CN113883489A - 一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应*** - Google Patents

一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及可再生能源应用与清洁供热技术领域，具体涉及一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，目的是为了解决现有太阳能热发电、热电联产、跨季节储能在***、设备和方法中存在的集成度不够、综合效率偏低、弃光与用能紧缩并存、跨季节储能难实现、城镇供热能耗大而品质低等矛盾和问题；包括二氧化碳循环回路、大温差热电联产朗肯循环回路、地埋管跨季节储热回路、热力站供热回路、卡诺电池熔盐循环回路、低温熔盐热回收回路和卡诺电池发电回路；有益效果为：本发明在太阳能热发电效率方面更有优势；本发明全面覆盖储能的各时间尺度；提升了供暖***效能和个性化调节自由度；科学整合了现有技术储备，预留了技术更新升级的接口。

Description

一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***
技术领域
本发明涉及可再生能源应用与清洁供热技术领域，具体涉及一种一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***。
背景技术
近年来极端气象灾害频发、人民生命财产安全受到威胁、国家能源安全遭遇挑战，其根本原因是地球气候***正逐步跨越相变临界。因此，调整能源结构、转变经济增长方式已刻不容缓。在可再生能源应用关键技术尚未完全突破的过渡阶段，如何利用现有技术储备加快推进碳中和，同时提高新技术接口的柔性、及时更新升级技术工艺设备、减少资源浪费，是每个人必须思考的问题。
根据现阶段研究结果，我们知道：1)我国西北广大戈壁沙漠地区太阳能光热资源丰富，是绿色能源经济的蓝海，但太阳能光热资源受季节的严格约束；2)太阳能热发电技术正逐步走向成熟，但跨季节利用尚未被明确规划；3)电力属于高品位能源，易于远距离输配但不易于大规模存储；4)热能属于低品位能源，易于大规模存储但不易于远距离输配；5)目前高品位能量存储最稳定、最经济的方式是热力学能存储，其中混合熔盐储热发电即卡诺电池是一种非常理想的中短期(几十小时到一周)大规模储能方式，而电解水或重整化制氢是一种跨季节储存高品位能量的有效方式；6)地埋管跨季节储热是一种环境影响较小、经济性较好、使用寿命较长(50年)的跨季节储热方式；7)太阳能热发电成熟的标志是高集热温度、高参数发电，而布雷顿-朗肯联合循环是大规模高效发电的有效方式；8)根据我国现有技术储备的特点，高参数水蒸汽透平热电联产已达到世界先进水平，基于增热型吸收式热泵的大温差长输供热技术已走向成熟；
9)新一代区域供热技术要求降低二次网的供回水温度、提高个性化调节自由度。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有太阳能热发电、热电联产、跨季节储能在***、设备和方法中存在的集成度不够、综合效率偏低、弃光与用能紧缩并存、跨季节储能难实现、城镇供热能耗大而品质低等矛盾和问题,进而提供一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，其特征在于，包括二氧化碳循环回路、大温差热电联产朗肯循环回路、地埋管跨季节储热回路、热力站供热回路、卡诺电池熔盐循环回路、低温熔盐热回收回路和卡诺电池发电回路；
所述二氧化碳循环回路由超临界二氧化碳压缩机1、压缩机排气管C1、二氧化碳堆积床2、堆积床输气管C2、超临界二氧化碳透平3、联轴器4、发电机5、输出电路E1、布雷顿循环排气管C3、朗肯循环回路歧管C4、第一朗肯循环回路截止阀6、余热锅炉二氧化碳进气管C5、余热锅炉7、余热锅炉二氧化碳排气管C6、第二朗肯循环回路截止阀8、朗肯循环回路歧管C7、卡诺电池回路歧管C8、第一卡诺电池回路截止阀9、熔盐加热器二氧化碳进气管C9、熔盐加热器10、熔盐加热器二氧化碳排气管C10、第二卡诺电池回路截止阀11、卡诺电池回路歧管C11和压缩机进气管C12依次连接构成；
所述大温差热电联产朗肯循环回路由余热锅炉7、汽轮机进气管W1、汽轮机12、联轴器13、发电机14、输出电路E2、汽轮机排气管W2、长输供热管道泵15、吸收式热泵高温热源接管W3、增热型吸收式热泵16、吸收式热泵低温热汇接管W4、长输供热回水泵17、长输供热回水管道W5、长输供热回水歧管W6、再热器进水管W7、再热器18和再热器出水管W8依次连接；
所述地埋管跨季节储热回路由吸收式热泵供热管路B1、地埋管跨季节储热回路歧管B2、地埋管换热群19、地埋管跨季节储热回路歧管B3、吸收式热泵回水集管B4、吸收式热泵回水泵20和吸收式热泵回水接管B5依次连接构成；
所述热力站供热回路由热力站供热歧管T1、第一热力站供热回路截止阀21、供热末端热水接入管T2、供热末端22、供热末端回水管T3、第二热力站供热回路截止阀23、热力站循环水泵吸入管T4、热力站循环水泵24和热力站回水歧管T5依次连接构成；
