用于蓄能的冷热电三联供系统的制作方法

1.本发明涉及蓄能技术领域，具体而言，涉及一种用于蓄能的冷热电三联供系统。


背景技术：

2.新能源的大规模发展带来了巨大的消纳压力。目前用于解决新能源消纳的主要手段包括跨区域传输、需求侧互动和蓄能。在蓄能方面，主要采用抽水蓄能、压缩空气蓄能来解决长周期蓄能需求，采用电化学蓄能和氢蓄能来解决日内和日间短时蓄能需求。针对日内和日间的短时蓄能需求，电化学蓄能存在安全性、使用寿命的问题，氢蓄能则有安全性、效率、成本方面的问题。所以需要一种安全、经济、高效的促进新能源消纳的能源综合利用形式。


技术实现要素：

3.本发明的目的包括，例如，提供了一种用于蓄能的冷热电三联供系统，其能够更加高效、安全的实现蓄能和放电。
4.本发明的实施例可以这样实现：
5.本发明提供一种用于蓄能的冷热电三联供系统，包括变压模块、压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、发电模块、蓄热装置和蓄冷装置；
6.所述压缩机、所述冷凝器、所述膨胀阀和所述蒸发器依次串联；
7.所述变压模块与所述压缩机电连接，以向所述压缩机供电；
8.所述蓄热装置与所述冷凝器通过换热管道连接；
9.所述蓄冷装置与所述蒸发器通过换热管道连接；
10.所述发电模块可将所述蓄热装置蓄存的热量转换为电能；
11.所述发电模块与所述变压模块电连接；
12.所述用于蓄能的冷热电三联供系统在蓄能状态时，与所述变压模块电连接的新能源发电设备发的电经所述变压模块变压后可使压缩机运行，以将电能转化并蓄存在所述蓄热装置和蓄能装置中。
13.所述用于蓄能的冷热电三联供系统在发电状态时，所述发电模块可将所述蓄热装置蓄存的热量转化为电能，并输送至所述变压模块，经所述变压模块处理后可将电能输出。
14.在可选的实施方式中，所述发电模块包括蒸汽透平、循环泵和发电机；
15.所述蒸汽透平和所述循环泵通过管路连接在换热回路中；
16.所述发电机与所述蒸汽透平通过机械传动连接，所述发电机与所述变压模块电连接；
17.所述用于蓄能的冷热电三联供系统在蓄能状态时，所述压缩机、所述蒸发器、所述膨胀阀和所述蒸发器依次串联形成蓄能介质循环回路；
18.所述用于蓄能的冷热电三联供系统在发电状态时，所述冷凝器、所述蒸汽透平、所述蒸发器、所述循环泵依次串联形成发电介质循环回路。
19.在可选的实施方式中，所述蓄能介质循环回路和所述发电介质循环回路均采用二氧化碳介质。
20.在可选的实施方式中，所述用于蓄能的冷热电三联供系统还包括第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀和第四三通阀；
21.所述第一三通阀通过第一接口设置在所述冷凝器进口侧，所述第二三通阀通过第一接口设置在冷凝器的出口侧；
22.所述第一三通阀的第二接口与所述压缩机出口侧连通，所述第二三通阀的第二接口与所述膨胀阀进口侧连接；
23.所述第一三通阀的第三接口与所述蒸汽透平的进口侧连通，所述第二三通阀的第三接口与所述循环泵的出口侧连通；
24.所述第三三通阀通过第一接口连接于所述蒸发器的进口侧，所述第四三通阀通过第一接口连接在所述蒸发器的出口侧；
25.所述第三三通阀通过第二接口连接于所述压缩机的进口侧，所述第四三通阀通过第二接口连接在所述膨胀阀的出口侧；
26.所述第三三通阀通过第三接口连接于所述蒸汽透平的出口侧，所述第四三通阀通过第三接口连接在所述循环泵的进口侧；
27.在所述蓄能状态时，所述第一三通阀、所第二三通阀、所述第三三通阀和所述第四三通阀的第一接口和第二接口均连通。
28.在所述发电状态时，所述第一三通阀、所第二三通阀、所述第三三通阀和所述第四三通阀的第二接口和第三接口均连通。
