CN115111804B - 冷热电联供*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷热电联供***，包括：储能发电循环子***，卡琳娜循环子***，以及蓄热子***，蓄热子***包括余热换热器、蓄热装置和蓄热换热器，其中蓄热装置通过余热换热器与储能发电循环子***相连，储能发电循环子***中的工质通过余热换热器与蓄热装置内的蓄热介质进行热交换以便通过储能发电循环子***中的工质的余热加热蓄热介质，蓄热装置通过蓄热换热器与卡琳娜循环子***相连，蓄热装置内的蓄热介质通过蓄热换热器与卡琳娜循环子***中的工质进行热交换以便通过蓄热介质加热卡琳娜循环子***中的工质。本发明的冷热电联供***能回收储能发电循环子***内的余热，提高了效率、***发电量、储能密度、安全性和经济性。
Description
技术领域
本发明属于储能技术领域，具体而言，涉及一种冷热电联供***。
背景技术
风电、光伏等可再生能源具有不稳定和间歇性，发电功率难以调节到与用电负荷匹配，火电厂也具有调峰需求。普遍采用储能***来消纳可再生能源或者对火电厂进行调峰。
相关技术中，采用储能发电循环***解决光伏发电以及风能发电中的弃风以及弃光问题以及峰谷电的削峰填谷问题,相关技术中提出了一种储能发电循环***，能够实现电-热转换循环和热-电转换循环，但相关技术中的方案由于***各项损失类因素导致放电(释能)和充电(储能)过程的不可逆，导致了***熵增和多余热量的生成，这些多余热量将作为废热排出***、从而降低了***循环效率。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
相关技术中的储能发电循环***中由于***各项损失类因素导致放电(释能)和充电(储能)过程的不可逆，导致了***熵增和多余热量的生成，这些多余热量将作为废热排出***、从而降低了***循环效率。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种冷热电联供***，包括：储能发电循环子***，卡琳娜循环子***，以及蓄热子***，所述蓄热子***包括余热换热器、蓄热装置和蓄热换热器，其中所述蓄热装置通过所述余热换热器与所述储能发电循环子***相连，所述储能发电循环子***中的工质通过所述余热换热器与所述蓄热装置内的蓄热介质进行热交换以便通过所述储能发电循环子***中的工质的余热加热所述蓄热介质，所述蓄热装置通过所述蓄热换热器与所述卡琳娜循环子***相连，所述蓄热装置内的蓄热介质通过所述蓄热换热器与所述卡琳娜循环子***中的工质进行热交换以便通过所述蓄热介质加热所述卡琳娜循环子***中的工质。
根据本发明实施例的冷热电联供***，能够使储能发电循环子***的发电循环中的间断的中低温余热被储存在蓄热子***的蓄热装置中，从而使连续运行的卡琳娜循环子***能够利用储能发电循环子***中的中低温余热，实现储能发电循环子***内的余热利用，提高了***效率、***发电量、储能密度、安全性和经济性。
在一些实施例中，所述蓄热装置包括蓄热水箱。
在一些实施例中，所述蓄热水箱与所述余热换热器的第二路之间设有蓄热水箱水泵。
在一些实施例中，所述蓄热水箱与所述蓄热换热器的第一路之间设有水泵。
在一些实施例中，所述储能发电循环子***包括：储热装置、储冷装置、驱动机构、压缩机、第一换向阀、储热换热器、中间热回收换热器、透平、一号发电机、第二换向阀、储冷换热器，
其中所述驱动机构与所述压缩机动力耦合连接，所述透平与所述一号发电机动力耦合连接：所述压缩机的出气端、所述储热换热器的第一路、所述透平的进气端、所述中间热回收换热器的第一路分别与所述第一换向阀的四个阀口相连，所述储热换热器的第一路与所述中间热回收换热器的第一路相连，
其中所述透平的出气端、所述储冷换热器的第一路、所述压缩机的进气端、所述中间热回收换热器的第二路分别与所述第二换向阀的四个阀口相连，所述储冷换热器的第一路与所述中间热回收换热器的第二路相连，
其中所述储热装置与所述储热换热器的第二路相连，所述储冷装置与所述储冷换热器的第二路相连，
所述余热换热器的第一路连接在所述中间热回收换热器的第二路和所述储冷换热器的第一路之间，所述中间热回收换热器的第二路和所述储冷换热器的第一路之间设有与所述余热换热器并联的第一阀门，所述中间热回收换热器和所述第一阀门的连接处与所述余热换热器之间设有第二阀门，所述储冷换热器和所述第一阀门的连接处与所述余热换热器之间设有第三阀门。
在一些实施例中，所述卡琳娜循环子***包括分离器、高压透平、低压透平、二号发电机、回热器、吸收器、冷凝器、供热换热器和/或供冷换热器，