所述卡诺电池熔盐循环回路由卡诺电池低温熔盐罐25、熔盐加热回路接管S1、第一熔盐加热回路截止阀26、陶瓷泵吸入管S2、熔盐加热回路陶瓷泵27、熔盐加热器入口接管S3、熔盐加热器10、熔盐加热器出口接管S4、第二熔盐加热回路截止阀28、高温熔盐罐进料管S5、卡诺电池高温熔盐罐29、熔盐发电回路接管S6、第一熔盐发电回路截止阀30、高温熔盐接入管S7、卡诺电池锅炉31、低温熔盐引出管S8、熔盐发电回路陶瓷泵32、陶瓷泵压出管S9、第二熔盐发电回路截止阀33和低温熔盐罐进料管S10依次连接构成；
所述低温熔盐热回收回路由长输供热回水管道W5、低温熔盐热回收回路歧管W13、第一低温熔盐热回收回路截止阀40、低温熔盐热回收装置34、第二低温熔盐热回收回路截止阀41、低温熔盐热回收回路歧管W14和再热器进水管W7依次连接构成；
所述卡诺电池发电回路由卡诺电池锅炉31、透平进气管W9、卡诺电池透平35、联轴器36、发电机37、输出电路E3、透平排气管W10、热回收装置38、卡诺电池凝水管W11、卡诺电池循环水泵39、锅炉进水管W12和卡诺电池锅炉31依次连接构成。
优选的，所述二氧化碳堆积床2位于二次聚焦集热塔内。
优选的，除输出电路E1、输出电路E2和输出电路E3外，其余***和部件一律保温处理。
优选的，所述增热型吸收式热泵16工质采用溴化锂水溶液。
优选的，所述第一朗肯循环回路截止阀6和第二朗肯循环回路截止阀8、第一卡诺电池回路截止阀9和第二卡诺电池回路截止阀11、第一热力站供热回路截止阀21和第二热力站供热回路截止阀23、第一熔盐加热回路截止阀26和第二熔盐加热回路截止阀28、第一熔盐发电回路截止阀30和第二熔盐发电回路截止阀33、第一低温熔盐热回收回路截止阀40和第二低温熔盐热回收回路截止阀41，均须根据通过介质的温度、压力、腐蚀性等特征选择；所述长输供热管道泵15、长输供热回水泵17、吸收式热泵回水泵20、热力站循环水泵24、熔盐加热回路陶瓷泵27、熔盐发电回路陶瓷泵32和卡诺电池循环水泵39，均须根据输送介质的温度、压力、腐蚀性等特征选择。
优选的，所述二氧化碳循环回路接管均为高温高压管道，最高温度1300摄氏度左右；所述大温差热电联产朗肯循环回路、低温熔盐热回收回路和卡诺电池发电回路的管内介质为水或水蒸气，温度和压力的变化范围较大，温度范围20-600摄氏度；所述地埋管跨季节储热回路的管内介质为中温水，温度范围10-60摄氏度；所述热力站供热回路的管内介质为中温水，温度范围30-60摄氏度；所述卡诺电池熔盐循环回路的管内介质为混合熔盐，温度范围250-600摄氏度。
所述汽轮机12和卡诺电池透平35均为水蒸汽透平。
所述输出电路E1、输出电路E2和输出电路E3可并入电网，也可电解水制氢或甲烷(醇)重整化制氢，以达到跨季节储能的目的。
所述地埋管换热群19采用双U型管钻孔结构，钻孔深度50-80米，储热平均温度50摄氏度，以实现跨季节储热及供热。
所述余热锅炉7的热源仅为高温高压二氧化碳工质，所述卡诺电池锅炉31的热源仅为高温熔盐，二者均不消耗化石燃料。
所述低温熔盐热回收装置34及其配套设备须保证水温与熔盐温度匹配，避免大温差传热，避免熔盐结晶、水闪发沸腾。
所述热回收装置38的形式及其布置非常灵活，目的是降低汽轮机排汽的温度和压力，并将其再次转化为循环水使用；同时应尽可能多地回收余热，用于其它工质和过程加热，提高***能量利用效率；所述供热末端22的形式是灵活的，可以是楼宇级热力枢纽，或是区域热力站。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明在太阳能热发电效率方面更有优势。以二氧化碳作为吸热介质的塔式太阳能热发电***，可以达到1000-1300摄氏度的高集热温度。超临界二氧化碳在布雷顿循环中驱动透平高速运转发电，排气仍有较高的压力和温度水平(650摄氏度左右)。利用其高参数特征，进一步加热水及其蒸汽(朗肯循环工质)或混合熔盐(卡诺电池储能工质)，直至二氧化碳返回至初参数状态，再次进入压缩机增压，通过二氧化碳堆积床吸热升温至高参数状态。而朗肯循环中被余热锅炉(热源为二氧化碳透平排气)加热增压后的水蒸汽亦达到与大型电站锅炉输出相当的高参数水平(600摄氏度左右)，保证了朗肯循环的发电效率。同样地，在卡诺电池循环中，高温熔盐加热水及其蒸汽用于朗肯循环发电，同样保证了较高的发电效率。因此，联合循环的整体发电效率得到了提升。
2)本发明全面覆盖储能的各时间尺度。首先，二氧化碳堆积床属于固体显热储热，其特点是升温迅速、集热温度高、成本低、气流对储热介质的冲击和腐蚀作用低，是典型的瞬态储能。其次，卡诺电池循环中的混合熔盐储能属于液体显热储热，其特点是储能密度较高(50kWh/m3)、储能时间较长(几十小时到一周)、储能成本相对较低、不受地理条件限制、循环效率较高(40％-70％)，是典型的中期储能。再次，太阳能热发电站输出的电力，在城乡结合部进行调度和分配；在市政电网负荷较低时，利用电解水或重整化制氢工艺，将电能转化为化学能，保证能量品位不降级，同时实现了高品质能源跨季节存储，削弱了太阳能热发电受季节性光热条件的制约。再次，增热型吸收式热泵连同地埋管换热群设置于城乡结合部，充分利用其地上地下空间，一方面回收利用了朗肯循环中做功发电后水蒸汽的余热(一般为0.3MPa，130摄氏度左右)，驱动热泵机组生产中温热水(55摄氏度左右)，同时机组蒸发器产生较低温度的水(25摄氏度左右)，最大限度地拉大了长输供热管线的供回水温差(130/30摄氏度)；另一方面通过地埋管换热群将非供暖季产生的中温热水(55摄氏度左右)直接输入地下，利用黄土优良的蓄热能力，将这部分低品位热能跨季节存储，以便供暖季回收使用。现有研究表明，中低温跨季节储热效率最高，而地埋管储热是诸多跨季节大规模储热技术中成本最低、技术最成熟的代表。