29.在可选的实施方式中，所述蓄热装置包括第一蓄热装置和第二蓄热装置，所述第一蓄热装置和第二蓄热装置均与所述冷凝器通过换热管道连接；
30.所述第一蓄热装置用于蓄存100℃以上的热量，所述第二蓄热装置用于蓄存100摄氏度以下的热量。
31.在可选的实施方式中，所述蓄冷装置中设置有水，所述蓄冷装置通过水的相变蓄冰。
32.在可选的实施方式中，所述蓄热装置还包括供热装置，所述供热装置可向热用户供热。
33.在可选的实施方式中，所述蓄冷装置还包括供冷装置，所述供热装置可向冷用户供冷。
34.在可选的实施方式中，所述蓄热装置还包括排热装置，所述排热装置可向环境空气中排热。
35.在可选的实施方式中，所述蓄热装置还包括排冷装置，所述排冷装置可向环境空气中排冷。
36.本发明实施例提供的用于蓄能的冷热电三联供系统的有益效果包括，例如：
37.本技术通过设置压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器从而在蓄能时可将电能转换为热能和冷能蓄存起来，这样蓄存更加高效和安全。而在发电过程中，又可通过热能和冷能发电，更加方便。且通过压缩机和发电模块可灵活调节负荷，在新能源发电量增多时，以电力作为驱动能源，通过工质在超临界状态的冷凝散热和低压状态下的蒸发吸热，同时提供可
供给用户使用热能和冷能，实现能源的高效利用。在新能源发电量减少时，通过超临界状态下的朗肯循环将中温热能转化回电能，为电网提供电源支撑，且可降低工商业碳排放，实现双碳目标提供零碳能源。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
39.图1为本发明实施例提供的用于蓄能的冷热电三联供系统示意图。
40.图标：100-用于蓄能的冷热电三联供系统；110-变压模块；120-压缩机；130-蒸发器；140-冷凝器；150-膨胀阀；161-蒸汽透平；163-循环泵；165-发电机；171-第一蓄热装置；173-第二蓄热装置；180-蓄冷装置；191-第一三通阀；192-第二三通阀；193-第三三通阀；194-第四三通阀。
具体实施方式
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
42.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
47.实施例
48.请参照图1，本发明提供一种用于蓄能的冷热电三联供系统100，其能够高效和安全的实现蓄能和发电。
49.在本实施例中，用于蓄能的冷热电三联供系统100包括变压模块110、压缩机120、蒸发器130、冷凝器140、膨胀阀150、发电模块、蓄热装置和蓄冷装置180。压缩机120、冷凝器140、膨胀阀150和蒸发器130依次串联。变压模块110与压缩机120电连接，以向压缩机120供
电。蓄热装置与冷凝器140通过换热管道连接。蓄冷装置180与蒸发器130通过换热管道连接。发电模块可将蓄热装置蓄存的热量转换为电能。发电模块与变压模块110电连接。用于蓄能的冷热电三联供系统100在蓄能状态时，与变压模块110电连接的新能源发电设备发的电经变压模块110变压后可使压缩机120运行，以将电能转化并蓄存在蓄热装置和蓄能装置中。用于蓄能的冷热电三联供系统100在发电状态时，发电模块可将蓄热装置蓄存的热量转化为电能，并输送至变压模块110，经变压模块110处理后可将电能输出。
50.本实施例通过设置压缩机120、冷凝器140、膨胀阀150和蒸发器130从而在蓄能时可将电能转换为热能和冷能蓄存起来，这样蓄存更加高效和安全。而设置发电模块在发电过程中，又可通过热能和冷能发电，更加方便。
