本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)儲能，特別是涉及一種蓄熱裝置、系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、可再生能源如風(fēng)能、太陽能等的裝機容量迅速增長，它們已成為電力系統(tǒng)的重要組成部分。然而，可再生能源的間歇性和隨機性特征帶來了新的挑戰(zhàn)，使得電力系統(tǒng)的供需平衡更加復(fù)雜，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟運行產(chǎn)生了顯著影響。

2、儲能技術(shù)作為解決上述問題的關(guān)鍵手段之一，其重要性日益凸顯。它不僅能夠平抑可再生能源的波動，確保電力供應(yīng)的連續(xù)性和可靠性，還能提供輔助服務(wù)，如頻率調(diào)節(jié)和電壓支撐，從而增強整個電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。儲能系統(tǒng)的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了電力生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，從發(fā)電側(cè)的功率平滑到用戶側(cè)的需求響應(yīng)，儲能技術(shù)均發(fā)揮著不可或缺的作用。

3、然而，傳統(tǒng)儲能技術(shù)，如抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等，無法做到大規(guī)模的長時儲能，儲能效率低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種蓄熱裝置、系統(tǒng)及控制方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，能夠做到大規(guī)模的長時儲能，提高了儲能效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供一種蓄熱裝置，包括：蓄熱體，其外側(cè)包覆有保溫層，所述保溫層設(shè)置在蓄熱體外部，用于減少熱損失，提高蓄熱效率；加熱單元，設(shè)置于所述蓄熱體內(nèi)，通電后能夠?qū)λ鲂顭狍w加熱；控制電路，其一端連接電源，另一端與所述加熱單元連接；調(diào)節(jié)單元，與所述控制電路連接，能夠向所述控制電路輸送信號，并調(diào)節(jié)對加熱單元的加熱功率，從而調(diào)節(jié)單元實現(xiàn)了電磁加熱功率的精細化調(diào)節(jié)，能夠在夜間低谷時段充分利用低電價電力進行高效蓄熱。本發(fā)明通過電磁感應(yīng)與高溫輻射耦合的電熱轉(zhuǎn)化技術(shù)，利用igbt為核心的控制電路，實現(xiàn)對鑄鐵體蓄熱介質(zhì)的高效加熱和溫度控制，特別適合于利用谷電進行大規(guī)模、長時段的蓄熱。

4、本發(fā)明選擇具有高比熱容和高密度的材料作為蓄熱介質(zhì)，比如鑄鐵體。這類材料能夠在較小的空間內(nèi)儲存大量的熱能。鑄鐵體不僅擁有較高的熱容量，還具備良好的導(dǎo)熱性能和耐高溫特性，這使得它成為理想的蓄熱材料。多個鑄鐵體緊密排列組成蓄熱模塊，進一步增加了單位體積內(nèi)的蓄熱能力。

5、其次，采用高效的加熱技術(shù)，如電磁感應(yīng)加熱，能夠快速將電能轉(zhuǎn)化為熱能儲存在蓄熱體內(nèi)。電磁感應(yīng)加熱方式相較于傳統(tǒng)的電阻加熱更加高效，因為它直接在蓄熱體內(nèi)產(chǎn)生熱量，減少了熱傳導(dǎo)過程中的能量損失。同時，控制電路與調(diào)節(jié)單元協(xié)同工作，可以根據(jù)需要精確調(diào)控加熱功率，確保蓄熱體溫度維持在最佳范圍內(nèi)，從而提高儲能效率。

6、此外，良好的保溫措施也是保證蓄熱量的關(guān)鍵因素之一。在蓄熱體外側(cè)包覆一層高效的保溫材料，能夠顯著減少熱量散失，保持蓄熱體內(nèi)部的高溫狀態(tài)，延長儲能時間。這樣，在不增加蓄熱體物理尺寸的前提下，也能有效提升整體系統(tǒng)的蓄熱能力。

7、優(yōu)選的，所述蓄熱體為塊狀的鑄鐵體，鑄鐵體具有高磁導(dǎo)率，多個所述鑄鐵體依次貼合布置，所述鑄鐵體一端開設(shè)有加熱孔，所述加熱單元設(shè)置于所述鑄鐵體內(nèi)。

8、優(yōu)選的，所述加熱單元為線圈，所述線圈固定設(shè)于所述加熱孔內(nèi)，且所述線圈與所述控制電路連接，加熱單元通過電磁感應(yīng)原理，使高溫線圈中的非線性變化電流在鑄鐵體中產(chǎn)生渦電流，進而將電能轉(zhuǎn)化為熱能。

