[发明专利]一种配备电热储能的光伏发电系统及运行方法

权利要求书

1.一种配备电热储能的光伏发电系统，其特征在于，包括超临界CO₂布雷顿循环发电系统、跨临界CO₂热泵系统、储冷及冷却系统、电热及熔盐储热系统、光伏发电系统；

所述超临界CO₂布雷顿循环发电系统包括熔盐换热器(1-1)、CO₂透平(1-2)、高温回热器(1-3)、低温回热器(1-4)、再压缩机(1-5)、预冷器(1-6)和主压缩机(1-7)，熔盐换热器(1-1)的CO₂侧出口与CO₂透平(1-2)的入口相连通，CO₂透平(1-2)的出口与高温回热器(1-3)的热侧入口相连通，高温回热器(1-3)的热侧出口与低温回热器(1-4)热侧入口相连通，低温回热器(1-4)的热侧出口分为两路，一路与再压缩机(1-5)的入口相连通，另一路与预冷器(1-6)的热侧入口相连通，预冷器(1-6)的热侧出口与主压缩机(1-7)的入口相连通，主压缩机(1-7)的出口与低温回热器(1-4)的冷侧入口相连通，低温回热器(1-4)的冷侧出口与再压缩机(1-5)的出口汇合后与高温回热器(1-3)的冷侧入口相连通，高温回热器(1-3)的冷侧出口与熔盐换热器(1-1)的CO₂侧入口相连通；

所述跨临界CO₂热泵系统包括CO₂热泵(2-1)、热泵系统高温换热器(2-2)、冷却塔(2-3)、节流装置(2-4)和热泵系统低温换热器(2-5)，CO₂热泵(2-1)的出口与热泵系统高温换热器(2-2)的热侧入口相连通，热泵系统高温换热器(2-2)的热侧出口与冷却塔(2-3)的入口相连通，冷却塔(2-3)的出口与节流装置(2-4)的入口相连通，节流装置(2-4)的出口与热泵系统低温换热器(2-5)的冷侧入口相连通，热泵系统低温换热器(2-5)的冷侧出口与CO₂热泵(2-1)的入口相连通；

所述储冷及冷却系统包括冷水储罐(3-1)、水泵(3-2)和热水储罐(3-3)，冷水储罐(3-1)的出口与水泵(3-2)的入口相连通，水泵(3-2)的出口分为两路，一路与预冷器(1-6)的冷侧入口相连通，另一路与光伏发电系统(5)冷却水入口相连通，预冷器(1-6)的冷侧出口与光伏发电系统(5)冷却水出口汇合后与热水储罐(3-3)的入口相连通，热水储罐(3-3)的出口与热泵系统低温换热器(2-5)的热侧入口相连通，热泵系统低温换热器(2-5)的热侧出口与冷水储罐(3-1)的入口相连通；

所述电热及熔盐储热系统包括熔盐泵(4-1)、中温熔盐储罐(4-2)、熔盐电加热器(4-3)、高温熔盐储罐(4-4)和低温熔盐储罐(4-5)，熔盐泵(4-1)的出口与热泵系统高温换热器(2-2)的冷侧入口相连通，热泵系统高温换热器(2-2)的冷侧出口与中温熔盐储罐(4-2)的入口相连通，中温熔盐储罐(4-2)的出口与熔盐电加热器(4-3)的入口相连通，熔盐电加热器(4-3)的出口与高温熔盐储罐(4-4)的入口相连通，高温熔盐储罐(4-4)的出口与熔盐换热器(1-1)的高温侧入口相连通，熔盐换热器(1-1)的高温侧出口与低温熔盐储罐(4-5)的入口相连通，低温熔盐储罐(4-5)的出口与熔盐泵(4-1)的入口相连通。

2.根据权利要求1所述的一种配备电热储能的光伏发电系统，其特征在于，所述跨临界CO₂热泵系统中的CO₂热泵(2-1)的进口压力为3MPa～4MPa，出口压力为24MPa～30MPa，在此压力范围内CO2热泵的出口温度达到300℃以上的设计温度，跨临界CO₂热泵系统的热效率高，同时冷端温度能够满足超临界CO2布雷顿循环发电系统冷却要求。

