一種單罐電能蓄能裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單罐電能蓄能裝置。所述裝置包括蓄能罐罐體、蓄熱介質入口、蓄熱介質出口、釋能介質入口、釋能介質出口、電加熱器、電加熱器連接口、能量利用裝置；所述蓄熱介質入口設在所述蓄能罐罐體的頂部；所述蓄熱介質出口設在所述蓄能罐罐體的底部；所述釋能介質入口、釋能介質出口以及電加熱器連接口設在所述蓄能罐罐體上，其中所述釋能介質入口在所述釋能介質出口下方；所述電加熱器設在蓄能罐罐體內的底部；所述能量利用裝置串聯(lián)連接在所述釋能介質入口與釋能介質出口之間。所述裝置一方面提高了風電和光伏發(fā)電的利用效率，另一方面解決了電網(wǎng)的峰谷問題，同時解決了城市污染嚴重的問題，提高了風電和太陽能光伏發(fā)電及電網(wǎng)的電能利用效率。
【專利說明】一種單罐電能蓄能裝置及其使用方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及風力發(fā)電/光伏發(fā)電和電網(wǎng)低谷電的有效利用【技術領域】，特別涉及一種風電/光伏發(fā)電和電網(wǎng)低谷電的單罐蓄能裝置及其使用方法。
【背景技術】[0002]霧霾已經(jīng)籠罩中國，能源緊缺及環(huán)境污染已成為我國面臨的空前挑戰(zhàn)，發(fā)展可再生能源是我國的戰(zhàn)略國策。2012年7月，我國發(fā)布了《可再生能源十二五發(fā)展規(guī)劃》，到2015年，我國風電和太陽能并網(wǎng)裝機分別達到I億kw和1500萬kw ;到2020年，風電和太陽能并網(wǎng)裝機分別達到2億kw和5000萬kw。但風能和太陽能等可再生能源固有的間歇性和波動性，對電網(wǎng)的沖擊很大,導致我國風電和光伏發(fā)電未并網(wǎng)比例高,棄風/光嚴重。例如:2011年我國風電未并網(wǎng)率達到28% ;光伏未并網(wǎng)率達到29% ;三北地區(qū)平均棄風率約為16%，而2012年的全國總棄風量達200億kWh，為2011年的一倍，平均棄風率為20%，局部地區(qū)達40%。如果不解決風能和太陽能的大規(guī)模接入問題，到2015年和2020年，每年將分別損失3300萬噸和7000萬噸標準煤。因此，蓄能技術是可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)的迫切需求。
[0003]另外，我國電網(wǎng)晝夜峰谷差日益擴大，目前的日負荷率約為50%~60%。而隨著負荷增長，當某一線路負荷超過其容量時，則需要對電網(wǎng)進行升級或者增建，傳統(tǒng)的措施包括升級或者增建變電站變壓器、輸配電線路等。這樣的升級和擴建成本很高，尤其是在擁擠的城市區(qū)域，傳統(tǒng)的升級方法甚至無法實現(xiàn)，比如無線路走廊，或者考慮環(huán)境和美觀因素等不能鋪設線路等。因此，裝置裝機容量越來越難以滿足峰值負荷的需求，導致電網(wǎng)在負荷高峰時拉閘限電，而低谷時，要停掉很多機組，機組頻繁啟停不僅增加能耗，而且影響機組壽命，使電力設備平均利用時間下降、發(fā)電效率下降、經(jīng)濟效益降低。如果將電網(wǎng)低谷電通過蓄能裝置儲存起來，在用電高峰時使用，則可以減小電網(wǎng)的峰谷差，起到達到移峰填谷的目的，所節(jié)約的電力資產(chǎn)額將是十分巨大。借助一定的技術手段減小峰谷差，大幅提升電力資產(chǎn)的利用率，是未來電網(wǎng)發(fā)展的主要發(fā)展方向，蓄能即可實現(xiàn)這樣的目的，所以利用蓄能技術將可再生能源大規(guī)模的并網(wǎng)是迫切需求。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種簡單的單罐蓄能裝置及其使用方法，以提高風力發(fā)電/太陽能光伏發(fā)電電能并網(wǎng)問題，也可以提高風電/光伏發(fā)電、電網(wǎng)低谷電的電能利用效率，以充分利用可再生能源，并大幅度降低蓄電成本，所述的電能可以為來自于風力/光伏發(fā)電的不穩(wěn)定電能，也可以是晚間的低谷用電。
