CN214660665U - 一种配备电热储能的光伏发电*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种配备电热储能的光伏发电***，该***包括超临界CO2布雷顿循环发电***、跨临界CO2热泵***、储冷及冷却***、电热及熔盐储热***、光伏发电***。该***将光伏发电***与电热储能***、超临界CO2布雷顿循环发电***结合起来，采用部分廉价且技术成熟度相对较高的光伏发电***，再结合热能储存以及热力发电***作为光伏发电的调节及补充供电***，则既可以维持比较低的发电***投资成本，又可以实现电力输出的稳定性，同时，还采用了热泵技术，将光伏发电***及超临界CO2布雷顿循环发电***所释放的热量回收，进一步提高了综合整体发电效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发电***，具体涉及一种配备电热储能的光伏发电***。
背景技术
在能源匮乏及环境危机的大背景下，提高能源利用率日益受到人们的重视。太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，在当前阶段，太阳能光伏的技术相对成熟，应用较为光伏，但其储能难以解决。但是光伏发电***难以储能，目前较为成熟的光伏储能配套方式仍然是电池储能，但电池储能的造价始终太高，同时难以避免引发火灾等事故，对于发电厂这样功率等级的大规模储能需求，各种类型的电池储能目前都难以推广。另外，光伏发电的理论效率虽然高，但是太阳能光伏板的效率随着温度的升高而直线下降，因此太阳能光伏板必须进行冷却。与此同时，电热储能则是一个更好的储能方式，一般的电热储能是联合热泵循环，以及低温发电循环。首先利用多余的电能驱动热泵，从空气或者江河水中吸收低温热量，经过泵的增温增压提高热量的品质，然后将其储存，等到需要用电时将热量释放给低温发电循环装置，低温发电循环装置吸收热量后发电。
另一方面，目前在众多热力循环当中，超临界布雷顿循环是一种最有优势的循环形式。新型超临界工质(二氧化碳、氦气和氧化二氮等)具有能量密度大，传热效率高，***简单等先天优势，可以大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性。超临界布雷顿循环可以作为热能转化为电能过程中的理想发电***。
实用新型
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于在维持较低投资成本的前提下实现太阳能发电的储能，提出了一种配备电热储能的光伏发电***。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种配备电热储能的光伏发电***包括超临界CO2布雷顿循环发电***、跨临界CO2热泵***、储冷及冷却***、电热及熔盐储热***、光伏发电***；
所述超临界CO2布雷顿循环发电***包括熔盐换热器1-1、CO2透平1-2、高温回热器1-3、低温回热器1-4、再压缩机1-5、预冷器1-6和主压缩机1-7，熔盐换热器1-1的CO2侧出口与CO2透平1-2的入口相连通，CO2透平1-2的出口与高温回热器1-3的热侧入口相连通，高温回热器1-3的热侧出口与低温回热器1-4热侧入口相连通，低温回热器1-4的热侧出口分为两路，一路与再压缩机1-5的入口相连通，另一路与预冷器1-6的热侧入口相连通，预冷器1-6的热侧出口与主压缩机1-7的入口相连通，主压缩机1-7的出口与低温回热器1-4的冷侧入口相连通，低温回热器1-4的冷侧出口与再压缩机1-5的出口汇合后与高温回热器1-3的侧却入口相连通，高温回热器1-3的冷侧出口与熔盐换热器1-1的CO2侧入口相连通；
