[发明专利]一种基于可逆再压缩布雷顿循环的热泵储电系统及运行方法

说明书

本发明公开一种基于可逆再压缩布雷顿循环的热泵储电系统及运行方法，该系统由高温储热模块、热泵循环模块、热机循环模块和低温储热模块四部分组成。充电过程中，使用多余电力驱动热泵循环将低温储热的低品位热能“泵”至高品位，储存至高温储热罐中；放电过程中，采用热机循环将储存的高品位热能转换为电力，同时储存部分低品位热能。本发明采用储热材料作为电能和热能的转换媒介，安全可靠性高且不受地理条件限制，以储热技术为基础也非常有潜力实现大规模化。同时，本发明采用超临界二氧化碳为循环工质，利用其临界点物性变化的特性，可以提高系统功率密度和往返效率。

技术领域

本发明属于能量存储技术领域，具体涉及一种基于可逆再压缩布雷顿循环的热泵储电系统及运行方法。

背景技术

近年来，可再生能源发电装机容量迅速增长，但风能、太阳能等具有强烈的间歇性和波动性，也一定程度上给电网带来较大的压力。储能技术在平抑电网波动、促进新能源消纳以及调节电网稳定性等方面发挥着重要作用，对构建“清洁低碳、安全高效”的能源体系具有重要意义。

与此同时，燃煤发电将由主体能源向基础能源转变，为电网消纳新能源提供调峰服务。储能技术可以通过辅助火电机组的动态运行，尽可能地减小火电机组输出的波动范围，既可保障火电机组工作在接近经济运行状态下，又可保持负荷和发电之间实时平衡，呈现出优秀的一次调频能力。

所以，储能技术是构建新型电力系统的关键支撑，抽水蓄能和压缩空气储能是目前成熟商业化的大规模储能技术。但抽水蓄能需要找寻庞大的场地以修建水库，对地理条件有一定要求，因而建设成本高、时间长，且易对周遭环境造成破坏。传统压缩空气储能的储能密度低，依赖于天然岩石洞穴、废弃矿井等特殊地理条件，同时需要化学燃料补燃，不符合能源结构转型策略与趋势。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种基于超临界二氧化碳工质的热泵储电系统及运行方法，该储能系统没有地理条件限制，不会带来环境问题，同时还可以达到储存容量大、动力足、效率高和储能周期长等优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于可逆再压缩布雷顿循环的热泵储电系统，该系统包括高温储热模块、热泵循环模块、热机循环模块和低温储热模块；

所述高温储热模块包括高温储热—冷罐1、高温储热—热罐2、高温换热器Ⅰ3、高温换热器Ⅱ19以及阀门Ⅰ201和阀门Ⅱ202；所述高温储热—冷罐1出口通过阀门Ⅰ201与高温换热器Ⅰ3的冷侧入口相连，高温换热器Ⅰ3的冷侧出口与高温储热—热罐2入口相连，高温储热—热罐2出口通过阀门Ⅱ202与高温换热器Ⅱ19的热侧入口相连，高温换热器Ⅱ19的热侧出口与高温储热—冷罐1入口相连；

所述热泵循环模块包括高温换热器Ⅰ3、压缩机Ⅰ4、高温回热器Ⅰ5、再膨胀机Ⅰ6、低温回热器Ⅰ7、透平Ⅰ8和低温换热器Ⅰ9；所述高温换热器Ⅰ3的热侧入口与压缩机Ⅰ4出口相连，高温换热器Ⅰ3的热侧出口与高温回热器Ⅰ5热侧入口相连，高温回热器Ⅰ5热侧出口分别与再膨胀机Ⅰ6入口和低温回热器Ⅰ7热侧入口相连，低温回热器Ⅰ7热侧出口与透平Ⅰ8入口相连，透平Ⅰ8出口与低温换热器Ⅰ9冷侧入口相连，低温换热器Ⅰ9冷侧出口和再膨胀机Ⅰ6出口与低温回热器Ⅰ7冷侧入口相连，低温回热器Ⅰ7冷侧出口与高温回热器Ⅰ5冷侧入口相连，高温回热器Ⅰ5冷侧出口与压缩机Ⅰ4入口相连；