本發(fā)明屬于儲能換熱領(lǐng)域，涉及一種電熱儲能多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近幾十年來，風(fēng)能、太陽能、潮汐能等可再生能源作為一種清潔的能源發(fā)展迅猛，在世界能源結(jié)構(gòu)中比重越來越高。我國可再生能源的裝機(jī)容量增加迅猛。但是風(fēng)能、太陽能等可再生能源具有不連續(xù)、不穩(wěn)定、不可控的非穩(wěn)態(tài)特性，風(fēng)電和光伏發(fā)電的大規(guī)模并網(wǎng)會對電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行帶來沖擊。大規(guī)模儲能技術(shù)與可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)合可以穩(wěn)定可再生能源發(fā)電的出力，減輕可再生能源電力對電網(wǎng)的沖擊。

目前大規(guī)模儲能技術(shù)主要有抽水蓄能、壓縮空氣儲能，但是這兩種技術(shù)對地址條件的要求比較苛刻，限制了其發(fā)展。電熱儲能發(fā)電技術(shù)主要由一個熱泵循環(huán)和熱機(jī)循環(huán)組成，當(dāng)需要儲存電力時，電網(wǎng)中的電力驅(qū)動熱泵循環(huán)，將電力轉(zhuǎn)化成熱量和冷量分別儲存起來，當(dāng)需要輸出電力時，儲存的熱量和冷量驅(qū)動熱機(jī)循環(huán)發(fā)電，發(fā)出的電力輸給電網(wǎng)。電熱儲能發(fā)電技術(shù)可以實現(xiàn)電力的大規(guī)模儲存，且不受地質(zhì)條件的限制，近十年來在法國和英國發(fā)展迅速，形成了兩種技術(shù)方案：一種以CO₂為循環(huán)工質(zhì)，以水為儲熱儲冷工質(zhì)；一種以惰性氣體為循環(huán)工質(zhì)，以固體多空介質(zhì)為儲熱儲冷材料。但是這兩種方案中需要用到的CO₂膨脹機(jī)或惰性氣體的壓縮機(jī)和膨脹機(jī)等技術(shù)尚不成熟，致使電熱儲能發(fā)電系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的效率很難達(dá)到預(yù)期的60％。

如果將儲存的熱量或冷量中的一部分直接用于滿足生活或生產(chǎn)的供熱和制冷需求，可以減少發(fā)電量，繼而減少發(fā)電過程中的能量損失，從總體上提高電熱儲能的循環(huán)效率，然而現(xiàn)有技術(shù)沒有相關(guān)的記載。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種電熱儲能多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源電力或電網(wǎng)負(fù)荷低谷時的電力以熱量及冷量的形式存儲，同時能夠利用存儲的熱量及冷量進(jìn)行供熱、制冷及發(fā)電。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的電熱儲能多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括熱泵系統(tǒng)、儲熱儲冷系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)；

熱泵系統(tǒng)包括電機(jī)、壓縮機(jī)、儲熱換熱器及儲冷換熱器；儲熱儲冷系統(tǒng)包括高溫儲罐、常溫儲罐及低溫儲罐；

電機(jī)的輸出軸與壓縮機(jī)的驅(qū)動軸相連接，壓縮機(jī)的工質(zhì)出口與儲熱換熱器的放熱側(cè)入口相連通，儲熱換熱器的放熱側(cè)出口經(jīng)膨脹機(jī)或引射器與儲冷換熱器的吸熱側(cè)入口相連通，儲冷換熱器的吸熱側(cè)出口與壓縮機(jī)的工質(zhì)入口相連通，常溫儲罐的高溫端出口與儲熱換熱器的吸熱側(cè)入口相連通，儲熱換熱器的吸熱側(cè)出口經(jīng)高溫儲罐后分別兩路，其中一路與供熱系統(tǒng)的放熱側(cè)入口相連通，另一路與發(fā)電系統(tǒng)的放熱側(cè)入口相連通，供熱系統(tǒng)的放熱側(cè)出口及發(fā)電系統(tǒng)的放熱側(cè)出口與常溫儲罐的高溫端入口相連通，常溫儲罐的低溫端出口與儲冷換熱器的放熱側(cè)入口相連通，儲冷換熱器的放熱側(cè)出口經(jīng)低溫儲罐后分為兩路，其中一路與制冷系統(tǒng)的吸熱側(cè)入口相連通，另一路與發(fā)電系統(tǒng)的吸熱側(cè)入口相連通，制冷系統(tǒng)的吸熱側(cè)出口及發(fā)電系統(tǒng)的吸熱側(cè)出口與常溫儲罐的低溫端入口相連通。