3)本发明提升了供暖***效能和个性化调节自由度，最大程度地减少了供暖碳排放。本发明供热***一次网实现了大温差(130/30摄氏度)长输，二次网降低了管网温度(55/30摄氏度)，采暖用户三级网络实现了分布式热泵个性化运行调节。从而减小了二次网、三级网以及建筑本体与环境温度间的势差，降低了热损失。由于采用了地埋管跨季节储热，供热***一次网、二次网、三级网均实现了柔性间歇运行，充分利用土壤、热水、围护结构等介质的热容，有利于地温场恢复、避免过余供热。太阳光热发电的余热替代化石燃料成为供暖热源，直接减少了供暖产生的碳排放。
4)本发明科学整合了现有技术储备，也预留了技术更新升级的接口。目前，我国的太阳能热发电技术正迈向第三代***，受制于高温储热、换热材料，未能在西北地区进行示范性尝试。然而，我国在超临界发电机组方面走在世界前列，在利用增热型吸收式热泵实现大温差长输供热领域亦积累了丰富技术经验，近期在超临界二氧化碳透平机组中试研究方面也取得了突破。基于这些技术积累，提出在现有塔式太阳能热发电***基础上使用超临界二氧化碳驱动布雷顿循环，利用气体堆积床瞬态储热，绕过高温熔盐传热储热及稳定性研究障碍；同时充分利用在超临界(水蒸汽)机组积累的经验，组成布雷顿-朗肯联合循环，提升整体发电效率；利用成熟的中高温混合熔盐储能发电即卡诺电池技术，实现中高品位热能(600摄氏度左右)的中短期存储及发电，增加***柔性和可靠性。将电能转化为化学能(例如氢)存储，实现高品质能源跨季节利用，是世界各国竞相开展的战略性研究。基于现阶段的技术能力，采用电解水或重整化制氢工艺，将电网过余电能无贬值转化存储，是现阶段跨季节储能的重要方式。充分利用城乡结合部的地上地下空间，开展制氢储氢，可为城市提供优质清洁能源。另外，前序热发电工艺的巨大余热资源，被增热型吸收式热泵深度挖掘，生产的中低温热水恰是地埋管跨季节储热的最佳热源，因此实现了低品位热能增容、转移，以及延迟供应，一举多得。
综上，本发明科学整合了现有技术储备，全面覆盖了储能的各时间尺度，提高了太阳热发电***的整体效能和效率，在发电、用电、供暖等诸多传统耗能环节切实减少了碳排放，具有积极的社会环境效益。
附图说明
为了更加清晰的理解本发明，通过结合说明书附图与示意性实施例，进一步介绍本公开，附图与实施例是用来解释说明，并不构成对公开的限定。
图1为本发明具体实施方式一的基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***的原理图；
图2为本发明具体实施方式二的基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***的原理图；
图3为本发明具体实施方式三的基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***的原理图；
图4为本发明具体实施方式四的基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***的原理图；
图5为本发明具体实施方式五的基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***的原理图；
图6为本发明具体实施方式六的基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***的原理图；
图7为本发明具体实施方式七的基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***的原理图；
图8为本发明具体实施方式八的基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***的原理图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
结合图1说明，本实施方式的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***的工作方式分为：1)布雷顿-朗肯联合循环热电联供；2)布雷顿循环发电联合卡诺电池充电；3)布雷顿-朗肯联合循环热电联供结合卡诺电池充电；4)卡诺电池热电联供；5)地埋管储热；6)地埋管供热；7)地埋管储热联合供热等七种基础运行模式/方式。在此基础上，地埋管储热/供热模式可与热电联供模式进一步组合。以下为详细描述。
具体实施方式一：