其中所述蓄热换热器的第二路的输出端与所述分离器的输入端相连。
其中所述分离器的蒸汽出口与所述高压透平的进气端连接，所述分离器的液体出口与所述回热器的第一路的输入端相连，
其中所述高压透平的出气端与所述低压透平的进气端和/或所述供热换热器的第一路的输入端连接，所述低压透平的出气端与所述供冷换热器的第一路的输入端连接，所述供热换热器的第二路适于与热用户的供热回路相连，所述供冷换热器的第二路适于与冷用户的供冷回路相连，
其中所述回热器的第一路的输出端、所述供热换热器的第一路的输出端、所述供冷换热器的第一路的输出端均与所述吸收器的第一路的输入端相连，所述吸收器的第一路的输出端与所述冷凝器的第一路的输入端相连，
其中所述冷凝器的第一路的输出端与所述吸收器的第二路的输入端相连，所述吸收器的第二路的输出端与所述回热器的第二路的输入端相连，所述回热器的第二路的输出端与所述蓄热换热器的第二路的输入端相连，
其中所述冷凝器的第二路与冷却装置相连，所述高压透平、所述低压透平与所述二号发电机动力耦合连接且同步转动。
在一些实施例中，所述冷却装置为风冷塔，所述冷凝器的第二路与所述风冷塔之间设有第四阀门。
在一些实施例中，所述冷凝器的第一路的输出端与所述吸收器的第二路的输入端之间设有工质泵。
在一些实施例中，所述回热器的第一路的输出端与所述吸收器的第一路的输入端设有节流阀。
在一些实施例中，所述热用户的供热回路与所述供热换热器的第二路的两端之间分别设有第七阀门和第八阀门，所述冷用户的供冷回路与所述供冷换热器的第二路的两端之间分别设有第五阀门和第六阀门。
附图说明
图1是根据本发明实施例的冷热电联供***处于储能阶段的示意图。
图2是根据本发明实施例的冷热电联供***处于发电阶段的示意图。
附图标记：100、储能发电循环子***；200、蓄热子***；300、卡琳娜循环子***；1、电动机；2、压缩机；3、第一换向阀；4、储热换热器；5、中间热回收换热器；6、透平；7、一号发电机；8、第二换向阀；9、储冷换热器；10、熔盐罐；11、熔盐斜温层；12、熔盐下分配器；13、低温熔盐泵；14、熔盐上分配器；15、高温熔盐泵；16、防冻液罐；17、防冻液斜温层；18、防冻液上分配器；19、防冻液泵；20、防冻液下分配器；21、低温防冻液泵；22、第一阀门；23、第二阀门；24、第三阀门；25、余热换热器；26、蓄热装置；27、蓄热水箱水泵；28、蓄热换热器；29、水泵；30、分离器；31、高压透平；32、低压透平；33、二号发电机；34、供热换热器；35、热用户；36、供冷换热器；37、冷用户；38、吸收器；39、冷凝器；40、工质泵；41、回热器；42、节流阀；43、风冷塔；44、第四阀门；45、第五阀门；46、第六阀门；47、第七阀门；48、第八阀门。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的冷热电联供***。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的冷热电联供***，包括：储能发电循环子***100，卡琳娜循环子***300，以及蓄热子***200。
蓄热子***200包括余热换热器25、蓄热装置26和蓄热换热器28。蓄热装置26通过余热换热器25与储能发电循环子***100相连，储能发电循环子***100中的工质通过余热换热器25与蓄热装置内的蓄热介质进行热交换，从而通过储能发电循环子***100中的工质的余热加热蓄热介质。蓄热装置通过蓄热换热器28与卡琳娜循环子***300相连，蓄热装置内的蓄热介质通过蓄热换热器28与卡琳娜循环子***300中的工质进行热交换，从而通过蓄热介质加热卡琳娜循环子***300中的工质。
根据本发明实施例的冷热电联供***，通过设置蓄热子***200和卡琳娜循环子***300，使储能发电循环子***100的发电循环中的间断的中低温余热被储存在蓄热子***200内的蓄热装置中，从而使连续运行的卡琳娜循环子***300能够利用储能发电循环子***100中的中低温余热，提高了***效率、***发电量、储能密度、安全性和经济性。
换言之，通过蓄热子***200对储能发电循环子***100余热的吸收和储存，并将该余热用于卡琳娜循环子***300，高效地回收利用了储能发电循环子***100在循环过程的余热。
