传蓄热装置、传蓄热发电系统及储能电站的制作方法

本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种传蓄热装置、传蓄热发电系统及储能电站。

背景技术：

我国可再生能源正处于快速大规模发展的新时期。到2019年底，我国可再生能源发电装机达到7.94亿千瓦，同比增长9％，占全部电力装机的39.5％；其中，风电、光伏发电首次“双双”突破2亿千瓦。风电不同于常规电源，其发电出力由来风情况决定，即风电具有间歇性、波动性、随机性等特点。另外，风电与用电负荷的特性往往相反，具有反调峰的特点。光照是不可控和不可预测的，有时候变化较快，特别是当受到云层的影响，光照强度会发生剧烈的变化，进而导致光伏阵列输出功率强烈波动。由于风电和光伏具有间歇性和不稳定性问题，因此导致风电和光伏并网与消纳难，弃风、弃光严重。2019年全国弃风电量169亿千瓦时，全国平均弃风率4％；弃光电量46亿千瓦时，全国平均弃光率2％。另一方面，随着我国电力设施的不断发展建设，“谷电”无法消纳问题严重，夜间“赋闲”的机组多达4亿千瓦，占总装机容量的近38％。那么，从技术上解决以风电和光伏为代表的可再生能源并网和电网峰谷差问题的有效途径是采用储能技术。

目前，大规模商业化应用且成本比较低廉的储能技术有抽水储能和压缩空气储能，但这两种技术对选址的要求都过高，因此不具有普遍性。近几年兴起采用双罐熔盐蓄热技术的蓄热电站，不受地利条件限制，不仅能够有效地减小风电和光伏电站的“弃风”和“弃光”损失，同时也能够为电网提供“削峰填谷”和“紧急功率支援”等功能。

但是，对于现有的双罐熔盐蓄热电站，由于熔盐储罐的高度较高，使得熔盐储罐的底部压力较大，从而使得熔盐储罐的壁厚较厚、制造成本较高；并且由于熔盐储罐的高度较高，需要使用成本较高的长轴熔盐泵；另外，大直径的高温平底容器因为地基沉降等因素容易引起的熔盐泄露风险，从而影响双罐熔盐蓄热电站的大规模应用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有双熔盐储罐的壁厚较厚、制作成本高，且容易引起熔盐泄露等缺陷，提供一种传蓄热装置、传蓄热发电系统及储能电站。

一种传蓄热装置，所述传蓄热装置包括：

蓄热器，所述蓄热器为管状结构，所述蓄热器的两端分别具有低温口和高温口；

加热单元，所述加热单元连接于所述蓄热器，并用于加热所述蓄热器内的工质。

优选地，所述蓄热器还包括阻隔部，多个所述阻隔部间隔设置于所述蓄热器的内部，所述阻隔部用于限制工质在所述蓄热器的底部流动。

优选地，所述阻隔部包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和所述第二挡板连接于所述蓄热器的侧壁面，所述第一挡板的顶部与所述蓄热器之间形成第一空隙，所述第二挡板的底部与所述蓄热器之间形成第二空隙，所述工质依次流经所述第一空隙和所述第二空隙。

优选地，所述阻隔部包括挡板和导管，所述挡板连接于所述蓄热器的侧壁面，所述导管位于所述挡板的一侧，所述导管上下延伸且两端具有上开口和下开口，所述上开口穿过所述挡板，所述工质依次流经所述上开口和所述下开口。

优选地，所述蓄热器呈非闭合的圆环形或u形。

优选地，所述蓄热器包括多个依次连接的所述管状结构，所述多个管状结构的直径不相同。

优选地，所述工质为熔盐。

优选地，所述加热单元包括电加热器，所述电加热器间隔设置于所述蓄热器的内部，所述电加热器的内部具有加热件，所述加热件电连接于外部的电源。

优选地，所述加热单元包括电加热器，所述电加热器设置于所述蓄热器的外部，所述电加热器的外壁面设有介质进口和介质出口，所述介质进口连接于所述低温口，所述介质出口连接于所述高温口，所述电加热器的内部具有加热件，所述加热件电连接于外部的电源。

优选地，所述加热单元包括蓄热换热器和热源，所述蓄热换热器的外壁面设有低温进口、高温出口、高温进口、低温出口，所述低温进口连接于所述蓄热器的低温口并与所述蓄热器相连通，所述高温出口连接于所述蓄热器的高温口并与所述蓄热器相连通，所述低温出口连接于所述热源。

一种传蓄热发电系统，包括如上所述的传蓄热装置、换热器和发电单元，所述换热器的外壁面设有热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口，所述热侧进口连接于所述蓄热器的高温口并与所述蓄热器相连通，所述热侧出口连接于所述蓄热器的低温口并与所述蓄热器相连通，所述冷侧出口连接于所述发电单元并与所述发电单元相连通。

