一种储能发电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及能源利用技术领域,尤其涉及一种储能发电系统,以及上述储能发电系统的控制方法。
背景技术
我国能源和环保问题所受到的关注日益增加,节能减排和发展可再生能源成为重中之重。工业废热的利用是节能减排的一个主要方向,但目前仅高温废热的利用较为完善,中低温废热由于热品位较低,一般难以回收。此外,可再生能源电力由于受地理条件和自然条件的限制,一般具有间歇性和不稳定性,使其推广应用受到一定的阻碍;电网负荷由于用户端的周期性作业和作息导致的峰谷差不断加大,对电网和供电段设备的安全高效运行造成一定的影响;储能技术不仅能够通过储存-发电提升可再生能源电力的品质,还能够为电网提供备用容量。因此,发展低品位热源驱动的储能技术对解决上述问题具有十分重要的意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的一个目的是提供一种储能发电系统,旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
本发明的另一个目的是提供一种储能发电系统的控制方法,旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种储能发电系统,其包括:依次连接构成循环回路的浓氨水储罐、发生器、分离器、冷凝器、液氨储罐、透平发电机组中的透平膨胀机、蒸发器和吸收器,其中,所述冷凝器与所述分离器上部的第一出口连通,所述发生器与低品位热源连接;在所述浓氨水储罐和所述发生器之间设置有第一控制阀,在所述液氨储罐和所述透平膨胀机之间设置有第二控制阀,在所述循环回路上还设置有第一驱动泵;
还包括增压支路,所述增压支路的一端与所述液氨储罐的底部连接,所述增压支路的另一端与所述液氨储罐的顶部连通,在所述增压支路上还设置有增压装置和第三控制阀;
还包括稀氨支路,所述稀氨支路的两端分别与所述分离器和所述吸收器连接,其中,所述稀氨支路与所述分离器下部的第二出口连通,在所述稀氨水储罐和所述分离器之间设置有第四控制阀,在所述稀氨水储罐和所述吸收器之间设置有第五控制阀,在所述稀氨支路上还设置有第二驱动泵。
其中,在所述循环回路上还设置有溶液换热器,所述溶液换热器位于所述吸收器和所述浓氨水储罐之间,从所述吸收器出来的浓氨水和所述稀氨支路中的稀氨水通过所述溶液换热器进行热传递。
其中,还包括控制器,所述第一驱动泵、所述第二驱动泵、所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀、所述第四控制阀和所述第五控制阀分别与所述控制器连接;所述液氨储罐内还设置有压力计,所述压力计与所述控制器连接。
其中,低品位热能包括中低温光热、地热,以及工业生产过程中产生的余热、废热。
其中,还包括第一供冷循环回路,所述冷凝器位于该第一供冷循环回路上,在该第一供冷循环回路上还设置有冷水塔或风冷器。
其中,还包括第二供冷循环回路,所述吸收器位于该第二供冷循环回路上,所述冷却塔或所述风冷器也设置在所述第二供冷循环回路上。
其中,所述储能发电系统由电网低谷电力或可再生能源电力供电。
本发明还提供了一种储能发电系统的控制方法,其包括储能模式和释能模式:
在储能模式下,开启第一控制阀和第四控制阀,关闭第二控制阀、第三控制阀、第五控制阀,使浓氨水储罐内的浓氨水进入发生器中吸热升温,然后经分离器分离为高压氨蒸气和热稀氨水,高压氨蒸气经冷凝器冷却液化后储存于液氨储罐内,热稀氨水储存于稀氨水储罐内;