根据本发明实施例的冷热电联供***的余热利用设计，可以实现了如下三方面效果：第一、使得储能发电循环子***100的余热排出，该余热是由于储能发电循环子***100不可逆损失导致的多余热量，从而使得热泵储电循环闭合，储能发电循环子***100恢复至设计点，从而维持了储能发电循环子***100运行稳定性和安全性；第二、提高了储能发电循环子***100发电循环和储能循环的可逆性，显著提高了储能发电循环子***100循环效率、以及本发明***的能量转换总效率；第三、实现了储能发电循环子***100的余热利用，为卡琳娜循环子***300储存了作为热源的热介质，用于驱动卡琳娜循环子***300进行发电和供热/供冷，从而提高了整个冷热电联供***的效率和经济性。
如图1和图2所示，在一些实施例中，蓄热装置26为蓄热水箱。蓄热水箱与余热换热器25的第二路之间设有蓄热水箱水泵27，蓄热水箱与蓄热换热器28的第一路之间设有水泵29。在其他实施例中，蓄热装置内的蓄热介质也可以采用其他介质。
如图1和图2所示，在一些实施例中，储能发电循环子***100包括：储热装置、储冷装置、驱动机构、压缩机2、第一换向阀3、储热换热器4、中间热回收换热器5、透平6、一号发电机7、第二换向阀8、储冷换热器9。
驱动机构与压缩机2动力耦合连接，储能发电循环子***100在储能阶段的工作模式中，驱动机构驱动压缩机2工作。驱动机构可以包括电动机，也可以包括风力发电机的涡轮机等。
透平6与一号发电机7动力耦合连接，透平6在工质的驱动下转动，以使工质膨胀做功，在发电工作模式中，透平6驱动发电机7发电。
在实际的执行中，压缩机2与透平6动力耦合连接且同步转动。
压缩机2的出气端、储热换热器4的第一路、透平6的进气端、中间热回收换热器5的第一路分别与第一换向阀3的四个阀口相连。储热换热器4的第一路与中间热回收换热器5的第一路相连。
透平6的出气端、储冷换热器9的第一路、压缩机2的进气端、中间热回收换热器5的第二路分别与第二换向阀8的四个阀口相连。储冷换热器9的第一路与中间热回收换热器5的第二路相连。储热装置与储热换热器4的第二路相连，储冷装置与储冷换热器9的第二路相连。
余热换热器25的第一路连接在中间热回收换热器5的第二路和储冷换热器9的第一路之间。中间热回收换热器5的第二路和储冷换热器9的第一路之间设有与余热换热器25并联的第一阀门22。中间热回收换热器5和第一阀门22的连接处与余热换热器25之间设有第二阀门23，储冷换热器9和第一阀门22的连接处与余热换热器25之间设有第三阀门24。
在储能发电循环子***100的储能阶段，第一阀门22打开，第二阀门23和第三阀门24关闭，在储能发电循环子***100的发电阶段，第一阀门22关闭，第二阀门23和第三阀门24打开。
通过第一换向阀和第二换向阀，可以实现同一套装置完成互逆的电-热/冷转换循环和热/冷-电转换循环，简化了***结构。通过中间热回收换热器，降低了压缩机的压缩比、透平的膨胀比，确保了热动设备效率、降低了设计制造难度。
在储能阶段降低了由于储热和储冷装置的换热效率下降而导致的出口温度偏差。在发电阶段则确保了储热和储冷装置的入口温度稳定，从而维持了***运行稳定性。***采用低压缩比的设计，使得***无需极端高温和极端低温即能确保循环效率，降低***高温端的温度，降低了***对于耐高温设备/材料的需求，降低了***成本。
如图1和图2所示，在一些实施例中，卡琳娜循环子***300包括分离器30、高压透平31、低压透平32、二号发电机33、回热器41、吸收器38、冷凝器39、供热换热器34和/或供冷换热器36。
蓄热换热器28的第二路的输出端与分离器30的输入端相连。分离器30的蒸汽出口与高压透平31的进气端连接，分离器30的液体出口与回热器41的第一路的输入端相连。
高压透平31的出气端与低压透平32的进气端和/或供热换热器34的第一路的输入端连接，低压透平32的出气端与供冷换热器36的第一路的输入端连接，供热换热器34的第二路适于与热用户35的供热回路相连，供冷换热器36的第二路适于与冷用户37的供冷回路相连。
回热器41的第一路的输出端、供热换热器34的第一路的输出端、供冷换热器36的第一路的输出端均与吸收器38的第一路的输入端相连，吸收器38的第一路的输出端与冷凝器39的第一路的输入端相连。
冷凝器39的第一路的输出端与吸收器38的第二路的输入端相连，吸收器38的第二路的输出端与回热器41的第二路的输入端相连，回热器41的第二路的输出端与蓄热换热器28的第二路的输入端相连。
冷凝器39的第二路与冷却装置相连。优选地，冷却装置为风冷塔43，冷凝器39的第二路与风冷塔43之间设有第四阀门44。
高压透平31、低压透平32与二号发电机33动力耦合连接且同步转动。
利用卡琳娜循环子***300，可以实现能量的梯级利用，实现了清洁低碳的闭式联合循环储能发电、供热和供冷，且满足当地场站和居民不同时节不同的供冷和供热需求，相当于实现了免费的供热和供冷，极大提高了储能电站效率的同时，保障了电站运行、工作人员和当地居民的生活需求，以及用户对于冷热供应的灵活需求。
