[发明专利]布雷顿-卡琳娜循环式储能供电方法及装置

说明书

本发明提供一种布雷顿‑卡琳娜循环式储能供电方法，其包括储能模式和供电模式。在储能模式时，常温工作介质经过压缩机绝热压缩，通过主蓄热系统进行等压放热过程；工作介质向余热锅炉排出热量，进入透平进行绝热膨胀以对外做功，然后通过蓄冷系统进行等压吸热过程；余热锅炉和汽轮机构成氨水循环回路；供电模式为其逆循环。本发明还提供相应的储能供电装置。本发明的方法通过互为可逆的热泵和布雷顿循环的方法及其装置，利用卡琳娜循环回收利用低温余热，进一步提高储能效率，以解决光伏发电以及风能发电中的弃风以及弃光问题，在储能供电的同时，应对诸如西部地区昼夜温差大的问题，日间为公司或工厂提供冷气而夜间供电的同时，为社区提供暖气。

技术领域

本发明涉及一种储能的方法及其装置，特别是一种布雷顿-卡琳娜循环式储能供电供热方法及装置。

背景技术

以太阳能、风能以及水力势能为代表的绿色能源具有环保且取之不尽的优势，然而由于绿色能源一般受到天气、季节，阳光等自然条件的影响，难以提供稳定的能源输出，从而很难输出与电网匹配的电力。因此采取一定的储能技术，以空间换取时间是一个较好的解决方案。以熔盐储能为代表的物理储能相对而言具有低成本，高效率以及结构简单等特点。目前主要以电加热方式或者通过电加热导热介质进行蓄热。但缺点是蓄热和发电之间的转换效率仍不理想。

本申请人的在先授权专利(热泵式储能供电供热方法及装置ZL201711402735.7)公开了一种热泵式储能供电供热方法及装置，通过互为可逆的布雷顿循环作为储能发电原理，逆布雷顿循环储能，布雷顿循环发电。其中通过熔盐蓄热以及防冻液蓄冷储能；在发电模式下蓄冷介质降低压缩机入口气体温度，同时蓄热介质提高透平的入口气体温度以实现储能并发电目的。然而，此储能系统的实际储能效率约为40％-70％,根据能量守恒，会有大量的低温余热排出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的布雷顿-卡琳娜循环式储能供电方法及装置，以克服传统电加热蓄热介质储能方式效率低下的缺点，同时解决光伏发电以及风能发电中的弃风以及弃光问题。

这里我们考虑借鉴热力学中卡诺循环与逆卡诺循环互为可逆的原理，通过逆卡诺循环做功将低温热源的热量转移到高温热源实现储能，再通过高温热源的热量转移到低温热源时对外界做功实现释能发电。但现实中，卡诺循环和逆卡诺循环的物理过程难以实现，因而本发明利用逆布雷顿循环储能，正布雷顿循环发电，由于逆布雷顿循环与正布雷顿循环在理想情况下互为可逆，因此其理论储能后发电的转换效率一般来说优于直接电加热或电加热导热介质等传统方式。这种储能方式同时具备成本低廉的特点，熔盐成本很低，用不锈钢做容器成本也较低，工作介质可选用空气；储电的同时可以供应暖气和冷气。

本发明利用卡琳娜循环系统回收利用低温余热。卡琳娜循环利用氨水溶剂作为工作介质，氨水由于沸点与浓度有一个负相关性，氨水浓度越高，沸点越低，纯氨的沸点是-33.34摄氏度，随着氨水浓度的降低，沸点也将提高，因此氨水作为工作介质，可以通过调节浓度更好地匹配余热锅炉的温度。氨水被加热后会分解为富氨蒸汽和贫氨水溶液，富氨蒸汽具有较低的沸点，可以使得汽轮机具备较低的出口温度，同时可以利用分离得到的贫氨水溶液对氨气回热，同时提高沸点，使之较易冷凝。

为了实现上述目的，本发明提供一种布雷顿-卡琳娜循环式储能供电方法，其包括如下模式：

(1)储能模式：常温的工作介质经过压缩机绝热压缩之后，通过主蓄热系统进行等压放热过程；工作介质向余热锅炉排出热量，进入透平进行绝热膨胀以对外做功，然后通过蓄冷系统进行等压吸热过程，再循环或释放到外界；

(2)供电模式：常温工作介质通过蓄冷系统进行等压放热，然后经过压缩机绝热压缩，继而通过主蓄热系统进行等压吸热，然后进入透平进行绝热膨胀以对外做功，然后工作介质向余热锅炉排出热量，随后循环或释放到外界；在此过程中净输出的功用于供电；