[发明专利]一种利用固体颗粒储热的储电系统

说明书

一种利用固体颗粒储热的储电系统，包括储热环节和热功转换环节。储热环节中，进料斗下方出口通过控制阀门一与电加热器上方入口相连，电加热器下方出口通过控制阀门二与热储仓上方入口相连，热储仓下方出口通过控制阀门三与换热器上方颗粒入口相连，换热器下方颗粒出口通过控制阀门四与冷储仓相连。提升机底端与冷储仓相连，顶端与进料斗上方入口相连。热功转换环节中，压缩机出口与回热器冷侧入口相连，回热器冷侧出口与换热器下方工质入口相连，换热器上方工质出口与透平入口相连，透平旋转带动发电机发电，发电机输出端与电网相连，透平出口与回热器热侧入口相连，回热器热侧出口与冷却器入口相连，冷却器出口与压缩机入口相连。

技术领域

本发明属于太阳能热发电储能领域，特别涉及一种利用固体颗粒储热的储电系统。

背景技术

为应对能源枯竭，环境污染带来的严峻挑战，节能减排与发展新能源是必经之路，推进新能源的清洁替代在当今能源领域受到了广泛关注。新能源接入电力系统，会增加系统的调节负担，因为常规能源不仅要跟随负荷的变化，还要平衡新能源的出力波动。当新能源的渗透率较高，超出系统的调节范围时，为维持电力系统的动态稳定不得不控制新能源的出力，导致弃风、弃光等现象的产生。在冬季供暖期，对于承担区域供暖任务的常规电源，为保证供热需求，其调节能力进一步下降，再度压缩了新能源的上网空间。利用储能系统将不能上网的新能源电力直接或间接储存起来，在电网或本地需要时再通过能源网供应出去，是提高新能源利用率的有效方法。

储热系统可以将电能转换为热能存储，在需要时释放出来推动热力循环发电，实现电能的储存。与传统的抽水蓄能、电化学储能等储电技术方式相比，利用储热系统进行储电的优势在于储热系统成本不高，易于推广，使用寿命长，易于维护。储热技术按储热介质的不同可分为显热储热、潜热储热及热化学储热三类。热化学储热利用正、逆化学反应的热效应进行储放热，技术成熟度较低；潜热储热利用材料的相变潜热储热，尚无成熟的商业应用示范；显热储热利用材料自身的比热容，通过温度变化进行热量的储放，技术最成熟。

目前的显热储热材料如水，熔盐等工作温度区间较窄，相同的储热容量下使用储热材料量较大。采用陶粒沙，石英沙，河沙等固体颗粒作为储热材料时，其工作温度范围较宽，通常可以达-200℃-1300℃，材料化学性质稳定，易于获得。由于固体颗粒工作温度范围较宽，作为显热储热时可以通过提高储热温差的方式提高其储热密度。

美国专利US10012216公布了一种带有固体颗粒储热的太阳能热发电系统，系统输入为太阳能，利用颗粒储热方式保证电力输出的稳定性，后端采用高温空气的布雷顿循环可以提高发电效率。但系统输入单一，只有太阳能可以作为稳定电源使用，无法作为负载对电力系统进行调节。美国专利US20190162482A1公布了利用固体颗粒储热的一种泵送热能存储系统，根据热泵的工作原理，利用电能将低温热转化为高温热能储存，在外界需要时利用工质热功循环输出技术功。这种系统结构复杂，运行繁琐，能量转化步骤多，总体效率不高。中国专利CN104047818A公布了一种利用储热和液态金属电池储电的方法，将液态金属电池充电过程释放的热量利用熔融盐进行存储，存储的热量带动热力循环系统进行发电。该种方式的储热温度范围较窄，还需满足液态金属电池工作温度要求，导致熔融盐的储热温差较小，储热密度较低。中国专利CN209415569U公布了一种发电厂熔融盐储热发电及供暖系统，将低谷电能转化为熔融盐热能储存起来或用于供暖，尖峰时段熔融盐放热带动热力循环发电系统进行发电。这种系统可以削峰填谷，减小锅炉负荷变化范围，延长寿命，但由于熔融盐储热温度低，低于600℃，发电循环效率低。凝固点高使得熔融盐工作温区窄，储热密度低。

发明内容

本发明针对新能源运行过程产生的富余电力及电力系统低谷电力难以消纳的问题，提出一种利用固体颗粒储热的储电系统，通过固体颗粒储热对电力进行储存，在电能富余时将电能通过电加热转换为固体颗粒的热能进行存储，在需要电能时，存储的热能释放给动力循环中的发电工质，发电工质在动力循环中发电。