卡琳娜循环子***300内工质的蒸发温度随着浓度变化而变化，相较于朗肯循环，卡琳娜循环的冷热流体曲线在蓄热换热器、回热器中匹配更好，提升了冷热电联供***的循环效率。同时由于卡琳娜循环子***300的乏汽对外供冷和供热，显著降低了冷凝器和风冷塔功率，进一步提高了冷热电联供循环效率，卡琳娜循环子***300的供冷和供热功率较大时还可以关停冷凝器和风冷塔，进一步提高了冷热电联供循环效率。
冷凝器39的第一路的输出端与吸收器38的第二路的输入端之间设有工质泵40，工质泵40设置为使冷凝器中内的工质增压后成为高压氨水溶液。
回热器41的第一路的输出端与吸收器38的第一路的输入端设有节流阀42，能够降低经过节流阀42的氨水溶液的压力，生成与乏汽相同压力的低浓度氨水溶液。
热用户35的供热回路与供热换热器34的第二路的两端之间分别设有第七阀门47和第八阀门48，冷用户37的供冷回路与供冷换热器36的第二路的两端之间分别设有第五阀门45和第六阀门46，方便了根据电站/储能场站和当地居民不同季节对于冷热电联供的不同需求，打开和关闭不同阀门进行供冷和供热。
在一些具体示例中，参见图1和2所示，冷热电联供***包括：储能发电循环子***100，卡琳娜循环子***300和蓄热子***200。蓄热子***200包括余热换热器25、蓄热装置和蓄热换热器28，其中蓄热装置通过余热换热器25与储能发电循环子***100相连，储能发电循环子***100中的工质通过余热换热器25与蓄热装置内的蓄热介质进行热交换以便通过储能发电循环子***100中的工质的余热加热蓄热介质，蓄热装置通过蓄热换热器28与卡琳娜循环子***300相连，蓄热装置内的蓄热介质通过蓄热换热器28与卡琳娜循环子***300中的工质进行热交换以便通过蓄热介质加热卡琳娜循环子***300中的工质。
蓄热装置为蓄热水箱，蓄热水箱与余热换热器25的第二路之间设有蓄热水箱水泵27，蓄热水箱水泵27设置为使蓄热水箱中的水在蓄热水箱和余热换热器之间循环，蓄热水箱与蓄热换热器28的第一路之间设有水泵29，水泵29设置为使蓄热水箱中的水在蓄热水箱和蓄热换热器之间循环。
储能发电循环子***100包括：储热装置、储冷装置、驱动机构、压缩机2、第一换向阀3、储热换热器4、中间热回收换热器5、透平6、一号发电机7、第二换向阀8、储冷换热器9。
驱动机构电动机1，电动机1与压缩机2动力耦合连接，储能发电循环子***100在储能阶段的工作模式中，电动机1用于驱动压缩机2工作。
透平6与一号发电机7动力耦合连接，透平6在工质的驱动下转动，以使工质膨胀做功。
在实际的执行中，压缩机2与透平6动力耦合连接且同步转动。
压缩机2的出气端、储热换热器4的第一路、透平6的进气端、中间热回收换热器5的第一路分别与第一换向阀3的四个阀口相连，储热换热器4的第一路与中间热回收换热器5的第一路相连。
透平6的出气端、储冷换热器9的第一路、压缩机2的进气端、中间热回收换热器5的第二路分别与第二换向阀8的四个阀口相连，储冷换热器9的第一路与中间热回收换热器5的第二路相连；储热装置与储热换热器4的第二路相连，储冷装置与储冷换热器9的第二路相连。
储热装置包括斜温层熔盐罐10，熔盐罐10为保温性能极高的近似绝热罐，该熔盐罐10的熔盐斜温层11上方为高温熔盐，该熔盐罐10的熔盐斜温层11下方为低温熔盐。
利用斜温层熔盐罐10储热可以实现单罐储热，且熔盐罐10的储热温度很高，可以将电能转化为高品位的高温热源存储，便于提高储热效率和发电效率。在储能完成的时刻，熔盐罐10自上而下储满了高温熔盐、底部的低温熔盐完全排空。在***放电完成时刻，熔盐罐10自下而上储满了低温熔盐、上部的高温熔盐完全排空。
熔盐罐10的上端设有熔盐上分配器14，熔盐罐10的下端设有熔盐下分配器12，熔盐上分配器14和熔盐下分配器12分别与储热换热器4的第二路的两端相连。
上分配器14与储热换热器4的第二路之间设有高温熔盐泵15，高温熔盐泵15设置为使熔盐从熔盐上分配器14流入储热换热器4的第二路或者使熔盐从储热换热器4的第二路流入熔盐上分配器14。
熔盐下分配器12与储热换热器4的第二路之间设有低温熔盐泵13，低温熔盐泵13设置为使熔盐从熔盐下分配器12流入储热换热器4的第二路或者使熔盐从储热换热器4的第二路流入熔盐下分配器12。
通过熔盐上分配器14和熔盐下分配器12，确保了熔盐斜温层11有效隔离上部高温熔盐和下部低温熔盐，当熔盐罐10储满高温熔盐后即完成***高温端的储热。熔盐下分配器12和熔盐上分配器14的设计，降低了斜温层运行时高/低温储能介质的掺混及斜温层增厚。在单个熔盐罐10内完成储热，提高储能密度、降低成本。通过熔盐下分配器12和熔盐上分配器14设计，维持了热-电转换***高温端的温度恒定，确保了整个***高温端的温度稳定和工况点稳定。