结合图1说明本实施方式，一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，其特征在于，包括二氧化碳循环回路、大温差热电联产朗肯循环回路、地埋管跨季节储热回路、热力站供热回路、卡诺电池熔盐循环回路、低温熔盐热回收回路和卡诺电池发电回路；所述二氧化碳循环回路由超临界二氧化碳压缩机1、压缩机排气管C1、二氧化碳堆积床2、堆积床输气管C2、超临界二氧化碳透平3、联轴器4、发电机5、输出电路E1、布雷顿循环排气管C3、朗肯循环回路歧管C4、第一朗肯循环回路截止阀6、余热锅炉二氧化碳进气管C5、余热锅炉7、余热锅炉二氧化碳排气管C6、第二朗肯循环回路截止阀8、朗肯循环回路歧管C7、卡诺电池回路歧管C8、第一卡诺电池回路截止阀9、熔盐加热器二氧化碳进气管C9、熔盐加热器10、熔盐加热器二氧化碳排气管C10、第二卡诺电池回路截止阀11、卡诺电池回路歧管C11和压缩机进气管C12依次连接构成；所述大温差热电联产朗肯循环回路由余热锅炉7、汽轮机进气管W1、汽轮机12、联轴器13、发电机14、输出电路E2、汽轮机排气管W2、长输供热管道泵15、吸收式热泵高温热源接管W3、增热型吸收式热泵16、吸收式热泵低温热汇接管W4、长输供热回水泵17、长输供热回水管道W5、长输供热回水歧管W6、再热器进水管W7、再热器18和再热器出水管W8依次连接；所述地埋管跨季节储热回路由吸收式热泵供热管路B1、地埋管跨季节储热回路歧管B2、地埋管换热群19、地埋管跨季节储热回路歧管B3、吸收式热泵回水集管B4、吸收式热泵回水泵20和吸收式热泵回水接管B5依次连接构成；所述热力站供热回路由热力站供热歧管T1、第一热力站供热回路截止阀21、供热末端热水接入管T2、供热末端22、供热末端回水管T3、第二热力站供热回路截止阀23、热力站循环水泵吸入管T4、热力站循环水泵24和热力站回水歧管T5依次连接构成；所述卡诺电池熔盐循环回路由卡诺电池低温熔盐罐25、熔盐加热回路接管S1、第一熔盐加热回路截止阀26、陶瓷泵吸入管S2、熔盐加热回路陶瓷泵27、熔盐加热器入口接管S3、熔盐加热器10、熔盐加热器出口接管S4、第二熔盐加热回路截止阀28、高温熔盐罐进料管S5、卡诺电池高温熔盐罐29、熔盐发电回路接管S6、第一熔盐发电回路截止阀30、高温熔盐接入管S7、卡诺电池锅炉31、低温熔盐引出管S8、熔盐发电回路陶瓷泵32、陶瓷泵压出管S9、第二熔盐发电回路截止阀33和低温熔盐罐进料管S10依次连接构成；所述低温熔盐热回收回路由长输供热回水管道W5、低温熔盐热回收回路歧管W13、第一低温熔盐热回收回路截止阀40、低温熔盐热回收装置34、第二低温熔盐热回收回路截止阀41、低温熔盐热回收回路歧管W14和再热器进水管W7依次连接构成；所述卡诺电池发电回路由卡诺电池锅炉31、透平进气管W9、卡诺电池透平35、联轴器36、发电机37、输出电路E3、透平排气管W10、热回收装置38、卡诺电池凝水管W11、卡诺电池循环水泵39、锅炉进水管W12和卡诺电池锅炉31依次连接构成。
所述二氧化碳堆积床2位于二次聚焦集热塔内；除输出电路E1、输出电路E2和输出电路E3外，其余***和部件一律保温处理；所述增热型吸收式热泵16工质采用溴化锂水溶液。
所述第一朗肯循环回路截止阀6和第二朗肯循环回路截止阀8、第一卡诺电池回路截止阀9和第二卡诺电池回路截止阀11、第一热力站供热回路截止阀21和第二热力站供热回路截止阀23、第一熔盐加热回路截止阀26和第二熔盐加热回路截止阀28、第一熔盐发电回路截止阀30和第二熔盐发电回路截止阀33、第一低温熔盐热回收回路截止阀40和第二低温熔盐热回收回路截止阀41，均须根据通过介质的温度、压力、腐蚀性等特征选择；所述长输供热管道泵15、长输供热回水泵17、吸收式热泵回水泵20、热力站循环水泵24、熔盐加热回路陶瓷泵27、熔盐发电回路陶瓷泵32和卡诺电池循环水泵39，均须根据输送介质的温度、压力、腐蚀性等特征选择。
所述二氧化碳循环回路接管均为高温高压管道，最高温度1300摄氏度左右；所述大温差热电联产朗肯循环回路、低温熔盐热回收回路和卡诺电池发电回路的管内介质为水或水蒸气，温度和压力的变化范围较大，温度范围20-600摄氏度；所述地埋管跨季节储热回路的管内介质为中温水，温度范围10-60摄氏度；所述热力站供热回路的管内介质为中温水，温度范围30-60摄氏度；所述卡诺电池熔盐循环回路的管内介质为混合熔盐，温度范围250-600摄氏度。
所述汽轮机12和卡诺电池透平35均为水蒸汽透平；所述输出电路E1、输出电路E2和输出电路E3可并入电网，也可电解水制氢或甲烷(醇)重整化制氢，以达到跨季节储能的目的；所述地埋管换热群19采用双U型管钻孔结构，钻孔深度50-80米，储热平均温度50摄氏度，以实现跨季节储热及供热。
所述余热锅炉7的热源仅为高温高压二氧化碳工质，所述卡诺电池锅炉31的热源仅为高温熔盐，二者均不消耗化石燃料；所述低温熔盐热回收装置34及其配套设备须保证水温与熔盐温度匹配，避免大温差传热，避免熔盐结晶、水闪发沸腾；所述热回收装置38的形式及其布置非常灵活，目的是降低汽轮机排汽的温度和压力，并将其再次转化为循环水使用；同时应尽可能多地回收余热，用于其它工质和过程加热，提高***能量利用效率；所述供热末端22的形式是灵活的，可以是楼宇级热力枢纽，或是区域热力站。
