本發(fā)明涉及儲能方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋼鐵儲能裝置。

技術(shù)背景

隨著能源短缺和環(huán)境污染問題的日益突出，利用新能源、提高能源的利用率越來越受到人們的重視。能量存儲技術(shù)，作為解決能量供給－需求失衡問題的重要方法，備受國內(nèi)外企業(yè)及相關(guān)研究機構(gòu)的青睞。

現(xiàn)有技術(shù)的加熱儲熱裝置解決了直接使用高壓電加熱儲能材料水的安全性問題，同時節(jié)省了變壓器的投資，降低了設(shè)備成本。但是用水儲熱，溫度不能超過100℃，這樣制約了儲熱的使用范圍，例如不能生產(chǎn)高溫蒸汽。

固體儲熱目前也是成熟的技術(shù)，其儲熱材料是耐火材料。儲熱溫度也比較高，達(dá)到400—500℃，由于是空氣絕緣，高電壓直供安全距離要求較大，所以儲熱體內(nèi)容積使用率較低，影響儲熱量。另外，其電加熱和儲熱都是依靠熱空氣作為介質(zhì)進(jìn)行換熱，由于空氣熱容很小，要完成大功率用熱，就需要流量很大的風(fēng)機和換熱裝置，所以使用范圍也受到一定的限制。

目前，包括風(fēng)能、太陽能等在內(nèi)的可再生能源的發(fā)展使儲能技術(shù)日益受到關(guān)注?？稍偕茉创嬖诘囊淮髥栴}是其不穩(wěn)定性，不同時刻的外界氣候條件會導(dǎo)致發(fā)電量的大幅波動，這對并網(wǎng)運行或是與用戶需求的匹配都造成了很大的負(fù)面影響。因此，發(fā)展合適的儲能技術(shù)調(diào)節(jié)不同時段的發(fā)電量以滿足并網(wǎng)或用戶的需求是至關(guān)重要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種能高溫儲能、穩(wěn)定性較高的鋼鐵儲能裝置。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種鋼鐵儲能裝置，包括電熱轉(zhuǎn)換裝置、熱儲能裝置和熱輸出裝置；所述電熱轉(zhuǎn)換裝置與熱儲能裝置連接，熱儲能裝置與熱輸出裝置連接；所述熱儲能裝置包括儲熱體和設(shè)置在儲熱體內(nèi)部鋼鐵儲熱材料；所述鋼鐵儲熱材料為多個鋼管，鋼管按照多排縱向豎直安裝在儲熱體內(nèi)，每個鋼管上包括至少一個對稱的縱向通孔；所述電熱轉(zhuǎn)換裝置是一個電加熱設(shè)備，電加熱設(shè)備包括多個電加熱器，電加熱器均勻的安裝在鋼鐵儲熱材料中，通過熱輻射將儲熱體內(nèi)設(shè)置的鋼鐵儲熱材料進(jìn)行加熱，將其電能轉(zhuǎn)化為熱能儲存在鋼鐵儲熱體內(nèi)；所述熱輸出裝置包括內(nèi)換熱器、外換熱器、循環(huán)泵、換熱介質(zhì)以及連接管道；所述內(nèi)換熱器位于鋼鐵儲熱材料中；所述循環(huán)泵為換熱介質(zhì)提供循環(huán)動力；在保溫期間，換熱介質(zhì)在內(nèi)換熱器中與鋼鐵儲熱材料進(jìn)行熱交換，吸收鋼鐵儲熱材料內(nèi)的熱能，將熱能輸出到外換熱器，與需要加熱的介質(zhì)進(jìn)行換熱，循環(huán)介質(zhì)放出熱量后，再次循環(huán)至內(nèi)換熱器中與鋼鐵儲熱材料進(jìn)行熱交換，這樣一直循環(huán)下去，從而將儲存在鋼鐵儲熱材料中的熱能進(jìn)行穩(wěn)定、可控的輸出利用。

進(jìn)一步地，所述儲熱體包括儲能內(nèi)封閉殼體和封閉外殼體，所述鋼鐵儲熱材料設(shè)置在該儲能內(nèi)封閉殼體內(nèi)；所述封閉外殼體套裝設(shè)置在所述儲能內(nèi)封閉殼體，二者間具有一真空腔體，通過真空保溫，將儲熱體內(nèi)的鋼鐵儲熱材料進(jìn)行保溫。

進(jìn)一步地，所述電加熱器為電加熱棒、陶瓷加熱器、加熱圈等加熱設(shè)備；所述電加熱器均勻的安裝在鋼管的其中一個通孔內(nèi)，或者安裝在鋼管與鋼管的空隙中；電加熱器通電后，通過熱輻射，將電能轉(zhuǎn)化為溫度在600-1200℃的熱能儲存在鋼管內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述陶瓷加熱器包括電熱絲和繞在電熱絲周圍的耐熱絕緣陶瓷管，耐熱絕緣陶瓷管以一定的間隔分布在電熱絲周圍。