储冷装置包括斜温层防冻液罐16，防冻液罐16为保温性能极高的近似绝热罐，该防冻液罐16的防冻液斜温层17上方为高温防冻液，该防冻液罐16的防冻液斜温层17下方为低温防冻液。利用斜温层防冻液罐16储冷可以实现单罐储冷，且防冻液罐16的储冷温度很低。
在储能完成的时刻，防冻液罐16自下而上储满了低温防冻液、上部的高温防冻液完全排空。在***放电完成时刻，防冻液罐16自上而下储满了高温防冻液、下部的低温防冻液完全排空。
防冻液罐16的上端设有防冻液上分配器18，防冻液罐16的下端设有防冻液下分配器20，防冻液上分配器18和防冻液下分配器20分别与储冷换热器9的第二路的两端相连。
防冻液上分配器18与储冷换热器9的第二路之间设有防冻液泵19，防冻液泵19设置为使防冻液从防冻液上分配器18流入储冷换热器9的第二路或者使防冻液从储冷换热器9的第二路流入防冻液上分配器18。
防冻液下分配器20与储冷换热器9的第二路之间设有低温防冻液泵21，低温防冻液泵21设置为使防冻液从防冻液下分配器20流入储冷换热器9的第二路或者使防冻液从储冷换热器9的第二路流入防冻液下分配器20。
通过防冻液上分配器18和防冻液下分配器20，确保了防冻液斜温层17有效隔离上部高温防冻液和下部低温防冻液，当防冻液罐16储满低温防冻液后即完成***低温端的储冷。防冻液上分配器18和防冻液下分配器20的设计降低了斜温层运行时高/低温储能介质的掺混及斜温层增厚。在单个防冻液罐16内完成储冷，提高储能密度、降低成本。通过防冻液上分配器18和防冻液下分配器20设计，维持了热-电转换***低温端的温度恒定，确保了整个***低温端的温度稳定和工况点稳定。
余热换热器25的第一路连接在中间热回收换热器5的第二路和储冷换热器9的第一路之间。中间热回收换热器5的第二路和储冷换热器9的第一路之间设有与余热换热器25并联的第一阀门22。中间热回收换热器5和第一阀门22的连接处与余热换热器25之间设有第二阀门23，储冷换热器9和第一阀门22的连接处与余热换热器25之间设有第三阀门24。
在储能发电循环子***100的储能阶段，第一阀门22打开，第二阀门23和第三阀门24关闭，在储能发电循环子***100的发电阶段，第一阀门22关闭，第二阀门23和第三阀门24打开。
卡琳娜循环子***300包括分离器30、高压透平31、低压透平32、二号发电机33、回热器41、吸收器38、冷凝器39、供热换热器34和/或供冷换热器36。
蓄热换热器28的第二路的输出端与分离器30的输入端相连。分离器30的蒸汽出口与高压透平31的进气端连接，分离器30的液体出口与回热器41的第一路的输入端相连。
高压透平31的出气端与低压透平32的进气端和/或供热换热器34的第一路的输入端连接，低压透平32的出气端与供冷换热器36的第一路的输入端连接，供热换热器34的第二路适于与热用户35的供热回路相连，供冷换热器36的第二路适于与冷用户37的供冷回路相连。
回热器41的第一路的输出端、供热换热器34的第一路的输出端、供冷换热器36的第一路的输出端均与吸收器38的第一路的输入端相连，回热器41的第一路的输出端与吸收器38的第一路的输入端设有节流阀42，吸收器38的第一路的输出端与冷凝器39的第一路的输入端相连。
冷凝器39的第一路的输出端通过工质泵40与吸收器38的第二路的输入端相连，吸收器38的第二路的输出端与回热器41的第二路的输入端相连，回热器41的第二路的输出端与蓄热换热器28的第二路的输入端相连。
冷凝器39的第二路与冷却装置相连，优选地，冷却装置为风冷塔43，冷凝器39的第二路与风冷塔43之间设有第四阀门44。
高压透平31、低压透平32与二号发电机33动力耦合连接且同步转动。
热用户35的供热回路与供热换热器34的第二路的两端之间分别设有第七阀门47和第八阀门48，冷用户37的供冷回路与供冷换热器36的第二路的两端之间分别设有第五阀门45和第六阀门46，方便根据电站/储能场站和当地居民不同季节对于冷热电联供的不同需求，打开和关闭不同阀门进行供冷和供热。
下面描述根据本发明实施例的冷热电联供***的工作过程。
1.1储能发电循环子***的电-热/冷转换循环
如图1所示，储能发电循环子***在储能阶段，气态工质进行布雷顿逆循环，利用电能驱动气态工质完成循环，将电能转化成热能和冷能的形式存储。