供熱系統(tǒng)包括供熱換熱器、供熱回路、第一供熱閥門及第二供熱閥門，高溫儲罐經(jīng)第一供熱閥門與供熱換熱器的放熱側(cè)入口相連通，供熱換熱器的放熱側(cè)出口經(jīng)第二供熱閥門與常溫儲罐的高溫端入口相連通，供熱回路的工質(zhì)入口與供熱換熱器的吸熱側(cè)出口相連通，供熱換熱器的吸熱側(cè)入口與供熱回路的工質(zhì)出口相連通。

發(fā)電系統(tǒng)包括泵、加熱器、透平、發(fā)電機(jī)、冷卻器、第一發(fā)電閥門、第二發(fā)電閥門、第三發(fā)電閥門及第四發(fā)電閥門，高溫儲罐經(jīng)第一發(fā)電閥門與加熱器的放熱側(cè)入口相連通，加熱器的放熱側(cè)出口經(jīng)第二發(fā)電閥門與常溫儲罐的高溫端入口相連通，低溫儲罐經(jīng)第四發(fā)電閥門與冷卻器的吸熱側(cè)入口相連通，冷卻器的吸熱側(cè)出口經(jīng)第三發(fā)電閥門與常溫儲罐的低溫端入口相連通，透平的工質(zhì)出口依次經(jīng)冷卻器的放熱側(cè)、泵、加熱器的吸熱側(cè)與透平的工質(zhì)入口相連通，透平的輸出軸與發(fā)電機(jī)的驅(qū)動軸相連接。

制冷系統(tǒng)包括制冷換熱器以及與制冷換熱器相配合送風(fēng)系統(tǒng)，制冷換熱器的吸熱側(cè)入口與低溫儲罐的出口相連通，制冷換熱器的吸熱側(cè)出口與常溫儲罐的入口相連通。

制冷換熱器的吸熱側(cè)出口與常溫儲罐的入口通過第一制冷閥門相連通。

制冷換熱器的吸熱側(cè)入口與低溫儲罐的出口通過第二制冷閥門相連通。

熱泵系統(tǒng)的工質(zhì)為二氧化碳，發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)為二氧化碳或有機(jī)工質(zhì)。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的電熱儲能多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括熱泵系統(tǒng)、儲熱儲冷系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)，熱泵系統(tǒng)包括電機(jī)、壓縮機(jī)、儲熱換熱器及儲冷換熱器，通過可再生能源電力或電網(wǎng)負(fù)荷低谷時的電力驅(qū)動電機(jī)工作，電機(jī)帶動壓縮機(jī)工作，壓縮機(jī)壓縮工質(zhì)，使工質(zhì)的溫度升高，并通過儲熱換熱器將其熱量儲存于儲熱儲冷系統(tǒng)中，通過儲冷換熱器將熱泵系統(tǒng)中的冷量存儲于儲熱儲冷系統(tǒng)中，通過儲熱儲冷系統(tǒng)為供熱系統(tǒng)提供熱量，使供熱系統(tǒng)制熱，通過儲熱儲冷系統(tǒng)為制冷系統(tǒng)提供冷量，使制冷系統(tǒng)制冷，儲熱儲冷系統(tǒng)為發(fā)電系統(tǒng)提供熱量及冷量使發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，操作較為方便，便于實現(xiàn)，可以增加電網(wǎng)消納可再生能源的能力，減少棄風(fēng)、棄光、棄水的現(xiàn)象，并且可以在能源消費端替代常規(guī)的燃煤供暖小鍋爐，減少污染物的排放和能源的浪費。同時本發(fā)明能夠在電網(wǎng)負(fù)荷的低谷時期運(yùn)行儲存電力，然后在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時期的供熱、制冷或發(fā)電，起到削峰填谷、穩(wěn)定電網(wǎng)的作用。另外，可以根據(jù)季節(jié)及環(huán)境溫度的變化選擇供暖或制冷，應(yīng)用靈活，一年中不會有閑置的時間，具有更高的能源利用效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為電機(jī)、2為壓縮機(jī)、3為儲熱換熱器、4為膨脹機(jī)、5為儲冷換熱器、6為高溫儲罐、7為常溫儲罐、8為低溫儲罐、9為供熱換熱器、10為供熱回路、11為泵、12為加熱器、13為透平、14為發(fā)電機(jī)、15為冷卻器、16為制冷換熱器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖1，本發(fā)明所述的電熱儲能多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括熱泵系統(tǒng)、儲熱儲冷系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)；熱泵系統(tǒng)包括電機(jī)1、壓縮機(jī)2、儲熱換熱器3及儲冷換熱器5；儲熱儲冷系統(tǒng)包括高溫儲罐6、常溫儲罐7及低溫儲罐8；電機(jī)1的輸出軸與壓縮機(jī)2的驅(qū)動軸相連接，壓縮機(jī)2的工質(zhì)出口與儲熱換熱器3的放熱側(cè)入口相連通，儲熱換熱器3的放熱側(cè)出口經(jīng)膨脹機(jī)4或引射器與儲冷換熱器5的吸熱側(cè)入口相連通，儲冷換熱器5的吸熱側(cè)出口與壓縮機(jī)2的工質(zhì)入口相連通，常溫儲罐7的高溫端出口與儲熱換熱器3的吸熱側(cè)入口相連通，儲熱換熱器3的吸熱側(cè)出口經(jīng)高溫儲罐6后分別兩路，其中一路與供熱系統(tǒng)的放熱側(cè)入口相連通，另一路與發(fā)電系統(tǒng)的放熱側(cè)入口相連通，供熱系統(tǒng)的放熱側(cè)出口及發(fā)電系統(tǒng)的放熱側(cè)出口與常溫儲罐7的高溫端入口相連通，常溫儲罐7的低溫端出口與儲冷換熱器5的放熱側(cè)入口相連通，儲冷換熱器5的放熱側(cè)出口經(jīng)低溫儲罐8后分為兩路，其中一路與制冷系統(tǒng)的吸熱側(cè)入口相連通，另一路與發(fā)電系統(tǒng)的吸熱側(cè)入口相連通，制冷系統(tǒng)的吸熱側(cè)出口及發(fā)電系統(tǒng)的吸熱側(cè)出口與常溫儲罐7的低溫端入口相連通。