[0005]針對上述技術的不足之處，本發(fā)明提供一種蓄能裝置，包括蓄能罐罐體、傳熱介質入口、傳熱介質出口、釋能介質入口、釋能介質出口、電加熱器、電加熱器連接口、能量利用
裝置；
[0006]所述傳熱介質入口設在所述蓄能罐罐體的頂部；所述傳熱介質出口設在所述蓄能罐罐體的底部；[0007]所述釋能介質入口、釋能介質出口以及電加熱器連接口設在所述蓄能罐罐體上的，其中所述釋能介質入口在所述釋能介質出口下方；
[0008]所述電加熱器設在蓄能罐罐體內的底部，若所述電加熱器為螺旋管型加熱器，則所述電加熱器連接口就包括電加熱器電源入口和電加熱器電源出口，若所述電加熱器為圓柱形加熱棒，則所述電加熱器連接口就為電加熱器入口 ；
[0009]所述能量利用裝置串聯(lián)連接在所述釋能介質入口與釋能介質出口之間。
[0010]另外，在所述蓄能罐罐體內部還設有阻止高低溫熱量混合的絕熱圓柱隔板，所述絕熱隔板可以為中間抽真空的圓柱套管，也可以是絕熱材料制作的絕熱圓柱，固定在蓄能罐罐體的中央，所述絕熱圓柱隔板的底部與蓄能罐罐體不完全接觸，以形成蓄能罐內介質流動的通道，所述通道可以是矩形，方形、圓形、半圓形，在所述隔板上套有釋能換熱器，所述釋能換熱器為浸沒式螺旋管換熱器，在所述浸沒式螺旋管換熱器管壁外部可以設有用于強化換熱的翅片或者不設有翅片，所述浸沒式螺旋管換熱器管內設有用于強化傳熱的強化管或者為普通管。
[0011]其中，本裝置還包括能量利用換熱器，所述能量利用裝置串聯(lián)連接在釋能介質入口與釋能介質出口之間，而所述能量利用換熱器與能量利用裝置之間并聯(lián)連接。
[0012]其中，所述能量利用裝置選自傳統(tǒng)的熱電轉換裝置、常規(guī)建筑物供暖裝置中的任
意一種。
[0013]如上所述的蓄能裝置的使用方法，包括蓄能階段和釋能階段，具體為:
[0014](I)蓄能階段:將蓄熱介質從傳熱介質入口加入蓄能罐罐體，電能通過電加熱器加熱蓄能罐內的蓄熱介質，使其溫度升高，將電能轉換成熱能傳遞給蓄熱介質，儲存在蓄能罐內，直到整個蓄能罐內充滿了高溫蓄熱介質，蓄能結束；所述傳熱介質可以為熔融鹽、水或其他導熱油等。
[0015](2)釋能階段:低溫釋能介質從釋能介質入口進入蓄能罐內，與高溫蓄熱介質交換熱量，溫度升高，升溫后的高溫釋能介質從釋能介質出口排出，排出的高溫釋能介質或者直接進入能量利用裝置被利用起來，或者經(jīng)過能量利用換熱器，通過能量利用換熱器與能量利用裝置將能量利用起來。
[0016]其中，所述蓄能階段和釋能階段可以同時進行。
[0017]關于釋能階段，如果本裝置中還包括隔板以及釋能換熱器，所述釋能過程如下:低溫釋能介質從釋能介質入口進入蓄能罐內后，在釋能換熱器內部與周圍高溫蓄熱介質交換熱量，溫度升高，升溫后的高溫釋能介質從釋能介質出口排出。釋能過程中，由于通過釋能換熱器帶走了從高溫蓄熱介質中獲得的熱量，釋能換熱器周圍高溫蓄熱介質溫度降低，由于低溫介質密度較大有向下運動的趨勢，高溫介質密度相對較小有向上運動的趨勢，故此時溫度降低后的低溫蓄熱介質就沿著隔板與蓄能罐之間的通道向蓄能罐底部運動，同時推動隔板內部的高溫蓄熱介質向上運動，從而保持釋能換熱器周圍傳熱介質長時間保持高溫狀態(tài)，提高釋能效率。當整個蓄能罐內熔融鹽溫度一致時，釋能結束。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:
[0019](I)單罐蓄能釋能裝置結構簡單、緊湊，使用方便。
[0020]( 2 )單罐蓄能裝置制造成本較低。與雙罐蓄能相比，只有一個儲罐使得其制造成本降低。同時單罐蓄能釋能裝置，裝置運行過程簡單，維護成本降低。[0021](3)工作溫區(qū)范圍寬廣。根據(jù)實際蓄能溫度需求，選擇合適熔點和使用范圍的傳熱介質作為蓄能材料，使得單罐蓄能、釋能過程中罐內傳熱介質處于較高的溫度范圍，減小了蓄能罐的大小，同時達到了較好的蓄能、釋能效果。
[0022](4)提高了風電和太陽能光伏發(fā)電及電網(wǎng)的電能利用效率，同時也解決了電網(wǎng)的峰谷問題，以及城市污染嚴重的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為實施例1的結構示意圖；
[0024]圖2為實施例1隔板的結構示意圖；
[0025]圖3為實施例2的結構示意圖；
[0026]圖4為實施例3的結構示意圖；
[0027]圖5為實施例4的結構示意圖；
[0028]主要元件符號說明:
[0029]1-蓄能罐罐體；2-蓄熱介質入口 ；3_蓄熱介質出口 ；4_釋能介質入口 ；5_釋能介質出口 ；6_隔板；7-釋能換熱器；8-電加熱器電源出口 ；9-電加熱器電源入口 ；10_電加熱器；11_能量利用換熱器；12_能量利用裝置
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0031]實施例1:
[0032]如圖1所示的單罐蓄能裝置，包括蓄能罐罐體1、蓄熱介質入口 2、蓄熱介質出口 3、釋能介質入口 4、釋能介質出口 5、電加熱器10、電加熱器連接口、能量利用裝置12 ；
[0033]所述蓄熱介質入口 2設在所述蓄能罐罐體I的頂部；所述蓄熱介質出口 3設在所述蓄能罐罐體I的底部；
[0034]所述釋能介質入口 4、釋能介質出口 5以及電加熱器連接口設在所述蓄能罐罐體I上的，其中所述釋能介質入口 4在所述釋能介質出口 5下方；
[0035]所述電加熱器10設在蓄能罐罐體I內的底部，若所述電加熱器10為螺旋管型加熱器，則所述電加熱器連接口就包括電加熱器電源入口 9和電加熱器電源出口 8，若所述電加熱器10為圓柱形加熱棒，則所述電加熱器連接口就為電加熱器入口 ；
[0036]所述能量利用裝置12串聯(lián)連接在所述釋能介質入口 4與釋能介質出口 5之間，所述能量利用裝置12為傳統(tǒng)的熱電轉換裝置。
[0037]另外，在所述蓄能罐罐體I內部還設有阻止高低溫熱量混合的隔板6，如圖2所示，所述隔板6為絕熱板，固定在蓄能罐罐體I的中央，所述圓柱套管的底部與蓄能罐罐體I不完全接觸，以形成蓄能罐內介質流動的通道，有利于釋能后的介質流過蓄能罐的下部，驅動高溫傳熱介質向上運動；在所述隔板6上套有釋能換熱器7，所述釋能換熱器7為浸沒式螺旋管換熱器，在所述浸沒式螺旋管換熱器管壁外部可以設有用于強化換熱的翅片，所述浸沒式螺旋管換熱器管內可以設有用于強化傳熱的強化管。
[0038]此外，本裝置還包括能量利用換熱器11，所述能量利用換熱器11與所述能量利用裝置12并聯(lián)連接在釋能介質入口 4與釋能介質出口 5之間。[0039]本裝置的使用方法如下:風電/光伏發(fā)電或晚上低谷電加熱蓄熱介質，溫度升高，電能轉換成蓄熱介質的熱能儲存起來；當蓄能罐內溫度達到預定的溫度時，低溫釋能介質從釋能介質入口 4進入蓄能罐罐體I中，釋能換熱器7與周圍的蓄熱介質進行熱量交換，溫度升高，升溫后的介質從釋能介質出口 5流出，進入外部的能量利用換熱器11完成釋能過程，熱能被用于發(fā)電或建筑物供暖、供熱水，其釋能介質可以是水、空氣或其他導熱油等介質，釋能后的低溫釋能介質由釋能介質入口 4進入蓄能罐，完成一個循環(huán)。在釋能過程中，由于釋能換熱器7內的釋能介質與儲存在蓄能罐罐體I中的高溫蓄熱介質交換熱量，釋能換熱器7周圍蓄熱介質溫度降低，沿蓄能罐與隔板6形成的環(huán)形通道向下運動，驅動下部高溫蓄熱介質沿隔板6的中心向上流動，高溫蓄熱介質從上部流入環(huán)形通道，這樣在釋能換熱器7周圍的蓄熱介質會長時間保持高溫，提高了蓄熱介質的釋能效率。