开启压缩机2-第一换向阀3-储热换热器4-中间热回收换热器5-第一换向阀3-透平6-第二换向阀8-储冷换热器9-第一阀门22(全开，且第二阀门23和第三阀门24关闭)-中间热回收换热器5-第二换向阀8-压缩机2回路，通过电力驱动电动机1，带动压缩机2，压缩机2做功将电能转化成高温气态工质的能量；高温气态工质通过第一换向阀3，首先流入储热换热器4时加热低温熔盐，成为中温气态工质，之后中温气态工质通过中间热回收换热器5，加热压缩2机入口的低温气态工质，有效降低了压缩机2压缩比、透平6的膨胀比，降低热动设备设计制造难度，确保了热动设备效率和可靠性；同时降低了由于储热和储冷装置的换热效率下降而导致的出口温度偏差，维持了***在储能阶段的运行稳定性。
中温气态工质通过中间热回收换热器5后流出，通过第一换向阀3后流向透平6，通过透平6膨胀后降温成为低温气态工质，低温气态工质通过第二换向阀8，首先流入储冷换热器9，用于冷却防冻液，之后流入中间热回收换热器5被加热，通过第二换向阀8后流向压缩机2，完成一个储能循环。
储能阶段，储热装置和储冷装置的运行方式如下：
低温熔盐泵13驱动低温熔盐从10熔盐罐的底部经熔盐下分配器12流出，流经储热换热器4，低温熔盐被加热成为高温熔盐，高温熔盐通过熔盐上分配器14流入熔盐罐10的上部空间。
防冻液泵19驱动高温防冻液从防冻液罐16的上部空间经防冻液上分配器18流出，流经储冷换热器9，高温防冻液被冷却成为低温防冻液，经防冻液下分配器20后流向防冻液罐16的下部空间。
在储能发电循环子***的储能阶段，关闭第二阀门23和第三阀门24，开启第一阀门22，蓄热子***中的蓄热水箱水泵27关闭。
在储能发电子***的储能阶段，储能发电子***进行储能循环，气态工质进行压缩-放热-膨胀做功-吸热的循环过程，压缩机做功大于透平做功，外界向***输入电能后以热能和冷能的形式存储。
储能循环的运行方式是，在***高温端，低温熔盐从熔盐罐下部空间流出，经储热换热器换热后成为高温熔盐，高温熔盐从熔盐罐上分配器流入熔盐罐的上部空间，进行储存。在***低温端，高温防冻液从防冻液罐的上部空间流出，经储冷换热器换热后成为低温防冻液，低温防冻液从防冻液罐下分配器流入防冻液罐下部空间，进行储存。在同一储罐内上下分配器的设计实现了通过斜温层有效隔离高温熔盐和低温熔盐、高温和低温防冻液，当储能完成后，熔盐罐中储满高温熔盐、防冻液罐储满低温防冻液，储能发电循环子***的高温端热量存储在熔盐罐、低温端热量存储在防冻液罐，高效地维持了***高温端和低温端的温差。
1.2储能发电循环子***的热/冷-电转换循环
如图2所示，储能发电循环子***在发电阶段，启动热/冷-电转换的动力循环，该过程为电-热/冷转换的逆过程，气态工质进行布雷顿循环，此时透平6做功大于压缩机做功，驱动发电机7发电，***向外界输出功用于供电。
开启压缩机2-第一换向阀3-中间热回收换热器5-储热换热器4-第一换向阀3-透平6-第二换向阀8-中间热回收换热器5-第二阀门23(全开)-余热换热器25-第三阀门24(全开)-储冷换热器9-第二换向阀8-压缩机2回路，低温气态工质被压缩机2压缩后，进入第一换向阀3，首先流经中间热回收换热器5成为中温气态工质，再流经储热换热器4被加热，成为高温气态工质后，流入透平6膨胀做功。
经透平6做功后的中温气态工质进入第二换向阀8，首先流经中间热回收换热器5，加热压缩机2出口的低温气态工质，成为中低温气态工质，再流过余热换热器25进行放热，排出由于***不可逆损失导致的余热，此后气态工质流经储冷换热器9被冷却，被冷却后的低温气态工质流经8第二换向阀后，进入压缩机2入口，完成一轮发电循环。
在发电阶段，通过中间热回收换热器5，膨胀做功后的中温气态工质，加热压缩机出口的低温气态工质，有效降低了压缩机压缩比、透平的膨胀比，确保了热动设备效率和可靠性，确保了储热和储冷装置的入口温度稳定；通过余热换热器25，回收了储能发电循环子***的余热，该余热是由于***不可逆损失导致的多余热量，从而使得发电阶段的循环闭合，维持了储能发电循环子***在发电阶段运行稳定性；提高了储能发电循环子***发电循环和储能循环的可逆性，显著提高了储能发电循环子***效率、以及本发明***的能量转换总效率。
发电阶段，储热装置和储冷装置的运行方式如下：
高温熔盐泵15驱动高温熔盐从熔盐罐10的上部经熔盐上分配器14流出，流经储热换热器4，高温熔盐加热气态工质后成为低温熔盐，低温熔盐通过熔盐下分配器12，流入熔盐罐10的下部空间。
防冻液泵21驱动低温防冻液从防冻液罐16的下部空间经防冻液下分配器20内流出，流经储冷换热器9，低温防冻液冷却气态工质，经防冻液上分配器18后流向防冻液罐16的上部空间。
在***放电完成时刻，熔盐罐10自下而上储满了低温熔盐、上部的高温熔盐完全排空；防冻液罐16自上而下储满了高温防冻液、下部的低温防冻液完全排空。开始下一次储能发电循环。