具体实施方式二：
结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，在布雷顿-朗肯联合循环热电联供模式下的工作方式为：二氧化碳循环朗肯循环回路打开，其余回路关闭，具体而言，第一朗肯循环回路截止阀6、第二朗肯循环回路截止阀8打开，其余截止阀关闭，超临界二氧化碳压缩机1、长输供热管道泵15、长输供热回水泵17运行，其余动力设备停车。布雷顿-朗肯联合循环热电联供模式下，高温高压的超临界二氧化碳气体从压缩机1的排气管C1进入二氧化碳堆积床2，被加热至更高温度(1000摄氏度左右)，经堆积床输气管C2进入超临界二氧化碳透平3，并驱动叶片高速旋转输出轴功，联轴器4将此轴功传递给发电机5，产生交流电经输出电路E1输送至变电站，供给市政电网或制氢，而做完功的二氧化碳仍具有较高压力和温度水平(约650摄氏度)，依次通过布雷顿循环排气管C3、朗肯循环回路歧管C4、第一朗肯循环回路截止阀6，经二氧化碳进气管C5进入余热锅炉7，加热朗肯循环工质水使之成为高参数水蒸汽(600摄氏度左右)，之后的二氧化碳依次通过余热锅炉二氧化碳排气管C6、第二朗肯循环回路截止阀8、朗肯循环回路歧管C7、压缩机进气管C12返回压缩机1，如此完成二氧化碳的完整热动循环。在余热锅炉7内被高温二氧化碳加热后的高参数水蒸汽，通过汽轮机进气管W1进入汽轮机12，驱动叶片旋转输出轴功，联轴器13将此轴功传递给发电机14，产生交流电经输出电路E2输送至变电站，供给市政电网或制氢，而做完功的水蒸汽通过汽轮机排气管W2输出，经汽轮机12抽汽调参后(0.3MPa，130摄氏度左右)通过长输供热管道泵15抵达大型热力站，由吸收式热泵高温热源接管W3进入增热型吸收式热泵16，制备中低温热水(55摄氏度左右)，而吸收式热泵低温热汇接管W4输出低温水(25-30摄氏度)，通过长输供热回水泵17进入长输供热回水管道W5，依次经过长输供热回水歧管W6、再热器进水管W7进入再热器18，预热后的水通过再热器出水管W8返回余热锅炉7，再次被高温二氧化碳加热，如此完成大温差热电联产朗肯循环。在增热型吸收式热泵16中输出的中低温热水，在供暖季可直接进入二次管网，也可进入地埋管换热群19恢复地温场，在非供暖季进入地埋管换热群19跨季节储热。
具体实施方式三：
结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，在布雷顿循环发电联合卡诺电池充电模式下的工作方式为：二氧化碳循环卡诺电池充电回路打开，其余回路关闭，具体而言，第一卡诺电池回路截止阀9、第二卡诺电池回路截止阀11、熔盐加热回路截止阀26、熔盐加热回路截止阀28打开，其余截止阀关闭，超临界二氧化碳压缩机1、熔盐加热回路陶瓷泵27运行，其余动力设备停车。布雷顿循环发电联合卡诺电池充电模式下，高温高压的超临界二氧化碳气体从压缩机1的排气管C1进入二氧化碳堆积床2，被加热至更高温度(1000摄氏度左右)，经堆积床输气管C2进入超临界二氧化碳透平3，并驱动叶片高速旋转输出轴功，联轴器4将此轴功传递给发电机5，产生交流电经输出电路E1输送至变电站，供给市政电网或制氢，而做完功的二氧化碳仍具有较高压力和温度水平(约650摄氏度)，依次通过卡诺电池回路歧管C8、第一卡诺电池回路截止阀9，经熔盐加热器二氧化碳进气管C9，进入熔盐加热器10加热低温熔盐(280摄氏度左右)，熔盐吸热升温(600摄氏度左右)后，二氧化碳依次通过排气管C10、第二卡诺电池回路截止阀11、卡诺电池回路歧管C11、压缩机进气管C12返回压缩机1，如此完成二氧化碳的完整热动循环。在卡诺电池低温熔盐罐25中存储的低温熔盐(280摄氏度左右)，一次通过熔盐加热回路接管S1、熔盐加热回路截止阀26、陶瓷泵吸入管S2，进入熔盐加热回路陶瓷泵27，又经熔盐加热器入口接管S3进入熔盐加热器10，在熔盐加热器10内被高温二氧化碳加热后的高温熔盐(600摄氏度左右)，依次通过熔盐加热器出口接管S4、熔盐加热回路截止阀28、高温熔盐罐进料管S5，进入卡诺电池高温熔盐罐29，如此完成卡诺电池充电过程。
具体实施方式四：
结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，在布雷顿-朗肯联合循环热电联供结合卡诺电池充电模式下的工作方式为：二氧化碳循环回路、大温差热电联产朗肯循环回路、卡诺电池充电回路打开，其余回路关闭，具体而言，第一朗肯循环回路截止阀6、第二朗肯循环回路截止阀8、第一卡诺电池回路截止阀9、第二卡诺电池回路截止阀11、第一熔盐加热回路截止阀26、第二熔盐加热回路截止阀28打开，其余截止阀关闭，超临界二氧化碳压缩机1、长输供热管道泵15、长输供热回水泵17、熔盐加热回路陶瓷泵27运行，其余动力设备停车。