优选地，所述传蓄热装置包括熔盐泵，所述熔盐泵的两端分别连接于所述高温口和所述热侧进口并与所述蓄热器和所述换热器连通。

优选地，所述发电单元包括发电机、汽轮机、冷凝器和水泵，所述发电机连接于所述汽轮机，所述汽轮机的进口和出口分别连接于所述冷侧出口和所述冷凝器的进口，所述水泵的两端分别连接于所述冷凝器的出口和所述冷侧进口，所述汽轮机、所述发电机、所述冷凝器和所述水泵之间相连通并形成有发电回路。

优选地，所述发电单元包括有透平、发电机、压缩机和预冷器，所述发电机连接于所述透平，所述透平与所述压缩机共传动轴，且所述透平的进口和出口分别连接于所述冷侧出口和所述预冷器，所述压缩机的进口和出口分别连接于所述预冷器和所述冷侧进口，所述透平、所述预冷器、所述压缩机和所述换热器之间相连通并形成有发电回路。

优选地，所述发电单元还包括有回热器，所述回热器的外壁面设有高温侧进口、高温侧出口、低温侧进口、低温侧出口，所述高温侧进口连接于所述透平并与所述透平相连通，所述高温侧出口连接于所述预冷器并与所述预冷器相连通，所述低温侧进口连接于所述压缩机并与所述压缩机相连通，所述低温侧出口连接于所述冷侧进口并与所述换热器相连通。

一种储能电站，其包括如上所述的传蓄热发电系统。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的蓄热器采用管道式结构，相比于储热罐，管道式结构的高度明显降低，使得位于蓄热器底部的工质的压力减小，从而大幅度减小蓄热器的板材厚度，显著降低制作成本；该蓄热器可以在工厂车间进行分段预制，在现场进行对焊，节省了现场安装时间，提高工作效率，降低了蓄热器成本。另外，相比于现有的储热罐，大大降低了大直径高温平底容器因为地基沉降等因素引起的熔盐泄露风险，提高了工程可靠性。同时，由于高度较低，可采用目前市场上成熟的熔盐泵，相比储热罐所采用的长轴熔盐泵，降低了熔盐泵的成本。对于本发明的传蓄热发电系统，由于蓄热器可同时储存高温工质和低温工质，相比于双罐传蓄热发电系统，省去了蓄热管路，降低了总成本。

附图说明

图1为根据本发明优选实施例的储能电站的结构示意图。

图2为根据本发明优选实施例的蓄热器的结构示意图。

图3为根据本发明优选实施例的蓄热器内部的结构示意图。

图4为根据本发明优选实施例的又一储能电站的结构示意图。

图5为根据本发明优选实施例的又一储能电站的结构示意图。

图6为根据本发明优选实施例的又一储能电站的结构示意图。

附图标记说明：

电源1

电加热器2

蓄热器3

低温口32

高温口33

阻隔部31

第一挡板311

第二挡板312

熔盐泵4

换热器5

汽轮机6

发电机7

冷凝器8

水泵9

透平10

回热器11

预冷器12

压缩机13

截止阀141、142、143、144、145、146

其它热源15

蓄热换热器16

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，本发明揭示一种传蓄热装置，该传蓄热装置包括蓄热器3和加热单元，所述蓄热器3为管状结构，所述蓄热器3的两端分别具有低温口32和高温口33；所述加热单元连接于所述蓄热器3，并用于加热所述蓄热器3内的工质。

在本实施方式中，高温工质和低温工质可共同存储于该蓄热器3内，低温工质由低温口32进入蓄热器3，高温工质从高温口33流出蓄热器3，低温工质和高温工质的分界处形成斜温层。本实施方式中的蓄热器采用管道式结构，大幅度减小蓄热器的板材厚度，显著降低制作成本；该蓄热器可以在工厂车间进行分段预制，在现场进行对焊，节省了现场安装时间，提高工作效率；另外，相比于现有的储热罐，大大降低了大直径高温平底容器因为地基沉降等因素引起的熔盐泄露风险，提高了工程可靠性。同时，由于高度较低，可采用目前市场上成熟的熔盐泵，相比储热罐所采用的长轴熔盐泵，降低了熔盐泵的成本。

如图3所示，蓄热器3还包括阻隔部31，多个阻隔部31间隔设置于所述蓄热器3的内部，所述阻隔部31用于限制工质在所述蓄热器3的底部流动。

在本实施方式中，由于低温工质的密度大于高温工质，从低温口32进入的低温工质容易沉入蓄热器3底部并很快流出高温口33，从而减小斜温层厚度，破坏斜温层。通过设置阻隔部31，减缓了低温工质的在蓄热器3底部的流动速度，减小浮力对蓄热器3内的斜温层厚度的影响，从而减小蓄热器3的尺寸，降低蓄热器3成本。