[0040]實施例2:
[0041]與實施例1相類似，只是將電加熱器改為圓柱形加熱器，此時連接口就為電加熱器電源入口 9，其他過程與實施例1相同，如圖3所示。
[0042]實施例3:
[0043]如圖4所示，與實施例2類似，只是將能量利用裝置12改為常規(guī)的供暖/供熱水裝置，去掉了能量利用換熱器11，其他過程與實施例2相同。以水為釋能介質，水由釋能介質入口 4進入蓄能罐內的釋能換熱器7，溫度升高，壓力增大，由釋能介質出口 5出，進入常規(guī)的供暖/供熱水裝置，實現(xiàn)熱能的有效利用。
[0044]實施例4:
[0045]如圖5所示，與實施例2類似，不同的是，蓄熱介質和釋能介質相同，在蓄能罐罐體I內沒有浸沒式釋能換熱器和隔板6，罐內蓄熱介質被電加熱器10加熱、融化，溫度升高后，電能轉換為蓄熱介質的熱能儲存起來；釋能時，蓄熱介質從釋能介質出口 5被抽出，在能量利用換熱器11內釋放能量，供外部有效利用，釋能后的低溫蓄熱介質從蓄能罐的底部釋能介質入口 4進入蓄能罐，在電加熱器10的作用下，溫度升高，向上運動。如此過程，實現(xiàn)電能的儲存和利用。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種單罐電能蓄能裝置，其特征在于，包括蓄能罐罐體、蓄熱介質入口、蓄熱介質出口、釋能介質入口、釋能介質出口、電加熱器、電加熱器連接口、能量利用裝置； 所述蓄熱介質入口設在所述蓄能罐罐體的頂部；所述蓄熱介質出口設在所述蓄能罐罐體的底部； 所述釋能介質入口、釋能介質出口以及電加熱器連接口設在所述蓄能罐罐體上，其中所述釋能介質入口在所述釋能介質出口下方； 所述電加熱器設在蓄能罐罐體內的底部； 所述能量利用裝置串聯(lián)連接在所述釋能介質入口與釋能介質出口之間。
2.如權利要求1所述的蓄能裝置，其特征在于，在所述蓄能罐罐體內部還設有阻止高低溫熱量混合的絕熱隔板，絕熱隔板固定在蓄能罐體的中央。
3.如權利要求2所述的蓄能裝置，其特征在于，在所述隔板上部套有螺旋管釋能換熱器。
4.如權利要求3所述的蓄能裝置，其特征在于，在所述浸沒式螺旋管換熱器管壁外部設有用于強化換熱的翅片，所述浸沒式螺旋管換熱器管內可以設有用于強化傳熱的強化管。
5.如權利要求1所述的蓄能裝置，其特征在于，還包括與所述能量利用裝置并聯(lián)連接的能量利用換熱器。
6.如權利要求1所述的蓄能裝置，其特征在于，所述能量利用裝置選自傳統(tǒng)的熱電轉換裝置、常規(guī)建筑物供暖裝置中的任意一種。
7.如權利要求1所述的蓄能裝置，其特征在于，所述電加熱器選自螺旋管型加熱器、圓柱形加熱棒中的任意一種。
8.如上任意一項權利要求所述的單罐蓄能裝置的使用方法，其特征在于，包括蓄能階段和釋能階段，具體為: (1)蓄能階段:將蓄熱介質從蓄熱介質入口加入蓄能罐罐體，通過電加熱器加熱蓄能罐內的蓄熱介質，使其溫度升高，將電能轉化為蓄熱介質的熱能，儲存在蓄能罐內，直到整個蓄能罐內充滿了高溫蓄熱介質，蓄能結束； (2)釋能階段:低溫釋能介質從釋能介質入口進入蓄能罐內，與高溫蓄熱介質交換熱量，溫度升高，升溫后的高溫釋能介質從釋能介質出口排出。
【文檔編號】F24H7/02GK103836795SQ201410114259
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權日:2014年3月25日
【發(fā)明者】鹿院衛(wèi), 吳玉庭, 杜文彬, 孫曉麗, 李小麗, 馬重芳 申請人:北京工業(yè)大學