所述跨临界CO2热泵***包括CO2热泵2-1、热泵***高温换热器2-2、冷却塔2-3、节流装置2-4和热泵***低温换热器2-5，CO2热泵2-1的出口与热泵***高温换热器2-2的热侧入口相连通，热泵***高温换热器2-2的热侧出口与冷却塔2-3的入口相连通，冷却塔2-3的出口与节流装置2-4的入口相连通，节流装置2-4的出口与热泵***低温换热器2-5的冷侧入口相连通，热泵***低温换热器2-5的冷侧出口与CO2热泵2-1的入口相连通；
所述储冷及冷却***包括冷水储罐3-1、水泵3-2和热水储罐3-3，冷水储罐3-1的出口与水泵3-2的入口相连通，水泵3-2的出口分为两路，一路与预冷器1-6的冷侧入口相连通，另一路与光伏发电***5冷却水入口相连通，预冷器1-6的冷侧出口与光伏发电***5冷却水出口汇合后与热水储罐3-3的入口相连通，热水储罐3-3的出口与热泵***低温换热器2-5的热侧入口相连通，热泵***低温换热器2-5的热侧出口与冷水储罐3-1的入口相连通；
所述电热及熔盐储热***包括熔盐泵4-1、中温熔盐储罐4-2、熔盐电加热器4-3、高温熔盐储罐4-4和低温熔盐储罐4-5，熔盐泵4-1的出口与热泵***高温换热器2-2的冷侧入口相连通，热泵***高温换热器2-2的冷侧出口与中温熔盐储罐4-2的入口相连通，中温熔盐储罐4-2的出口与熔盐电加热器4-3的入口相连通，熔盐电加热器4-3的出口与高温熔盐储罐4-4的入口相连通，高温熔盐储罐4-4的出口与熔盐换热器1-1的高温侧入口相连通，熔盐换热器1-1的高温侧出口与低温熔盐储罐4-5的入口相连通，低温熔盐储罐4-5的出口与熔盐泵4-1的入口相连通。
所述的一种配备电热储能的光伏发电***的运行方法，在阳光充足的白天，主要由光伏发电***发电，同时，跨临界CO2热泵***为储冷及冷却***提供冷源，为电热及熔盐储热***提供预热热源，储冷及冷却***为光伏发电***提供冷却水，电热及熔盐储热***储存热量，此时，超临界CO2布雷顿循环发电***不工作；CO2热泵2-1首先将亚临界CO2压缩至超临界压力，压力升高至超临界状态的CO2的温度也将随之升高，高温高压的CO2在热泵***高温换热器2-2中释放热量，然后进入冷却塔2-3进一步被冷却，然后在节流装置2-4通过等焓过程降温降压，温度降低到比环境温度更低，然后在热泵***低温换热器2-5中吸收冷却水的热量；与此同时，水泵3-2将冷水储罐3-1中储存的冷水输送给光伏发电***5冷却水入口，对光伏发电***5进行冷却，吸收热量后的冷却水进入热水储罐3-3，然后再进入热泵***低温换热器2-5被冷却；与此同时，熔盐泵4-1将低温熔盐先输送至热泵***高温换热器2-2中进行预热，预热后的熔盐再进入中温熔盐储罐4-2，然后再进入熔盐电加热器4-3中被加热至高温，高温熔盐进入高温熔盐储罐4-4储存起来。在此过程中熔盐电加热器4-3的电能可来自电网也可直接取自光伏发电***5，即将光伏发电***5在白天阳光充足时所发出的多余电能转换成热能储存起来；
在夜间没有阳光时，超临界CO2布雷顿循环发电***开始运行并输出电能，同时，跨临界CO2热泵***为储冷及冷却***提供冷源，为电热及熔盐储热***提供预热热源，储冷及冷却***为超临界CO2布雷顿循环发电***提供冷却水，电热及熔盐储热***释放热量，在此期间光伏发电***5不工作；首先，高温熔盐储罐4-4储存的高温熔盐进入熔盐换热器1-1释放热量，然后进入低温熔盐储罐4-5，然后由熔盐泵4-1将低温熔盐先输送至热泵***高温换热器2-2中进行预热，预热后的熔盐再进入中温熔盐储罐4-2储存起来；与此同时，在熔盐换热器1-1的中被加热后的超临界CO2进入CO2透平1-2做功，做功后的低压气体依次进入高温回热器1-3、低温回热器1-4中释放热量，然后分为两路，一路被再压缩机1-5直接增压，另一路在预冷器1-6中进一步冷却，然后被主压缩机1-7增压，被增压后的CO2进入低温回热器1-4吸收热量，然后与再压缩机1-5出口的CO2汇合后在高温回热器1-3进一步吸收热量，最后再进入熔盐换热器1-1被加热至高温；与此同时，跨临界CO2热泵***与白天工作流程相同；与此同时，水泵3-2将冷水储罐3-1中储存的冷水输送预冷器1-6的冷却水入口，对CO2进行冷却，吸收热量后的冷却水进入热水储罐3-3，然后再进入热泵***低温换热器2-5被冷却；