在释能模式下,关闭第一控制阀和第四控制阀,开启第三控制阀、以使得液氨从所述液氨储罐底部流至增压装置,并通过所述增压装置内的热源加热成为氨蒸气后回至液氨储罐顶部以对液氨储罐进行增压,当所述液氨储罐内的压力达到预设压力时,开启第二控制阀、第五控制阀,使高压氨蒸汽进入透平膨胀机内膨胀做功并带动发动机进行发电,所述透平膨胀机排出的乏氨气进入蒸发器吸热膨胀后再进入吸收器,在所述吸收器内与从所述稀氨水储罐内流出的稀氨水混合形成浓氨水并流回至浓氨水储罐内,所述氨蒸气在蒸发器内吸热的同时提供冷量,实现制冷。
其中,从所述吸收器内流出的浓氨水通过溶液换热器与所述稀氨支路中的稀氨水进行热传递。
其中,所述预设压力为3MPa。
(三)有益效果
本发明所提供的储能发电系统通过将低品位热源储存于高压液氨和热氨水中,并在需要的时候以电能的形式释放出来,从而有利于促进低品位热能的综合利用,不但可以参与电网调峰、提供容量备用,还可以促进间歇性可再生能源电力的消纳,同时提供冷能。
附图说明
图1是根据本发明的一种储能发电系统的优选实施例的结构示意图;
图中:1:浓氨水储罐;2:第一驱动泵;3:发生器;4:分离器;5:冷凝器;6:液氨储罐;7:增压装置;8:透平膨胀机;9:发电机;10:蒸发器;11:蓄冷水箱;12:吸收器;13:冷却塔;14:稀氨水储罐;15:第二驱动泵;16:溶液换热器;17:第一控制阀;18:第二控制阀;19:第三控制阀;20:第四控制阀;21:第五控制阀;22:第六控制阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接或彼此可通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1示出了根据本发明的一种储能发电系统的一个优选实施例。如图所示,该储能发电系统包括包括依次连接构成循环回路的浓氨水储罐1、发生器3、分离器4、冷凝器5、液氨储罐6、透平发电机组中的透平膨胀机8、蒸发器10和吸收器12,其中,冷凝器5与分离器4上部的第一出口连通,发生器3与低品位热源连接。在浓氨水储罐1和发生器3之间设置有第一控制阀17,在液氨储罐6和透平膨胀机8之间设置有第二控制阀18,在循环回路上还设置有驱动循环回路内的流通介质的第一驱动泵2。该储能发电系统还包括增压支路,增压支路的一端与液氨储罐6的底部连接,增压支路的另一端与液氨储罐6的顶部连通,在增压支路上还设置有增压装置7和第二控制阀18,其中,增压装置7与供热源(例如低品位热源)连接。此外,该储能发电系统还包括稀氨支路,稀氨支路的两端分别与分离器4和吸收器12连接,其中,稀氨支路与分离器4下部的第二出口连通,在稀氨水储罐14和分离器4之间设置有第四控制阀20,在稀氨水储罐14和吸收器12管之间设置有第五控制阀21,在稀氨支路上还设置有第二驱动泵15。
该储能发电系统包括两种工作模式:储能模式和释能模式。使用时,首先开启储能模式,即开启第一控制阀17和第四控制阀20,关闭第二控制阀18、第三控制阀19、第五控制阀21,并开启第一驱动泵2,使得浓氨水储罐1中的浓氨水在第一驱动泵2的驱动下进入发生器3中,经热源加热后进入分离器4,并在分离器4中分离为高压氨气和热稀氨水,热稀氨水向下进入稀氨水储罐14中存储,高压氨气进入冷凝器5中,在冷凝器5的冷却下液化为液氨,然后进入液氨储罐6中存储,储能模式完成。储能模式完成后,液氨和热稀氨水分别在液氨储罐6与稀氨水储罐14中暂存。