進(jìn)一步地，所述熱輸出裝置的內(nèi)換熱器是由每個鋼管中間剩余的通孔通過串聯(lián)、并聯(lián)或者二者的結(jié)合連接組成的；所述換熱介質(zhì)流經(jīng)鋼管中間的通孔與鋼管進(jìn)行熱交換，將儲存在鋼管內(nèi)的熱能輸出。

進(jìn)一步地，所述的鋼管由多個鑄鋼塊組成，鑄鋼塊中間設(shè)有至少兩個通孔，多個鑄鋼塊堆積成柱狀結(jié)構(gòu)，且每個鑄鋼塊的通孔是對應(yīng)的。

進(jìn)一步地，所述儲熱體的儲能內(nèi)封閉殼體的內(nèi)側(cè)還設(shè)有耐火磚材料層。

進(jìn)一步地，所述儲熱體的封閉外殼體和儲能內(nèi)封閉殼體之間的真空腔體內(nèi)通過抽真空或者沖入惰性保護(hù)氣體來進(jìn)行保溫和實現(xiàn)鋼鐵材料與空氣的隔絕。

進(jìn)一步地，所述熱輸出裝置中的換熱介質(zhì)是液態(tài)金屬、氮氣或者惰性氣體。

進(jìn)一步地，所述儲熱體的結(jié)構(gòu)是圓形、橢圓形、方形或六邊形。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：

（1）緩解用電壓力，降低運行成本

該系統(tǒng)全部采用低谷電能量，將熱能儲存到鋼鐵中，這種技術(shù)響應(yīng)了國家移峰填谷政策，提高電網(wǎng)效率，充分發(fā)揮低谷電的效益，延長發(fā)電設(shè)備的壽命；由于低谷電的電價僅為峰電的1/3-1/4，大大減少運行費用，降低變電設(shè)備的費用；

（2）模塊式組裝，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，安裝靈活方便，可實現(xiàn)多模塊組合；根據(jù)儲能的大小進(jìn)行調(diào)整體積的大小，或可以將多個鋼鐵儲能裝置疊加；單個鋼鐵儲能裝置維護(hù)性好，可以隨意調(diào)整蓄熱量的組數(shù)；

（3）熱效率高

該系統(tǒng)采用一體化結(jié)構(gòu)，將加熱、蓄熱、取熱、換熱及控制功能組合在一體化結(jié)構(gòu)內(nèi)，鋼鐵儲熱材料可以提高儲熱溫度，實現(xiàn)600~1200度的儲熱，將更多的電能變成熱能被儲存，實現(xiàn)較高熱效率利用；

（4）占地面積小

該系統(tǒng)采用鋼鐵材料作為蓄能材料，熱容量高、蓄熱能力強、長期運行穩(wěn)定、無毒無害無污染，同時大大減少設(shè)備占地面積，大大減少了散熱面積，提高了整體效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明儲熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明具體實施例一的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明陶瓷加熱管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明熱輸出裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明具體實施例二的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明具體實施例三的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、電熱轉(zhuǎn)換裝；11、電加熱器；111、電熱絲；112、陶瓷管；2、熱儲能裝置；21、儲熱體；211、儲能內(nèi)封閉殼體；212、封閉外殼體；213、耐火磚材料層；214、真空腔體；22、設(shè)鋼鐵儲熱材料；3、熱輸出裝置；31、內(nèi)換熱器；32、外換熱器；33、循環(huán)泵；4、電加熱器空間。

具體實施方式

下面用實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不受其限制。

實施例一：

請參考圖1，本發(fā)明的鋼鐵儲能裝置包括電熱轉(zhuǎn)換裝1、熱儲能裝置2和熱輸出裝置3；所述電熱轉(zhuǎn)換裝置1與熱儲能裝置2連接，熱儲能裝置2與熱輸出裝置3連接；所述電熱轉(zhuǎn)換裝置1是將電能轉(zhuǎn)化為熱能的電加熱設(shè)備；所述熱儲能裝置2將電熱轉(zhuǎn)換裝置1中電能轉(zhuǎn)換的熱能儲存起來；所述熱輸出裝置3在保溫期間將儲存在熱儲能裝置2的熱能進(jìn)行穩(wěn)定、可控的輸出利用。