当光伏发电***供电不足，同时电热及熔盐储热***尚有储存的热量时，光伏发电***与超临界CO2布雷顿循环发电***同时运行输出电能，此时储冷及冷却***为光伏发电***与超临界CO2布雷顿循环发电***同时提供低温冷却水，而光伏发电***与超临界CO2布雷顿循环发电***本身的运行流程与单独运行时相同，在此过程中，电热及熔盐储热***的工作流程与夜间的工作流程相同。
和现有技术相比较，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型一种配备电热储能的光伏发电***，将光伏发电***与电热储能***、超临界CO2布雷顿循环发电***结合起来，采用部分廉价且技术成熟度相对较高的光伏发电***，再结合热能储存以及热力发电***作为光伏发电的调节及补充供电***，则既可以维持比较低的发电***投资成本，又可以实现电力输出的稳定性，同时，还采用了热泵技术，将光伏发电***及超临界CO2布雷顿循环发电***所释放的热量回收，进一步提高了综合整体发电效率。
附图说明
图1为本实用新型***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
如图1所示，一种配备电热储能的光伏发电***包括超临界CO2布雷顿循环发电***、跨临界CO2热泵***、储冷及冷却***、电热及熔盐储热***、光伏发电***；
所述超临界CO2布雷顿循环发电***包括熔盐换热器1-1、CO2透平1-2、高温回热器1-3、低温回热器1-4、再压缩机1-5、预冷器1-6和主压缩机1-7，熔盐换热器1-1的CO2侧出口与CO2透平1-2的入口相连通，CO2透平1-2的出口与高温回热器1-3的热侧入口相连通，高温回热器1-3的热侧出口与低温回热器1-4热侧入口相连通，低温回热器1-4的热侧出口分为两路，一路与再压缩机1-5的入口相连通，另一路与预冷器1-6的热侧入口相连通，预冷器1-6的热侧出口与主压缩机1-7的入口相连通，主压缩机1-7的出口与低温回热器1-4的冷侧入口相连通，低温回热器1-4的冷侧出口与再压缩机1-5的出口汇合后与高温回热器1-3的冷侧入口相连通，高温回热器1-3的冷侧出口与熔盐换热器1-1的CO2侧入口相连通；
所述跨临界CO2热泵***包括CO2热泵2-1、热泵***高温换热器2-2、冷却塔2-3、节流装置2-4和热泵***低温换热器2-5，CO2热泵2-1的出口与热泵***高温换热器2-2的热侧入口相连通，热泵***高温换热器2-2的热侧出口与冷却塔2-3的入口相连通，冷却塔2-3的出口与节流装置2-4的入口相连通，节流装置2-4的出口与热泵***低温换热器2-5的冷侧入口相连通，热泵***低温换热器2-5的冷侧出口与CO2热泵2-1的入口相连通；
所述储冷及冷却***包括冷水储罐3-1、水泵3-2和热水储罐3-3，冷水储罐3-1的出口与水泵3-2的入口相连通，水泵3-2的出口分为两路，一路与预冷器1-6的冷侧入口相连通，另一路与光伏发电***5冷却水入口相连通，预冷器1-6的冷侧出口与光伏发电***5冷却水出口汇合后与热水储罐3-3的入口相连通，热水储罐3-3的出口与热泵***低温换热器2-5的热侧入口相连通，热泵***低温换热器2-5的热侧出口与冷水储罐3-1的入口相连通；
所述电热及熔盐储热***包括熔盐泵4-1、中温熔盐储罐4-2、熔盐电加热器4-3、高温熔盐储罐4-4和低温熔盐储罐4-5，熔盐泵4-1的出口与热泵***高温换热器2-2的冷侧入口相连通，热泵***高温换热器2-2的冷侧出口与中温熔盐储罐4-2的入口相连通，中温熔盐储罐4-2的出口与熔盐电加热器4-3的入口相连通，熔盐电加热器4-3的出口与高温熔盐储罐4-4的入口相连通，高温熔盐储罐4-4的出口与熔盐换热器1-1的高温侧入口相连通，熔盐换热器1-1的高温侧出口与低温熔盐储罐4-5的入口相连通，低温熔盐储罐4-5的出口与熔盐泵4-1的入口相连通。