当需要释能时,开启释能模式,即关闭第一控制阀17和第四控制阀20,开启第三控制阀19、使得液氨从液氨储罐6底部流至增压装置7,并通过增压装置7内的热源加热成为氨蒸气后回至液氨储罐6顶部以对液氨储罐6进行增压,当液氨储罐6内的压力达到预设压力时,开启第二控制阀18、第五控制阀21,使高压氨蒸汽进入透平膨胀机8内膨胀做功并带动发电机9进行发电,透平膨胀机8排出的乏氨气进入蒸发器10吸热膨胀后再进入吸收器12,在吸收器12内与从稀氨水储罐14内流出的稀氨水混合形成浓氨水并流回至浓氨水储罐1内。氨蒸气在蒸发器10内吸热的同时提供冷量,实现制冷,例如可将冷量通过冷媒介质(例如水)的形式储存于蓄冷水箱11中。
本发明所提供的储能发电系统通过将低品位热源储存于高压液氨和热氨水中,并在需要的时候以电能的形式释放出来,从而有利于促进低品位热能的综合利用,不但可以实现电能的存储,还能满足用冷需求。
优选地,在循环回路上还设置有溶液换热器16,溶液换热器16位于吸收器12和浓氨水储罐1之间,从吸收器12出来的浓氨水和稀氨支路中的稀氨水通过溶液换热器16进行热传递,以进一步增加能量的利用效率。
优选地,该储能发电系统还包括控制器(未示出),第一驱动泵2、第二驱动泵15、第一控制阀17、第二控制阀18、第三控制阀19、第四控制阀20和第五控制阀21分别与控制器连接,以分别在控制器的控制下开启或关闭。液氨储罐6内还设置有压力计(未示出),压力计与控制器连接,当使得压力表所检测到液氨储罐6内的压力达到预设压力时,通过控制器控制相关阀门的开启或关闭。
具体地,低品位热源在这里指的是温度较低、不便于直接利用的热源,例如中低温光热、地热等自然热源,一级工厂生产过程中产生的大量的余热、废热。
优选地,该储能发电系统由电网低谷电力或可再生能源电力供电,以实现电网调峰或可再生能源消纳。
进一步地,为了促使从蒸发器10排出的乏氨气充分与从稀氨水储罐14流出的稀氨水混合形成浓氨水,优选该储能发电系统还包括第一供冷循环回路,冷凝器5位于该第一供冷循环回路上,在该第一供冷循环回路上还设置有冷却塔13或风冷器。此外,优选该储能制冷系统还包括第二供冷循环回路,吸收器12、冷却塔13或风冷器位于该第二供冷循环回路上。
此外,为了防止液氨储罐6和稀氨水储罐14中所储存的热量产生损失,优选液氨储罐6和稀氨水储罐14的罐壁外部均设置有保温层。
此外,在循环管路上吸收器12和浓氨水储罐1之间还设置有第六控制阀22,该第六控制阀22与控制器连接,以便控制循环管路的通断。
本发明还公开了一种上述储能发电系统的控制方法,其包括储能模式和释能模式,
在储能模式下,开启第一控制阀17和第四控制阀20,关闭第二控制阀18、第三控制阀19、第五控制阀21,使浓氨水储罐1内的浓氨水进入发生器3中吸热升温,然后经分离器4分离为高压氨蒸气和热稀氨水,高压氨蒸气经冷凝器5冷却液化后储存于液氨储罐6中,热稀氨水储存于稀氨水储罐14内;
在释能模式下,关闭第一控制阀17和第四控制阀20,开启第三控制阀19,以使得液氨从液氨储储罐6底部流至增压装置7,并通过增压装置7内的供热源加热成为氨蒸气后回至液氨储罐6顶部以对液氨储罐6进行增压,当液氨储罐6内的压力达到预设压力(例如3MPa)时,开启第二控制阀18、第五控制阀21,使高压氨蒸汽进入透平膨胀机8内膨胀做功并带动发电机9进行发电,透平膨胀机8排出的乏氨气进入蒸发器10吸热膨胀后再进入吸收器12,在吸收器12内与从稀氨水储罐14内流出的稀氨水混合形成浓氨水并流回至浓氨水储罐1内。氨蒸气在蒸发器10内吸热的同时提供冷量,实现制冷。
优选地,从吸收器12内流出的浓氨水通过溶液换热器16与稀氨支路中的稀氨水进行热传递,以便进一步提高低品位能源的利用率。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。