布雷顿-朗肯联合循环热电联供结合卡诺电池充电模式下，高温高压的超临界二氧化碳气体从压缩机1的排气管C1进入二氧化碳堆积床2，被加热至更高温度(1000摄氏度左右)，经堆积床输气管C2进入超临界二氧化碳透平3，并驱动叶片高速旋转输出轴功，联轴器4将此轴功传递给发电机5，产生交流电经输出电路E1输送至变电站，供给市政电网或制氢，而做完功的二氧化碳仍具有较高压力和温度水平(约650摄氏度)，将分别通过卡诺电池回路、大温差热电联产朗肯循环回路，再次释放能量后，分别通过卡诺电池回路歧管C11、朗肯循环回路歧管C7，经压缩机进气管C12汇总后返回压缩机1，如此完成二氧化碳的完整热动循环。在卡诺电池充电过程的二氧化碳回路，做完功的二氧化碳(约650摄氏度)依次通过卡诺电池回路歧管C8、第一卡诺电池回路截止阀9，经熔盐加热器二氧化碳进气管C9，进入熔盐加热器10加热低温熔盐(280摄氏度左右)，熔盐吸热升温(600摄氏度左右)后，二氧化碳依次通过排气管C10、第二卡诺电池回路截止阀11、卡诺电池回路歧管C11，汇入压缩机进气管C12。在大温差热电联产朗肯循环的二氧化碳回路，做完功的二氧化碳(约650摄氏度)依次通过布雷顿循环排气管C3、朗肯循环回路歧管C4、朗肯第一循环回路截止阀6，经二氧化碳进气管C5进入余热锅炉7，加热朗肯循环工质水使之成为高参数水蒸汽(600摄氏度左右)，之后的二氧化碳依次通过余热锅炉二氧化碳排气管C6、第二朗肯循环回路截止阀8、朗肯循环回路歧管C7，汇入压缩机进气管C12。在卡诺电池低温熔盐罐25中存储的低温熔盐(280摄氏度左右)，一次通过熔盐加热回路接管S1、第一熔盐加热回路截止阀26、陶瓷泵吸入管S2，进入熔盐加热回路陶瓷泵27，又经熔盐加热器入口接管S3进入熔盐加热器10，在熔盐加热器10内被高温二氧化碳加热后的高温熔盐(600摄氏度左右)，依次通过熔盐加热器出口接管S4、第二熔盐加热回路截止阀28、高温熔盐罐进料管S5，进入卡诺电池高温熔盐罐29，如此完成卡诺电池充电过程。在余热锅炉7内被高温二氧化碳加热后的高参数水蒸汽，通过汽轮机进气管W1进入汽轮机12，驱动叶片旋转输出轴功，联轴器13将此轴功传递给发电机14，产生交流电经输出电路E2输送至变电站，供给市政电网或制氢，而做完功的水蒸汽通过汽轮机排气管W2输出，经汽轮机12抽汽调参后(0.3MPa，130摄氏度左右)通过长输供热管道泵15抵达大型热力站，由吸收式热泵高温热源接管W3进入增热型吸收式热泵16，制备中低温热水(55摄氏度左右)，而吸收式热泵低温热汇接管W4输出低温水(25-30摄氏度)，通过长输供热回水泵17进入长输供热回水管道W5，依次经过长输供热回水歧管W6、再热器进水管W7进入再热器18，预热后的水通过再热器出水管W8返回余热锅炉7，再次被高温二氧化碳加热，如此完成大温差热电联产朗肯循环。在增热型吸收式热泵16中输出的中低温热水，在供暖季可直接进入二次管网，也可进入地埋管换热群19恢复地温场，在非供暖季进入地埋管换热群19跨季节储热。
具体实施方式五：
结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，在卡诺电池热电联供模式下的工作方式为：卡诺电池发电回路打开，其余回路关闭，具体而言，第一熔盐发电回路截止阀30、第二熔盐发电回路截止阀33打开，其余截止阀关闭，熔盐发电回路陶瓷泵32、卡诺电池循环水泵39运行，其余动力设备停车。卡诺电池热电联供模式下，在卡诺电池高温熔盐罐29中存储的高温熔盐(600摄氏度左右)，依次通过熔盐发电回路接管S6、第一熔盐发电回路截止阀30，由高温熔盐接入管S7进入卡诺电池锅炉31，加热朗肯循环工质水，使之成为高参数水蒸汽(550摄氏度左右)，而温度降低的熔盐(280摄氏度左右)经低温熔盐引出管S8，进入熔盐发电回路陶瓷泵32，依次通过陶瓷泵压出管S9、第二熔盐发电回路截止阀33、低温熔盐罐进料管S10，进入卡诺电池低温熔盐罐25，如此完成卡诺电池放电过程。在卡诺电池锅炉31内吸热，成为高参数的水蒸汽(550摄氏度左右)由透平进气管W9进入卡诺电池透平35，驱动叶片旋转输出轴功，联轴器36将此轴功传递给发电机37，产生交流电经输出电路E3输送至变电站，供给市政电网或制氢，而做完功的水蒸汽通过透平排气管W10输出，进入热回收装置38加热***中的低温工质或物料，后经卡诺电池凝水管W11进入卡诺电池循环水泵39，通过锅炉进水管W12返回卡诺电池锅炉31；抑或做完功的水蒸汽通过透平排气管W10输出，经卡诺电池透平35抽汽调参后(0.3MPa，130摄氏度左右)通过长输供热管道泵15抵达大型热力站，由吸收式热泵高温热源接管W3，进入增热型吸收式热泵16，制备中低温热水(55摄氏度左右)，而吸收式热泵低温热汇接管W4输出低温水(25-30摄氏度)，通过卡诺电池循环水泵39，通过锅炉进水管W12返回卡诺电池锅炉31，再次被高温熔盐加热，如此完成卡诺电池发电(朗肯)循环。在增热型吸收式热泵16中输出的中低温热水，在供暖季可直接进入二次管网，也可进入地埋管换热群19恢复地温场，在非供暖季进入地埋管换热群19跨季节储热。
具体实施方式六：