作为本实用新型的优选实施方式，所述跨临界CO2热泵***中的CO2热泵2-1的进口压力为3MPa～4MPa，出口压力为24MPa～30MPa，在此压力范围内CO2热泵的出口温度达到300℃以上的设计温度，热泵***的热效率较高，同时冷端温度可以满足超临界CO2布雷顿循环发电***冷却要求。
作为本实用新型的优选实施方式，所述光伏发电***5由多个并联的光伏板组成，提高光伏发电效率。
本实用新型***的具体工作过程为：
一种配备电热储能的光伏发电***其运行方法，在阳光充足的白天，主要由光伏发电***发电，同时，跨临界CO2热泵***为储冷及冷却***提供冷源，为电热及熔盐储热***提供预热热源，储冷及冷却***为光伏发电***提供冷却水，电热及熔盐储热***储存热量，此时，超临界CO2布雷顿循环发电***不工作。CO2热泵2-1首先将亚临界CO2压缩至超临界压力，压力升高至超临界状态的CO2的温度也将随之升高，高温高压的CO2在热泵***高温换热器2-2中释放热量，然后进入冷却塔2-3进一步被冷却，然后在节流装置2-4通过等焓过程降温降压，温度降低到比环境温度更低，然后在热泵***低温换热器2-5中吸收冷却水的热量；与此同时，水泵3-2将冷水储罐3-1中储存的冷水输送给光伏发电***5冷却水入口，对光伏发电***5进行冷却，吸收热量后的冷却水进入热水储罐3-3，然后再进入热泵***低温换热器2-5被冷却；与此同时，熔盐泵4-1将低温熔盐先输送至热泵***高温换热器2-2中进行预热，预热后的熔盐再进入中温熔盐储罐4-2，然后再进入熔盐电加热器4-3中被加热至高温，高温熔盐进入高温熔盐储罐4-4储存起来。在此过程中熔盐电加热器4-3的电能可来自电网也可直接取自光伏发电***5，即将光伏发电***5在白天阳光充足时所发出的多余电能转换成热能储存起来；
在夜间没有阳光时，超临界CO2布雷顿循环发电***开始运行并输出电能，同时，跨临界CO2热泵***为储冷及冷却***提供冷源，为电热及熔盐储热***提供预热热源，储冷及冷却***为超临界CO2布雷顿循环发电***提供冷却水，电热及熔盐储热***释放热量，在此期间光伏发电***5不工作。首先，高温熔盐储罐4-4储存的高温熔盐进入熔盐换热器1-1释放热量，然后进入低温熔盐储罐4-5，然后由熔盐泵4-1将低温熔盐先输送至热泵***高温换热器2-2中进行预热，预热后的熔盐再进入中温熔盐储罐4-2储存起来；与此同时，在熔盐换热器1-1的中被加热后的超临界CO2进入CO2透平1-2做功，做功后的低压气体依次进入高温回热器1-3、低温回热器1-4中释放热量，然后分为两路，一路被再压缩机1-5直接增压，另一路在预冷器1-6中进一步冷却，然后被主压缩机1-7增压，被增压后的CO2进入低温回热器1-4吸收热量，然后与再压缩机1-5出口的CO2汇合后在高温回热器1-3进一步吸收热量，最后再进入熔盐换热器1-1被加热至高温；与此同时，跨临界CO2热泵***与白天工作流程相同；与此同时，水泵3-2将冷水储罐3-1中储存的冷水输送预冷器1-6的冷却水入口，对CO2进行冷却，吸收热量后的冷却水进入热水储罐3-3，然后再进入热泵***低温换热器2-5被冷却。
当光伏发电***供电不足，同时电热及熔盐储热***尚有储存的热量时，光伏发电***与超临界CO2布雷顿循环发电***同时运行输出电能，此时储冷及冷却***为光伏发电***与超临界CO2布雷顿循环发电***同时提供低温冷却水，而光伏发电***与超临界CO2布雷顿循环发电***本身的运行流程与单独运行时相同，在此过程中，电热及熔盐储热***的工作流程与夜间的工作流程相同。