具体地，阻隔部31包括第一挡板311和第二挡板312，第一挡板311和第二挡板312连接于蓄热器3的侧壁面，第一挡板311的顶部与蓄热器3之间形成第一空隙，第二挡板312的底部与蓄热器3之间形成第二空隙，所述工质依次流经所述第一空隙和所述第二空隙。对于直径为3m的蓄热器，间隔约2m布置一个阻隔部31，第一挡板311和第二挡板312之间间隔0.2m，第一挡板311和第二挡板312距离蓄热器的顶部和底部距离0.2m。在通过阻隔部31时，位于底部的低温熔盐被第一挡板311阻隔，低温熔盐需要首先通过第一挡板311的顶部，再到达第一挡板311和第二挡板312的中间区域，之后流动至第二挡板312的底部，再流动至下一个阻隔部31，从而避免了低温熔盐沿蓄热器3的底部快速流到高温口。

在其他可替代的实施方式中，阻隔部31也可包括挡板和导管，所述挡板连接于所述蓄热器的侧壁面，所述导管位于所述挡板的一侧，所述导管上下延伸且两端具有上开口和下开口，所述上开口穿过所述挡板，所述工质依次流经所述上开口和所述下开口。

如图1所示，所述蓄热器呈非闭合的圆环形。其中，蓄热器3设置为环形结构，使得高温口33靠近低温口32，从而显著减少高温口33和低温口32之间的管路长度，进一步地节省了成本。在其他可替代的实施方式中，如图2所示，所示蓄热器3也可呈u形。

如图2所示，蓄热器3可包括多个依次连接的管状结构，多个管状结构的直径不相同。多个大直径管道之间通过小直径管道连接，这样有利于分段维修蓄热器3。具体地，蓄热器3包括两个直筒形管路和一个直径较小的弯管。

在本实施方式中，蓄热器3内的工质为熔盐。熔盐可以为多元混合熔盐。熔盐价格低廉，具有良好的传热和储热能力，可采用沸点600℃以上的多元混合熔盐，包括硝酸盐、氯盐、氟盐或者碳酸盐等。根据发电系统采用的发电装置工质温度匹配合适的熔盐。蓄热器3可以选择耐腐蚀性好、高温强度好的gh3535、c276、625合金或者不锈钢作为制作材料。

如图1、4-6所示，本实施例还揭示一种传蓄热发电系统，包括传蓄热装置、换热器和发电单元，所述换热器的外壁面设有热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口，所述热侧进口连接于所述蓄热器的高温口33并与所述蓄热器相连通，所述热侧出口连接于所述蓄热器的低温口32并与所述蓄热器相连通，所述冷侧出口连接于所述发电单元并与所述发电单元相连通。

在需要蓄能时，通过加热单元使得外部的电源1对蓄热器3内的熔盐进行加热，将低温的熔盐加热至高温的熔盐，从而使得电能转化为热能，电加热之后会先存储起来。在需要用电时，高温的熔盐将通过热侧进口进入至换热器5内。高温熔盐的热能通过换热器5传递给到换热器5内的发电工质，发电工质通过换热器5的冷侧出口输出并进入至发电单元，使得热能输出至发电单元，通过发电单元将发电工质的热能转化为电能，从而实现了供电。

外部的电源1可以是风力发电电站、光伏发电电站或其他电力不稳定的发电电站，以及有多余电能的火电电站。

如图1、4-6所示，传蓄热装置还包括熔盐泵4，熔盐泵4的两端分别连接于高温口33和热侧进口并与蓄热器3和换热器5连通。通过熔盐泵4提供熔盐回路中熔盐流动的动力，使得高温熔盐进入至换热器5内，保证熔盐回路的正常运行。

如图1和图2所示，加热单元包括电加热器2，电加热器2间隔设置于蓄热器3的内部，电加热器2的内部具有加热件，加热件电连接于外部的电源1。在本实施方式中，电加热器2布置在蓄热器3内部，省去了蓄热管路，降低了总成本，同时，电加热器2也可作为蓄热器3的补热加热器。

如图1所示，发电单元包括发电机7、汽轮机6、冷凝器8和水泵9，发电机7连接于汽轮机6，汽轮机6的进口和出口分别连接于冷侧出口和冷凝器8的进口，水泵9的两端分别连接于冷凝器8的出口和冷侧进口，汽轮机6、发电机7、冷凝器8和水泵9之间相连通并形成有发电回路。