在储能发电循环子***的发电阶段，储能发电循环子***进行发电循环，气态工质进行压缩-吸热-膨胀做功-放热的循环过程，气态工质从高温熔盐吸热、向防冻液放热，此时透平做功大于压缩机做功，驱动发电机发电，***向外界净输出的功用于供电。
1.3蓄热子***的蓄热放热循环
如图2所示，在储能发电循环子***的发电阶段，蓄热子***中的水泵27开启，输送蓄热水箱中的低温水至余热换热器25，因此储能发电循环子***中气体工质的余热被全部回收，用于加热来自蓄热水箱中的低温水，低温水被加热至中高温并储存在蓄热水箱中。
通过蓄热子***换热和蓄热，回收了储能发电循环子***的余热，一方面使得储能发电循环子***的余热排出、该余热是由于***不可逆损失导致的多余热量，从而使得发电阶段的循环闭合，储能发电循环子***恢复至设计点，维持了***在发电阶段运行稳定性；提高了储能发电循环子***发电循环和储能循环的可逆性，显著提高了储能发电循环子***循环效率、以及本发明***的能量转换总效率；另一方面，蓄热子***实现了储能发电循环子***的余热利用，为卡琳娜循环子***储存了大量作为中高温热源的热水，从而提高了整个冷热电联供***的效率。
在卡琳娜循环子***的运行时间段，蓄热水箱放热，蓄热水箱中的热源水流过蓄热水箱换热器28，用于加热卡琳娜循环子***的工质，热源水释放储存的热量后，成为低温水经水泵29后回到蓄热水箱。
1.4卡琳娜循环子***中的制冷供热发电循环
在冷热电联供的时间段，卡琳娜循环子***工作流程如下：
1.4.1低温的基本浓度氨水溶液作为卡琳娜循环子***的工质，经工质泵40增压后成为高压氨水溶液，之后进入吸收器38，被高压透平31排出的乏汽和低浓度氨水预热，预热后的高压氨水溶液进入回热器41被分离器30排出的低浓度氨水溶液进一步加热；
1.4.2回热器41流出的氨水溶液进入蓄热水箱换热器28内，被蓄热水箱储存的高温水加热，生成气液混合物，之后进入分离器30被分离成高浓度氨蒸汽和低浓度氨水溶液；
1.4.3高浓度氨蒸汽进入高压透平31内膨胀做功发电，做功后产生的高温乏汽流入供热换热器34对热用户35进行供热；
1.4.4高压透平31出口的高浓度氨蒸汽进入低压透平32内进一步膨胀做功发电，做功后产生的低温乏汽流入供冷换热器36对冷用户37进行供冷；供热和供冷后的乏汽都流入吸收器38；高压透平31和低压透平32共同驱动二号发电机33进行发电。
1.4.5分离器30排出的低浓度氨水溶液经回热器41换热后，流入节流阀42，生成与乏汽相同压力的低浓度氨水溶液；
1.4.6低浓度氨水溶液和乏汽在吸收器内混合后，流入冷凝器39，被风冷塔43冷却，再次生成低温的基本浓度的氨水溶液，流入工质泵40，进入下一次循环，进行卡琳娜循环的发电、供热和供冷。
在仅需要供冷的时间段，制冷***启动，供热***关闭(关闭阀47和48，供热***内部所有附属泵阀全部关闭)。
高压透平31出口排汽全部进入低压透平32做功，做功后产生的低温乏汽流入供冷换热器36对冷用户37进行供冷；乏汽都流入吸收器38；高压透平31和低压透平32共同驱动二号发电机33进行发电。此后流程与冷热电联供的时间段相同。
在仅需要供热的时间段，供热***启动，制冷***关闭(关闭阀45和46，供冷***内部所有附属泵阀全部关闭)。
高压透平31做功后产生的高温乏汽流入供热换热器34对热用户35进行供热；高压透平31出口排汽不进入低压透平32，高压透平31驱动二号发电机33进行发电，带动低压透平32零负荷空转。此后流程与冷热电联供的时间段相同。
根据本发明实施例的冷热电联供***，通过设置蓄热子***和卡琳娜循环子***，使储能发电循环子***的发电循环中的间断的中低温余热能够被储存在蓄热子***内的蓄热装置中，从而使连续运行的卡琳娜循环子***能够利用储能发电循环子***的发电循环中的中低温余热，进行冷热电联供，并支持各种模式运行(各自独立或联合运行，例如冷热电联供、单独储能、单独发电、单独蓄热、单独供热、单独供冷)，因此能够根据用户不同的需求随时提供电力、供冷、供热；实现储能发电循环子***内的余热利用，提高了冷热电联供***效率、***发电量、储能密度、安全性和经济性，实现清洁低碳的闭式联合循环储能发电、供热和供冷，且满足当地电站场站和居民不同时节不同的供冷和供热需求。
根据本发明实施例的冷热电联供***中，所有工质在储能、发电、制冷和供热阶段均为闭式循环，无排放无污染，实现了清洁低碳、高效节能的储能和冷热电联供。
根据本发明实施例的冷热电联供***，普遍适用于风电和光伏等可再生能源发电***储能、低谷电利用、清洁供热和供冷等领域。针对可再生能源不稳定和间歇性的特征，该冷热电联供***能够平抑风电或光伏发电等不稳定性、实现可再生能源电力稳定输出，具有平衡电力供需作用，能够实现大规模储能，发挥储能调峰优势，响应可再生能源储能和发电需求；同时实现免费的供热和供冷，极大提高了储能电站效率的同时，还保障了电站运行、工作人员和当地居民的生活需求，以及用户对于冷热供应的灵活需求。
