热储能机组、电网调峰储热设备等固态储热系统的热力平衡计算。

技术背景

由于电网中存在较大的日负荷变化，对电网会产生较大的负荷变化冲击，影响电网的稳定运行；同时随着新能源发电系统的快速发展及可再生能源装机容量的不断增长，出现了一系列新能源消纳的问题。固态储热系统作为一种新型的能量存储系统，将新能源(风能、光伏系统)产生过剩的电能或者电网谷时段的电能转化成热能存储起来，在电网负荷峰值时段进行释放利用，不但可对电能资源进行充分利用，而还可以实现电网的“削峰填谷”，使电网稳定运行。固态储热系统是电能消纳以及热量存储的主体，对储热系统进行设计计算是必不可少的。

发明内容

发明目的

本发明提供一种固态储热系统的热力平衡计算与设计方法，其主要针对于高温固态储热系统的设计，提出一种固态储热系统的设计计算方法，用来解决储热系统的设计问题。

技术方案

一种固态储热系统的热力平衡设计方法，其特征在于：该方法通过输入相应的参数完成加热系统参数、蓄热系统参数、换热系统参数以及风循环系统参数四个子系统构建，四个子系统之间相互联系，共同组成整个固体储热系统设计；具体如下：

蓄热体参数：输入蓄热功率P₁、蓄热时间t、蓄热裕度m及蓄热单元基本参数得出蓄热单元数量n₁和蓄热体纵向排数e作为蓄热体参数；

加热系统参数：输入与“蓄热体参数”中的蓄热功率P₁等值的加热功率P，三相加热电压U，并以加热元件基本参数为系统的输入值，对加热元件所用加热丝长度L以及表面负荷W进行计算，得出表面负荷合适的加热元件参数作为加热系统设计参数；

根据蓄热单元数量n₁和蓄热体纵向排数e得出蓄热砖孔数，之后根据需求对加热元件进行排布。

换热系统参数：输入与蓄热体参数中等同的蓄热功率P₁、最快放热时间t₁、换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂，换热器的供水口温度T₃、回水口温度T₄以及传热系数k，得出换热面积及换热管程数n₂作为换热系统参数；

风循环系统参数：输入换热系统参数中的换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂得出变频风机的风量S₄，并利用该变频风机的风量S₄结合风压ΔP得出电机功率。

上述步骤可以按照上述的先后顺序依次进行。

加热系统参数构建方法如下：

加热系统的设计计算主要是加热元件设计计算，在加热系统中，利用10kV～66kV高电压对储热体内嵌入型电阻元件直接进行加热。以系统设计加热功率P，三相加热电压U，加热元件基本参数(包括加热元件直径D、电阻率ρ、温度系数b等)为系统的输入值，对加热元件长度L以及表面负荷W进行计算，选取表面负荷合适的加热元件。对加热系统的设计计算主要包括两步：