在本实施方式中，蓄热时，通过加热单元使得外部的电源1对蓄热器3内的熔盐进行加热，将低温的熔盐加热至高温的熔盐，使得电能转化为热能。在需要用电时，通过熔盐泵4将高温的高温熔盐抽出并送到换热器5放出热能，放热变冷的低温熔盐回到蓄热器3内的低温侧，并形成斜温层。随着释热时间的增加，斜温层由蓄热器3低温侧(靠近低温口)向高温侧(靠近高温口)移动。换热器5内发电工质吸热后产生的高温蒸汽，驱动汽轮机6，从而带动发电机7进行发电，从而将热能转换为电能。从汽轮机6降温出来的发电工质通过冷凝器8和水泵9返回换热器5，从而形成循环。

在其他可替代的实施方式中，如图5所示，电加热器2还可设置于蓄热器3的外部，电加热器2的外壁面设有介质进口和介质出口，介质进口连接于低温口，介质出口连接于高温口，电加热器2的内部具有加热件，加热件电连接于外部的电源1。具体地，加热单元还包括截止阀，通过截止阀的开关，实现从蓄热到发电的转换。蓄热时，打开截止阀141、截止阀143和截止阀144，关闭截止阀142、截止阀145和截止阀146，通过熔盐泵4将蓄热器3低温侧的低温熔盐抽出，依次通过截止阀144、熔盐泵4、截止阀143到电加热器2，通过电加热器2加热升温后的熔盐通过截止阀141，返回蓄热器3的高温侧。随着蓄热时间的增加，斜温层由蓄热器3高温侧向低温侧移动。释热时，打开截止阀142、截止阀145和截止阀146，关闭截止阀141、截止阀143和截止阀144，通过熔盐泵4将蓄热器3高温侧的高温熔盐抽出，依次通过截止阀142、熔盐泵44、截止阀145到换热器5，通过换热器5放热降温后的熔盐通过截止阀146，返回蓄热器3的低温侧。随着释热时间的增加，斜温层由蓄热器3低温侧向高温侧移动。

在其他可替代的实施方式中，如图6所示，加热单元可包括蓄热换热器16和热源，蓄热换热器16的外壁面设有低温进口、高温出口、高温进口、低温出口，低温进口连接于蓄热器3的低温口并与蓄热器3相连通，高温出口连接于蓄热器3的高温口并与蓄热器3相连通，低温出口连接于热源。其中，热源采用其它热源15，例如太阳能热、高温的余热。具体地，如图6所示，加热单元包括截止阀，通过截止阀的开关，实现从蓄热到发电的转换。蓄热时，打开截止阀141、截止阀143和截止阀144，关闭截止阀142、截止阀145和截止阀146，通过熔盐泵4将蓄热器3的低温侧的低温熔盐抽出，依次通过截止阀144、熔盐泵4、截止阀143到蓄热换热器16，通过蓄热熔盐换热器5加热升温后的熔盐通过截止阀141，返回蓄热器3高温侧。蓄热换热器16通过管路与其它热源15连接。随着蓄热时间的增加，斜温层由蓄热器3高温侧向低温侧移动。

在其他可替代的实施方式中，如图4所示，发电单元可包括有透平10、发电机7、压缩机13和预冷器12，发电机7连接于透平10，透平10与压缩机13共传动轴，且透平10的进口和出口分别连接于冷侧出口和预冷器12，压缩机13的进口和出口分别连接于预冷器12和冷侧进口，透平10、预冷器12、压缩机13和换热器5之间相连通并形成有发电回路。发电单元还包括有回热器11，回热器11的外壁面设有高温侧进口、高温侧出口、低温侧进口、低温侧出口，高温侧进口连接于透平10并与透平10相连通，高温侧出口连接于预冷器12并与预冷器12相连通，低温侧进口连接于压缩机13并与压缩机13相连通，低温侧出口连接于冷侧进口并与换热器5相连通。

在本实施方式中，发电工质通过换热器5温度升高，升温之后的发电工质进入至透平10，实现热能转换成机械能，再通过发电机7实现发电，发电工质通过透平10之后经过回热器11，再进入至预冷器12，通过预冷器12能够进一步利用发电工质的余热，用于对外部进行供暖等，进一步达到能量梯级利用的效果。同时，发电工质传递热能后将会进一步温度降低，通过预冷器12的出口输出并进入至压缩机13内；通过压缩机13之后发电工质通过回热器11预热后进入至换热器5内，并循环利用，通过回热器11能够对发电工质的热能进一步回收利用，达到节能效果。通过发电回路联合循环或者热电联供，达到节能效果，且提高了发电效率。同时，发电单元具有热功转换效率高，设备初投资少，运行费用及维修成本低，安全性高，选址灵活，具备模块化发展等优点。其中，发电回路内的发电工质可以为超临界二氧化碳，或者可以为氦气，或者还可以为氦气和氮气的混合气体。

本实施例还揭示一种储能电站，其包括如上的传蓄热发电系统。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

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