供熱系統(tǒng)包括供熱換熱器9、供熱回路10、第一供熱閥門及第二供熱閥門，高溫儲罐6經(jīng)第一供熱閥門與供熱換熱器9的放熱側(cè)入口相連通，供熱換熱器9的放熱側(cè)出口經(jīng)第二供熱閥門與常溫儲罐7的高溫端入口相連通，供熱回路10的工質(zhì)入口與供熱換熱器9的吸熱側(cè)出口相連通，供熱換熱器9的吸熱側(cè)入口與供熱回路10的工質(zhì)出口相連通。

發(fā)電系統(tǒng)包括泵11、加熱器12、透平13、發(fā)電機(jī)14、冷卻器15、第一發(fā)電閥門、第二發(fā)電閥門、第三發(fā)電閥門及第四發(fā)電閥門，高溫儲罐6經(jīng)第一發(fā)電閥門與加熱器12的放熱側(cè)入口相連通，加熱器12的放熱側(cè)出口經(jīng)第二發(fā)電閥門與常溫儲罐7的高溫端入口相連通，低溫儲罐8經(jīng)第四發(fā)電閥門與冷卻器15的吸熱側(cè)入口相連通，冷卻器15的吸熱側(cè)出口經(jīng)第三發(fā)電閥門與常溫儲罐7的低溫端入口相連通，透平13的工質(zhì)出口依次經(jīng)冷卻器15的放熱側(cè)、泵11、加熱器12的吸熱側(cè)與透平13的工質(zhì)入口相連通，透平13的輸出軸與發(fā)電機(jī)14的驅(qū)動軸相連接。

制冷系統(tǒng)包括制冷換熱器16以及與制冷換熱器16相配合送風(fēng)系統(tǒng)，制冷換熱器16的吸熱側(cè)入口與低溫儲罐8的出口相連通，制冷換熱器16的吸熱側(cè)出口與常溫儲罐7的入口相連通；制冷換熱器16的吸熱側(cè)出口與常溫儲罐7的入口通過第一制冷閥門相連通；制冷換熱器16的吸熱側(cè)入口與低溫儲罐8的出口通過第二制冷閥門相連通。

熱泵系統(tǒng)的工質(zhì)為二氧化碳，發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)為二氧化碳或有機(jī)工質(zhì)。