结合图1和图6说明本实施方式，本实施方式的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，在地埋管储热模式下的工作方式为：在增热型吸收式热泵16中制备的中低温热水(55摄氏度左右)，依次通过吸收式热泵供热管路B1、地埋管跨季节储热回路歧管B2，进入地埋管换热群19，在土壤中存储中低品位热能，而降温之后的水依次通过地埋管跨季节储热回路歧管B3、吸收式热泵回水集管B4，进入吸收式热泵回水泵20，再由吸收式热泵回水接管B5返回增热型吸收式热泵16，如此完成一个地埋管储热循环。本实施方式要求保证增热型吸收式热泵16的高温热源接管W3、低温热汇接管W4保持畅通，有连续稳定的热源供应。
具体实施方式七：
结合图1和图7说明本实施方式，本实施方式的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，在地埋管供热模式下的工作方式为：热力站供热回路打开，具体要求热力站供热回路截止阀21、热力站供热回路截止阀23、热力站循环水泵24打开运行。地埋管换热群19中的供热回路打开，向热力站供热歧管T1输送热水，依次经过热力站供热回路截止阀21、供热末端热水接入管T2，抵达供热末端22，向用户供暖，放热结束后的低温水依次通过供热末端回水管T3、热力站供热回路截止阀23、热力站循环水泵吸入管T4，进入热力站循环水泵24，再通过热力站回水歧管T5返回地埋管换热群19的供热回路，如此完成一个地埋管供热循环。本实施方式中供热末端22的形式是灵活的，可以是楼宇级热力枢纽，或是区域热力站。地埋管换热群19输出的中低温热水可根据用户需要进行再热，例如使用热泵，以提升个性化调节的自由度，避免过余供热产生的能源浪费。本实施方式中地埋管换热群19采用双U型管钻孔结构，储热和供热回路完全分离、互不干扰，进一步提升了***运行的灵活性和可靠性。
具体实施方式八：
结合图1和图8说明本实施方式，本实施方式的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，在地埋管储热联合供热模式下的工作方式为：地埋管储热供热同时进行，具体而言，在增热型吸收式热泵16中制备的中低温热水(55摄氏度左右)，依次通过吸收式热泵供热管路B1、地埋管跨季节储热回路歧管B2，进入地埋管换热群19，在土壤中存储中低品位热能，而降温之后的水依次通过地埋管跨季节储热回路歧管B3、吸收式热泵回水集管B4，进入吸收式热泵回水泵20，再由吸收式热泵回水接管B5返回增热型吸收式热泵16，如此完成一个地埋管储热循环。与此同时，地埋管换热群19中的供热回路打开，向热力站供热歧管T1输送热水，依次经过热力站供热回路截止阀21、供热末端热水接入管T2，抵达供热末端22，向用户供暖，放热结束后的低温水依次通过供热末端回水管T3、热力站供热回路截止阀23、热力站循环水泵吸入管T4，进入热力站循环水泵24，再通过热力站回水歧管T5返回地埋管换热群19的供热回路，如此完成一个地埋管供热循环。本实施方式要求保证增热型吸收式热泵16的高温热源接管W3、低温热汇接管W4保持畅通，有连续稳定的热源供应。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，其特征在于，包括二氧化碳循环回路、大温差热电联产朗肯循环回路、地埋管跨季节储热回路、热力站供热回路、卡诺电池熔盐循环回路、低温熔盐热回收回路和卡诺电池发电回路；
所述二氧化碳循环回路由超临界二氧化碳压缩机(1)、压缩机排气管(C1)、二氧化碳堆积床(2)、堆积床输气管(C2)、超临界二氧化碳透平(3)、联轴器(4)、发电机(5)、输出电路(E1)、布雷顿循环排气管(C3)、朗肯循环回路歧管(C4)、第一朗肯循环回路截止阀(6)、余热锅炉二氧化碳进气管(C5)、余热锅炉(7)、余热锅炉二氧化碳排气管(C6)、第二朗肯循环回路截止阀(8)、朗肯循环回路歧管(C7)、卡诺电池回路歧管(C8)、第一卡诺电池回路截止阀(9)、熔盐加热器二氧化碳进气管(C9)、熔盐加热器(10)、熔盐加热器二氧化碳排气管(C10)、第二卡诺电池回路截止阀(11)、卡诺电池回路歧管(C11)和压缩机进气管(C12)依次连接构成；
所述大温差热电联产朗肯循环回路由余热锅炉(7)、汽轮机进气管(W1)、汽轮机(12)、联轴器(13)、发电机(14)、输出电路(E2)、汽轮机排气管(W2)、长输供热管道泵(15)、吸收式热泵高温热源接管(W3)、增热型吸收式热泵(16)、吸收式热泵低温热汇接管(W4)、长输供热回水泵(17)、长输供热回水管道(W5)、长输供热回水歧管(W6)、再热器进水管(W7)、再热器(18)和再热器出水管(W8)依次连接；
所述地埋管跨季节储热回路由吸收式热泵供热管路(B1)、地埋管跨季节储热回路歧管(B2)、地埋管换热群(19)、地埋管跨季节储热回路歧管(B3)、吸收式热泵回水集管(B4)、吸收式热泵回水泵(20)和吸收式热泵回水接管(B5)依次连接构成；
所述热力站供热回路由热力站供热歧管(T1)、第一热力站供热回路截止阀(21)、供热末端热水接入管(T2)、供热末端(22)、供热末端回水管(T3)、第二热力站供热回路截止阀(23)、热力站循环水泵吸入管(T4)、热力站循环水泵(24)和热力站回水歧管(T5)依次连接构成；