9、優(yōu)選的，所述控制電路包括整流電路、扼流線圈、諧振電容和igbt芯片；所述整流電路的輸入端連接交流電源，輸出端連接所述扼流線圈，所述扼流線圈依次連接諧振電容和igbt芯片，所述igbt芯片與所述加熱單元電連接，且所述igbt芯片能夠接收所述調(diào)節(jié)單元的信號，并調(diào)節(jié)對加熱單元的輸出功率。igbt芯片、整流電路、扼流線圈、諧振電容組成電熱轉(zhuǎn)換主震蕩電路，實現(xiàn)功率可控的電磁渦流加熱與電阻輻射加熱技術(shù)；整流電路一般由四個二極管組成一個橋式整流器，也可以采用專門的整流模塊。其主要功能是將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為單向脈動的直流電，為后續(xù)的dc-ac轉(zhuǎn)換或直接為負載供電做準備。構(gòu)建方波寬度控制電路，方波寬度增加，igbt芯片通路時間增長，輸出功率隨之增加；方波寬度減少，igbt芯片通路時間縮短，輸出功率隨之減小。這種控制方法不僅避免電磁渦流加熱時，鐵磁體溫度超過居里溫度后，鐵磁性大幅降低時，導(dǎo)致的igbt燒毀的風(fēng)險，同時也避免電阻輻射加熱時，冷啟動瞬間，電流過大，導(dǎo)致的接頭或彎折的薄弱部分燒毀的問題，為高溫儲熱提供了重要的基礎(chǔ)技術(shù)支撐。

10、方波寬度控制通過改變信號的占空比來調(diào)節(jié)輸出功率?？刂破鞲鶕?jù)溫度傳感器反饋的實際溫度與預(yù)設(shè)溫度進行比較，計算出所需的加熱功率，并生成相應(yīng)的pwm信號。這個信號被發(fā)送給igbt芯片，igbt根據(jù)信號的高電平和低電平快速切換導(dǎo)通狀態(tài)。高電平時間越長，占空比越高，加熱單元獲得的平均電流越大，加熱功率也就越高；反之，占空比越低，加熱功率越小。整個過程形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，溫度傳感器持續(xù)監(jiān)測并反饋實際溫度，控制器據(jù)此不斷調(diào)整pwm信號的占空比，確保實際溫度接近預(yù)設(shè)值。這種控制方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)精確的功率調(diào)節(jié)，還能提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度。通過這種方式，即使蓄熱體體積有限，也能高效地管理和調(diào)節(jié)其內(nèi)部的溫度，從而實現(xiàn)大規(guī)模的蓄熱。

11、優(yōu)選的，還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器設(shè)置于所述蓄熱體內(nèi)，且所述溫度傳感器與所述調(diào)節(jié)單元連接，所述溫度傳感器用于檢測蓄熱體內(nèi)部的溫度，并將溫度信號傳輸給調(diào)節(jié)單元，并據(jù)此調(diào)節(jié)控制電路的輸出功率，以實現(xiàn)溫度的閉環(huán)控制。

12、本發(fā)明還提供一種蓄熱系統(tǒng)，包括管路和如上所述的蓄熱裝置；所述蓄熱體上開設(shè)有多個平行布置的腔徑，所述管路自所述蓄熱體一端的第一個腔徑穿入，并依次往復(fù)穿過多個所述腔徑后，自所述蓄熱體另一端的最后一個腔徑穿出，所述管路穿入端通過進水管和循環(huán)泵連接水箱，穿出端連接汽輪機，所述汽輪機通過回水管與所述水箱連接；所述汽輪機通過輸電線與用戶端連接。

13、優(yōu)選的，所述管路包括第一旁路和第二旁路，所述第二旁路依次往復(fù)穿過多個所述腔徑，所述第二旁路靠近第一個腔徑處依次設(shè)有第一調(diào)節(jié)閥和第二調(diào)節(jié)閥，所述第一旁路設(shè)置于所述蓄熱體外部，且所述第一旁路一端與位于第一調(diào)節(jié)閥和第二調(diào)節(jié)閥之間的第二旁路連接，所述第一旁路另一端與靠近最后一個腔徑處的第二旁路通過第一旁路閥連接。

14、優(yōu)選的，還包括中間管路，所述中間管路位于所述蓄熱體外部，且所述中間管路上設(shè)有第二旁路閥，所述中間管路一端與位于所述第一調(diào)節(jié)閥和第二調(diào)節(jié)閥之間的第二旁路連接，另一端與位于第一個腔徑和最后一個腔徑之間的任一腔徑處的第二旁路連接。

15、優(yōu)選的，所述管路靠近汽輪機的位置處設(shè)有減溫器。

16、本發(fā)明還提供一種蓄熱系統(tǒng)控制方法，包括步驟：溫度傳感器檢測蓄熱體溫度，并將信號傳輸至調(diào)節(jié)單元；

17、當蓄熱體內(nèi)部的溫度低于預(yù)設(shè)溫度閾值時，調(diào)節(jié)單元通過控制電路增大加熱功率，以提高蓄熱體的蓄熱量；

18、當檢測到蓄熱體內(nèi)部的溫度高于預(yù)設(shè)溫度閾值時，調(diào)節(jié)單元通過控制電路減小加熱功率，以降低蓄熱體的蓄熱量；

19、當檢測到蓄熱體內(nèi)部的溫度達到預(yù)定溫度值時，調(diào)節(jié)單元通過控制電路控制加熱單元停止工作。

20、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

21、本發(fā)明提供的蓄熱裝置，采用具有高磁導(dǎo)率的鑄鐵體，儲熱效果更好，其外部包覆有保溫層，避免了熱量損失，能夠長時儲能；在需要時，蓄熱裝置儲存的能量可以加熱液體形成蒸氣，蒸氣輸送至汽輪機發(fā)電，實現(xiàn)了能量的釋放和利用。