本發(fā)明的具體工作過程為：

可再生能源電力或電網(wǎng)負(fù)荷低谷時的電力驅(qū)動電機(jī)1工作，電機(jī)1帶動壓縮機(jī)2運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)2對CO₂工質(zhì)加壓，使CO₂工質(zhì)溫度及壓強(qiáng)升高形成高溫高壓CO₂工質(zhì)，高溫高壓CO₂工質(zhì)進(jìn)入儲熱換熱器3的放熱側(cè)將熱量傳遞給儲熱介質(zhì)，升溫后的儲熱介質(zhì)進(jìn)入高溫儲罐6中，儲熱換熱器3放熱側(cè)輸出的CO₂工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)4中做功，可以通過膨脹機(jī)4的做功為壓縮機(jī)2提供驅(qū)動力，減少系統(tǒng)對電能的消耗；膨脹機(jī)4輸出的CO₂工質(zhì)進(jìn)入儲冷換熱器5的吸熱側(cè)吸收儲冷介質(zhì)的熱量，放熱后的儲冷介質(zhì)進(jìn)入到低溫儲罐8中，吸熱后CO₂工質(zhì)蒸發(fā)為蒸汽CO₂工質(zhì)并進(jìn)入到壓縮機(jī)2，完成熱泵系統(tǒng)循環(huán)。儲熱過程、儲冷過程與熱泵系統(tǒng)同時進(jìn)行，常溫儲罐7中的常溫水進(jìn)入儲熱換熱器3的吸熱側(cè)吸收CO₂工質(zhì)釋放的熱量，吸熱升溫后的水進(jìn)入高溫儲罐6中儲存；常溫儲罐7中的常溫水進(jìn)入儲冷換熱器5的放熱側(cè)將熱量釋放給CO₂工質(zhì)，放熱后的常溫水溫度降低，然后再進(jìn)入低溫儲罐8中儲存。

當(dāng)需要供暖時，打開第一制熱閥門及第二制熱閥門，高溫儲罐6中的熱水經(jīng)第一制熱閥門進(jìn)入供熱換熱器9中放熱側(cè)放熱，放熱后的水經(jīng)第二制熱閥門進(jìn)入常溫儲罐7中，與此同時，供熱回路10中的回水進(jìn)入供熱換熱器9吸熱側(cè)中吸收熱量，吸熱升溫后的回水變?yōu)楣┧?，然后進(jìn)入供熱回路10。

當(dāng)需要供冷時，打開第一制冷閥門及第二制冷閥門，低溫儲罐8中的冷水經(jīng)第二制冷閥門進(jìn)入制冷換熱器16的吸熱側(cè)吸收供風(fēng)系統(tǒng)中空氣的熱量，使供風(fēng)溫度降低，制冷換熱器16的吸熱側(cè)出口的水經(jīng)第二制冷閥門進(jìn)入常溫儲罐7。

當(dāng)需要發(fā)電時，打開第一發(fā)電閥門、第二發(fā)電閥門、第三發(fā)電閥門及第四發(fā)電閥門，高溫儲罐6中的熱水經(jīng)第一發(fā)電閥門進(jìn)入加熱器12的放熱側(cè)放熱，放熱后的水經(jīng)第二發(fā)電閥門進(jìn)入常溫儲罐7中；低溫儲罐8中的冷水經(jīng)第四發(fā)電閥門進(jìn)入冷卻器15的吸熱側(cè)吸熱，吸熱后的水經(jīng)第三發(fā)電閥門進(jìn)入常溫儲罐7中；同時，做功工質(zhì)經(jīng)泵11升壓后進(jìn)入加熱器12的吸熱側(cè)吸收熱量，然后進(jìn)入透平13做功，做功后的工質(zhì)進(jìn)入冷卻器15的放熱側(cè)放熱，將熱量釋放給低溫的水，冷卻器15的放熱側(cè)出口的工質(zhì)進(jìn)入泵11，完成整個熱機(jī)循環(huán)，透平13與發(fā)電機(jī)14通過軸相連，透平13的旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機(jī)14工作，實現(xiàn)發(fā)電功能。

本發(fā)明可以通過控制第一制冷閥門、第二制冷閥門、第一制熱閥門、第二制熱閥門、第一發(fā)電閥門、第二發(fā)電閥門、第三發(fā)電閥門及第四發(fā)電閥門實現(xiàn)系統(tǒng)在供暖、制冷及發(fā)電之間的切換，當(dāng)開啟第一制熱閥門及第二制熱閥門時，系統(tǒng)具有供暖功能，當(dāng)關(guān)閉第一制熱閥門及第二制熱閥門時，系統(tǒng)不再具有供暖；當(dāng)開啟第一制冷閥門及第二制冷閥門時，系統(tǒng)具有制冷功能，當(dāng)關(guān)閉第一制冷閥門及第二制冷閥門時，系統(tǒng)不再具有制冷功能；當(dāng)開啟閥門第一發(fā)電閥門、第二發(fā)電閥門、第三發(fā)電閥門及第四發(fā)電閥門時，系統(tǒng)具有發(fā)電功能，當(dāng)關(guān)閉閥門第一發(fā)電閥門、第二發(fā)電閥門、第三發(fā)電閥門及第四發(fā)電閥門時，系統(tǒng)不再具有發(fā)電功能，同時通過調(diào)節(jié)各閥門的開合度控制供暖、制冷及發(fā)電系統(tǒng)中熱水與冷水的流量，從而調(diào)節(jié)供暖、制冷及發(fā)電的功率比例。