所述卡诺电池熔盐循环回路由卡诺电池低温熔盐罐(25)、熔盐加热回路接管(S1)、第一熔盐加热回路截止阀(26)、陶瓷泵吸入管(S2)、熔盐加热回路陶瓷泵(27)、熔盐加热器入口接管(S3)、熔盐加热器(10)、熔盐加热器出口接管(S4)、第二熔盐加热回路截止阀(28)、高温熔盐罐进料管(S5)、卡诺电池高温熔盐罐(29)、熔盐发电回路接管(S6)、第一熔盐发电回路截止阀(30)、高温熔盐接入管(S7)、卡诺电池锅炉(31)、低温熔盐引出管(S8)、熔盐发电回路陶瓷泵(32)、陶瓷泵压出管(S9)、第二熔盐发电回路截止阀(33)和低温熔盐罐进料管(S10)依次连接构成；
所述低温熔盐热回收回路由长输供热回水管道(W5)、低温熔盐热回收回路歧管(W13)、第一低温熔盐热回收回路截止阀(40)、低温熔盐热回收装置(34)、第二低温熔盐热回收回路截止阀(41)、低温熔盐热回收回路歧管(W14)和再热器进水管(W7)依次连接构成；
所述卡诺电池发电回路由卡诺电池锅炉(31)、透平进气管(W9)、卡诺电池透平(35)、联轴器(36)、发电机(37)、输出电路(E3)、透平排气管(W10)、热回收装置(38)、卡诺电池凝水管(W11)、卡诺电池循环水泵(39)、锅炉进水管(W12)和卡诺电池锅炉(31)依次连接构成。
2.权利要求1所述的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，其特征在于，所述二氧化碳堆积床(2)位于二次聚焦集热塔内。
3.权利要求1所述的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，其特征在于，除输出电路(E1)、输出电路(E2)和输出电路(E3)外，其余***和部件一律保温处理。
4.权利要求1所述的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，其特征在于，所述增热型吸收式热泵(16)工质采用溴化锂水溶液。
5.权利要求1所述的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，其特征在于，所述第一朗肯循环回路截止阀(6)和第二朗肯循环回路截止阀(8)、第一卡诺电池回路截止阀(9)和第二卡诺电池回路截止阀(11)、第一热力站供热回路截止阀(21)和第二热力站供热回路截止阀(23)、第一熔盐加热回路截止阀(26)和第二熔盐加热回路截止阀(28)、第一熔盐发电回路截止阀(30)和第二熔盐发电回路截止阀(33)、第一低温熔盐热回收回路截止阀(40)和第二低温熔盐热回收回路截止阀(41)，均须根据通过介质的温度、压力、腐蚀性等特征选择；所述长输供热管道泵(15)、长输供热回水泵(17)、吸收式热泵回水泵(20)、热力站循环水泵(24)、熔盐加热回路陶瓷泵(27)、熔盐发电回路陶瓷泵(32)和卡诺电池循环水泵(39)，均须根据输送介质的温度、压力、腐蚀性等特征选择。
6.权利要求1所述的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，其特征在于，所述二氧化碳循环回路的接管均为高温高压管道，最高温度1300摄氏度左右；所述大温差热电联产朗肯循环回路、低温熔盐热回收回路和卡诺电池发电回路的管内介质为水或水蒸气，温度和压力的变化范围较大，温度范围20-600摄氏度；所述地埋管跨季节储热回路的管内介质为中温水，温度范围10-60摄氏度；所述热力站供热回路的管内介质为中温水，温度范围30-60摄氏度；所述卡诺电池熔盐循环回路的管内介质为混合熔盐，温度范围250-600摄氏度。
7.权利要求1所述的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，其特征在于，所述汽轮机(12)和卡诺电池透平(35)均为水蒸汽透平。
8.权利要求1所述的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，其特征在于，所述输出电路(E1)、输出电路(E2)和输出电路(E3)可并入电网，也可电解水制氢或甲烷重整化制氢，以达到跨季节储能的目的；所述地埋管换热群(19)采用双U型管钻孔结构，钻孔深度50-80米，储热平均温度50摄氏度，以实现跨季节储热及供热。
9.权利要求1所述的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，其特征在于，所述余热锅炉(7)的热源仅为高温高压二氧化碳工质，所述卡诺电池锅炉(31)的热源仅为高温熔盐，二者均不消耗化石燃料；所述低温熔盐热回收装置(34)及其配套设备须保证水温与熔盐温度匹配，避免大温差传热，避免熔盐结晶、水闪发沸腾。
10.权利要求1所述的一种基于跨时间尺度储能的太阳能热电协同供应***，其特征在于，所述热回收装置(38)的形式及其布置非常灵活，目的是降低汽轮机排汽的温度和压力，并将其再次转化为循环水使用；同时应尽可能多地回收余热，用于其它工质和过程加热，提高***能量利用效率；所述供热末端(22)的形式是灵活的，可以是楼宇级热力枢纽，或是区域热力站。
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