所述熱儲能裝置2包括儲熱體21和設(shè)置在儲熱體內(nèi)部鋼鐵儲熱材料22；所述儲熱體21的結(jié)構(gòu)是圓形、橢圓形、方形或六邊形；請參閱圖2，本發(fā)明熱儲能裝置具體實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖（以儲熱體21為方形結(jié)構(gòu)為例），所述儲熱體21包括儲能內(nèi)封閉殼體211和封閉外殼體212，：所述儲熱體的儲能內(nèi)封閉殼體211的內(nèi)側(cè)還設(shè)有耐火磚材料層213；所述鋼鐵儲熱材料22設(shè)置在該儲能內(nèi)封閉殼體211內(nèi)；所述封閉外殼體212套裝設(shè)置在所述儲能內(nèi)封閉殼體211，二者間具有一真空腔體214，通過對真空腔體214抽真空或者沖入惰性保護(hù)氣體來進(jìn)行保溫和實現(xiàn)鋼鐵材料與空氣的隔絕，將儲熱體21內(nèi)進(jìn)行幾十至一百小時內(nèi)的保溫。所述鋼鐵儲熱材料22為多個鋼管，鋼管的橫截面積為方形、圓形或者六角形（在本實施例中以鋼管的結(jié)構(gòu)為方形為例），所述每個鋼管上包括至少兩個縱向通孔，鋼管按照多排縱向豎直安裝在儲熱體21內(nèi)；另外，所述的鋼管可以由多個鑄鋼塊組成，鑄鋼塊中間設(shè)有至少兩個通孔，多個鑄鋼塊堆積成柱狀結(jié)構(gòu)，且每個鑄鋼塊的通孔是對應(yīng)的。

所述電熱轉(zhuǎn)換裝置1是一個電加熱設(shè)備，電加熱設(shè)備包括多個電加熱器11，所述電加熱器11為電加熱棒、陶瓷加熱器、加熱圈等加熱設(shè)備；所述電加熱器11均勻的安裝在鋼管的其中一個通孔內(nèi)，或者安裝在鋼管與鋼管的空隙中；請參閱圖3，以陶瓷加熱管為例，所述陶瓷加熱器包括電熱絲111和繞在電熱絲周圍的耐熱絕緣陶瓷管112，耐熱絕緣陶瓷管112以一定的間隔分布在電熱絲11周圍；電加熱器11均勻的安裝在鋼鐵儲熱材料22中，電加熱器11通電后，通過熱輻射，將電能轉(zhuǎn)化為溫度在600-1200℃的熱能儲存在鋼鐵儲熱材料22內(nèi)。

請參閱圖4，所述熱輸出裝置3包括內(nèi)換熱器31、外換熱器32、循環(huán)泵33、換熱介質(zhì)以及連接管道；所述內(nèi)換熱器31是由位于儲熱體內(nèi)部的各個鋼管的通孔通過串聯(lián)、并聯(lián)或者二者的結(jié)合連接組成；所所述循環(huán)泵33為換熱介質(zhì)提供循環(huán)動力；所述熱輸出裝置3中的換熱介質(zhì)是液態(tài)金屬、氮氣或者惰性氣體；所述液態(tài)金屬是鈉、鈉鉀合金或者其他液態(tài)金屬。在保溫期間，換熱介質(zhì)流經(jīng)內(nèi)換熱器31（鋼鐵儲熱材料22的鋼管中間的通孔）中與鋼鐵儲熱材料22進(jìn)行熱交換，吸收鋼鐵儲熱材料22內(nèi)的熱能，將熱能輸出到外換熱器32，與需要加熱的介質(zhì)進(jìn)行換熱，循環(huán)介質(zhì)放出熱量后，再次循環(huán)至內(nèi)換熱器31（鋼鐵儲熱材料22的鋼管中間的通孔）中與鋼鐵儲熱材料22進(jìn)行熱交換，這樣一直循環(huán)下去，從而將儲存在鋼鐵儲熱材料22中的熱能進(jìn)行穩(wěn)定、可控的輸出利用。

實施例二：

請參考圖5，相對于實施例1，所述鋼鐵儲熱材料22的每個鋼管上包括四個縱向通孔，其中兩個用于安裝電加熱器11來加熱鋼鐵儲熱材料22，另外兩個作為熱輸出裝置3中換熱介質(zhì)的流通管道，其他運行連接方式跟實施例1一樣。

實施例三：

請參考圖6所示，所述鋼鐵儲熱材料22的每個鋼管上包括一個縱向通孔，其用于作為熱輸出裝置3中換熱介質(zhì)的流通管道，所述電加熱器11安裝在鋼鐵儲熱材料22預(yù)留的電加熱器空間4內(nèi)，其他運行連接方式跟實施例1一樣。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來定義的，只是為了表達(dá)技術(shù)方案的清楚及方便。應(yīng)當(dāng)理解，所述方位詞的使用不應(yīng)限制本申請請求保護(hù)的范圍。

在不沖突的情況下，本文中上述實施例及實施例中的特征可以相互結(jié)合。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。