3.根据权利要求1所述的一种配备电热储能的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统(5)由多个并联的光伏板组成。

4.权利要求1至3任一项所述的一种配备电热储能的光伏发电系统的运行方法，其特征在于：在阳光充足的白天，主要由光伏发电系统发电，同时，跨临界CO₂热泵系统为储冷及冷却系统提供冷源，为电热及熔盐储热系统提供预热热源，储冷及冷却系统为光伏发电系统提供冷却水，电热及熔盐储热系统储存热量，此时，超临界CO₂布雷顿循环发电系统不工作；CO₂热泵(2-1)首先将亚临界CO₂压缩至超临界压力，压力升高至超临界状态的CO₂的温度也将随之升高，高温高压的CO₂在热泵系统高温换热器(2-2)中释放热量，然后进入冷却塔(2-3)进一步被冷却，然后在节流装置(2-4)通过等焓过程降温降压，温度降低到比环境温度更低，然后在热泵系统低温换热器(2-5)中吸收冷却水的热量；与此同时，水泵(3-2)将冷水储罐(3-1)中储存的冷水输送给光伏发电系统(5)冷却水入口，对光伏发电系统(5)进行冷却，吸收热量后的冷却水进入热水储罐(3-3)，然后再进入热泵系统低温换热器(2-5)被冷却；与此同时，熔盐泵(4-1)将低温熔盐先输送至热泵系统高温换热器(2-2)中进行预热，预热后的熔盐再进入中温熔盐储罐(4-2)，然后再进入熔盐电加热器(4-3)中被加热至高温，高温熔盐进入高温熔盐储罐(4-4)储存起来；在此过程中熔盐电加热器(4-3)的电能来自电网或直接取自光伏发电系统(5)，即将光伏发电系统(5)在白天阳光充足时所发出的多余电能转换成热能储存起来；

在夜间没有阳光时，超临界CO₂布雷顿循环发电系统开始运行并输出电能，同时，跨临界CO₂热泵系统为储冷及冷却系统提供冷源，为电热及熔盐储热系统提供预热热源，储冷及冷却系统为超临界CO₂布雷顿循环发电系统提供冷却水，电热及熔盐储热系统释放热量，在此期间光伏发电系统(5)不工作；首先，高温熔盐储罐(4-4)储存的高温熔盐进入熔盐换热器(1-1)释放热量，然后进入低温熔盐储罐(4-5)，然后由熔盐泵(4-1)将低温熔盐先输送至热泵系统高温换热器(2-2)中进行预热，预热后的熔盐再进入中温熔盐储罐(4-2)储存起来；与此同时，在熔盐换热器(1-1)的中被加热后的超临界CO₂进入CO₂透平(1-2)做功，做功后的低压气体依次进入高温回热器(1-3)、低温回热器(1-4)中释放热量，然后分为两路，一路被再压缩机(1-5)直接增压，另一路在预冷器(1-6)中进一步冷却，然后被主压缩机(1-7)增压，被增压后的CO₂进入低温回热器(1-4)吸收热量，然后与再压缩机(1-5)出口的CO₂汇合后在高温回热器(1-3)进一步吸收热量，最后再进入熔盐换热器(1-1)被加热至高温；与此同时，跨临界CO₂热泵系统与白天工作流程相同；与此同时，水泵(3-2)将冷水储罐(3-1)中储存的冷水输送预冷器(1-6)的冷却水入口，对CO₂进行冷却，吸收热量后的冷却水进入热水储罐(3-3)，然后再进入热泵系统低温换热器(2-5)被冷却；

当光伏发电系统供电不足，同时电热及熔盐储热系统尚有储存的热量时，光伏发电系统与超临界CO₂布雷顿循环发电系统同时运行输出电能，此时储冷及冷却系统为光伏发电系统与超临界CO₂布雷顿循环发电系统同时提供低温冷却水，而光伏发电系统与超临界CO₂布雷顿循环发电系统本身的运行流程与单独运行时相同，在此过程中，电热及熔盐储热系统的工作流程与夜间的工作流程相同。