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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种冷热电联供***，其特征在于，包括：
储能发电循环子***；
卡琳娜循环子***；
蓄热子***，所述蓄热子***包括余热换热器、蓄热装置和蓄热换热器，其中所述蓄热装置通过所述余热换热器与所述储能发电循环子***相连，所述储能发电循环子***中的工质通过所述余热换热器与所述蓄热装置内的蓄热介质进行热交换以便通过所述储能发电循环子***中的工质的余热加热所述蓄热介质，所述蓄热装置通过所述蓄热换热器与所述卡琳娜循环子***相连，所述蓄热装置内的蓄热介质通过所述蓄热换热器与所述卡琳娜循环子***中的工质进行热交换以便通过所述蓄热介质加热所述卡琳娜循环子***中的工质；
所述储能发电循环子***包括：储热装置、储冷装置、驱动机构、压缩机、第一换向阀、储热换热器、中间热回收换热器、透平、一号发电机、第二换向阀、储冷换热器；其中
所述驱动机构与所述压缩机动力耦合连接，所述透平与所述一号发电机动力耦合连接；
所述压缩机的出气端、所述储热换热器的第一路、所述透平的进气端、所述中间热回收换热器的第一路分别与所述第一换向阀的四个阀口相连，所述储热换热器的第一路与所述中间热回收换热器的第一路相连；
所述透平的出气端、所述储冷换热器的第一路、所述压缩机的进气端、所述中间热回收换热器的第二路分别与所述第二换向阀的四个阀口相连，所述储冷换热器的第一路与所述中间热回收换热器的第二路相连；
所述储热装置与所述储热换热器的第二路相连，所述储冷装置与所述储冷换热器的第二路相连；
所述余热换热器的第一路连接在所述中间热回收换热器的第二路和所述储冷换热器的第一路之间，所述中间热回收换热器的第二路和所述储冷换热器的第一路之间设有与所述余热换热器并联的第一阀门，所述中间热回收换热器和所述第一阀门的连接处与所述余热换热器之间设有第二阀门，所述储冷换热器和所述第一阀门的连接处与所述余热换热器之间设有第三阀门；
所述卡琳娜循环子***包括分离器、高压透平、低压透平、二号发电机、回热器、吸收器、冷凝器、供热换热器和/或供冷换热器；其中
所述蓄热换热器的第二路的输出端与所述分离器的输入端相连；
所述分离器的蒸汽出口与所述高压透平的进气端连接，所述分离器的液体出口与所述回热器的第一路的输入端相连；
所述高压透平的出气端与所述低压透平的进气端和/或所述供热换热器的第一路的输入端连接，所述低压透平的出气端与所述供冷换热器的第一路的输入端连接，所述供热换热器的第二路适于与热用户的供热回路相连，所述供冷换热器的第二路适于与冷用户的供冷回路相连；
所述回热器的第一路的输出端、所述供热换热器的第一路的输出端、所述供冷换热器的第一路的输出端均与所述吸收器的第一路的输入端相连，所述吸收器的第一路的输出端与所述冷凝器的第一路的输入端相连；
所述冷凝器的第一路的输出端与所述吸收器的第二路的输入端相连，所述吸收器的第二路的输出端与所述回热器的第二路的输入端相连，所述回热器的第二路的输出端与所述蓄热换热器的第二路的输入端相连；
所述冷凝器的第二路与冷却装置相连；
所述高压透平、所述低压透平与所述二号发电机动力耦合连接且同步转动。
2.根据权利要求1所述的冷热电联供***，其特征在于，所述蓄热装置包括蓄热水箱。
3.根据权利要求2所述的冷热电联供***，其特征在于，所述蓄热水箱与所述余热换热器的第二路之间设有蓄热水箱水泵。
4.根据权利要求2所述的冷热电联供***，其特征在于，所述蓄热水箱与所述蓄热换热器的第一路之间设有水泵。
5.根据权利要求1所述的冷热电联供***，其特征在于，所述冷却装置为风冷塔，所述冷凝器的第二路与所述风冷塔之间设有第四阀门。
6.根据权利要求1所述的冷热电联供***，其特征在于，所述冷凝器的第一路的输出端与所述吸收器的第二路的输入端之间设有工质泵。
7.根据权利要求1所述的冷热电联供***，其特征在于，所述回热器的第一路的输出端与所述吸收器的第一路的输入端设有节流阀。
8.根据权利要求1所述的冷热电联供***，其特征在于，所述热用户的供热回路与所述供热换热器的第二路的两端之间分别设有第七阀门和第八阀门，所述冷用户的供冷回路与所述供冷换热器的第二路的两端之间分别设有第五阀门和第六阀门。
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