但图1所示超临界CO2布雷顿循环发电***的其它布局不影响本实用新型的应用，本实用新型的内容对于超临界循环***的其它布局也适用，因此本实用新型中的超临界布雷顿循环***是广泛意义上的超临界布雷顿循环***，而非局限于图示布局。例如其它超临界布雷顿循环***可采用多级透平***，或带再热的透平***，也可不采用分流再压缩***，即只采用一个主压缩机，没有图中再压缩机，并将图中两个回热器合并为一个回热器，等等。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种配备电热储能的光伏发电***，其特征在于，包括超临界CO2布雷顿循环发电***、跨临界CO2热泵***、储冷及冷却***、电热及熔盐储热***、光伏发电***；
所述超临界CO2布雷顿循环发电***包括熔盐换热器(1-1)、CO2透平(1-2)、高温回热器(1-3)、低温回热器(1-4)、再压缩机(1-5)、预冷器(1-6)和主压缩机(1-7)，熔盐换热器(1-1)的CO2侧出口与CO2透平(1-2)的入口相连通，CO2透平(1-2)的出口与高温回热器(1-3)的热侧入口相连通，高温回热器(1-3)的热侧出口与低温回热器(1-4)热侧入口相连通，低温回热器(1-4)的热侧出口分为两路，一路与再压缩机(1-5)的入口相连通，另一路与预冷器(1-6)的热侧入口相连通，预冷器(1-6)的热侧出口与主压缩机(1-7)的入口相连通，主压缩机(1-7)的出口与低温回热器(1-4)的冷侧入口相连通，低温回热器(1-4)的冷侧出口与再压缩机(1-5)的出口汇合后与高温回热器(1-3)的冷侧入口相连通，高温回热器(1-3)的冷侧出口与熔盐换热器(1-1)的CO2侧入口相连通；
所述跨临界CO2热泵***包括CO2热泵(2-1)、热泵***高温换热器(2-2)、冷却塔(2-3)、节流装置(2-4)和热泵***低温换热器(2-5)，CO2热泵(2-1)的出口与热泵***高温换热器(2-2)的热侧入口相连通，热泵***高温换热器(2-2)的热侧出口与冷却塔(2-3)的入口相连通，冷却塔(2-3)的出口与节流装置(2-4)的入口相连通，节流装置(2-4)的出口与热泵***低温换热器(2-5)的冷侧入口相连通，热泵***低温换热器(2-5)的冷侧出口与CO2热泵(2-1)的入口相连通；
所述储冷及冷却***包括冷水储罐(3-1)、水泵(3-2)和热水储罐(3-3)，冷水储罐(3-1)的出口与水泵(3-2)的入口相连通，水泵(3-2)的出口分为两路，一路与预冷器(1-6)的冷侧入口相连通，另一路与光伏发电***(5)冷却水入口相连通，预冷器(1-6)的冷侧出口与光伏发电***(5)冷却水出口汇合后与热水储罐(3-3)的入口相连通，热水储罐(3-3)的出口与热泵***低温换热器(2-5)的热侧入口相连通，热泵***低温换热器(2-5)的热侧出口与冷水储罐(3-1)的入口相连通；
所述电热及熔盐储热***包括熔盐泵(4-1)、中温熔盐储罐(4-2)、熔盐电加热器(4-3)、高温熔盐储罐(4-4)和低温熔盐储罐(4-5)，熔盐泵(4-1)的出口与热泵***高温换热器(2-2)的冷侧入口相连通，热泵***高温换热器(2-2)的冷侧出口与中温熔盐储罐(4-2)的入口相连通，中温熔盐储罐(4-2)的出口与熔盐电加热器(4-3)的入口相连通，熔盐电加热器(4-3)的出口与高温熔盐储罐(4-4)的入口相连通，高温熔盐储罐(4-4)的出口与熔盐换热器(1-1)的高温侧入口相连通，熔盐换热器(1-1)的高温侧出口与低温熔盐储罐(4-5)的入口相连通，低温熔盐储罐(4-5)的出口与熔盐泵(4-1)的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种配备电热储能的光伏发电***，其特征在于，所述跨临界CO2热泵***中的CO2热泵(2-1)的进口压力为3MPa～4MPa，出口压力为24MPa～30MPa，在此压力范围内CO2热泵的出口温度达到300℃以上的设计温度。
3.根据权利要求1所述的一种配备电热储能的光伏发电***，其特征在于，所述光伏发电***(5)由多个并联的光伏板组成。
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