51.在本实施例中，发电模块包括蒸汽透平161、循环泵163和发电机165。蒸汽透平161和循环泵163通过管路连接在冷凝器140和蒸发器130形成的换热回路中。发电机165与蒸汽透平161通过机械传动连接，发电机165与变压模块110电连接。用于蓄能的冷热电三联供系统100在蓄能状态时，压缩机120、蒸发器130、膨胀阀150和蒸发器130依次串联形成蓄能介质循环回路。用于蓄能的冷热电三联供系统100在发电状态时，冷凝器140、蒸汽透平161、蒸发器130、循环泵163依次串联形成发电介质循环回路。
52.在本实施中，通过利用蒸汽透平161和发电机165发电，这样直接便可利用热能发电使用更加方便。
53.需要说明的是，发电介质循环回路和蓄能介质循环回路为封闭的循环回路。蒸发器130和冷凝器140可以是多通道的板式换热器。
54.在本实施例中，蓄能介质循环回路和发电介质循环回路均采用二氧化碳介质。
55.本实施例利用二氧化碳作为循环介质是由于二氧化碳安全无毒，且其在高压状态下，具有更高的压力，其能携带更高的热量。并且化学性质和物理性质相对稳定，可工作的环境温度区间更大。
56.需要说明的是，在本实施例中，压缩机120为二氧化碳压缩机120。
57.请参照图1，在本实施例中，用于蓄能的冷热电三联供系统100还包括第一三通阀191、第二三通阀192、第三三通阀193和第四三通阀194。第一三通阀191通过第一接口设置在冷凝器140进口侧，第二三通阀192通过第一接口设置在冷凝器140的出口侧。第一三通阀191的第二接口与压缩机120出口侧连通，第二三通阀192的第二接口与膨胀阀150进口侧连接。第一三通阀191的第三接口与蒸汽透平161的进口侧连通，第二三通阀192的第三接口与循环泵163的出口侧连通。第三三通阀193通过第一接口连接于蒸发器130的进口侧，第四三通阀194通过第一接口连接在蒸发器130的出口侧。第三三通阀193通过第二接口连接于压缩机120的进口侧，第四三通阀194通过第二接口连接在膨胀阀150的出口侧。第三三通阀193通过第三接口连接于蒸汽透平161的出口侧，第四三通阀194通过第三接口连接在循环泵163的进口侧。在蓄能状态时，第一三通阀191、所第二三通阀192、第三三通阀193和第四三通阀194的第一接口和第二接口均连通。在发电状态时，第一三通阀191、所第二三通阀192、第三三通阀193和第四三通阀194的第二接口和第三接口均连通。
58.请参照图1，本实施例设置第一三通阀191，第二三通阀192、第三三通阀193和第四三通阀194其能够方便的实现蓄能和发电时的流道切换。
59.需要说明的是，第一三通阀191，第二三通阀192、第三三通阀193和第四三通阀194
可以是电控的三通阀，也可采用机械三通阀。
60.本实施例提供的用于蓄能的冷热电三联供系统100一般用在有间隙性的新能源发电系统中，例如风能、太阳能发电等。并且其在昼夜温差较大的地方使用更加方便。
61.在蓄能过程中压缩机120将处于低温气态的二氧化碳工质压缩成为高温高压的超临界态，使二氧化碳工质具备良好的流动性和传热性能。经过压缩的二氧化碳工质流过冷凝器140时将所携带的热量传递至蓄热装置，二氧化碳工质放出热量后，变成高压常温的液态。再经膨胀阀150对高压常温的二氧化碳工质进行减压，使其变成低温低压的液态或低温低压的气液共存态，通过调节膨胀阀150的开度，可以使得二氧化碳工质减压至饱和温度小于零摄氏度所对应的饱和压力之下，在流经蒸发器130，二氧化碳工质在蓄冷装置180中吸收热量，使蓄冷装置180中的水相变成为冰，二氧化碳工质成为常温低压的气体。再回到压缩机120进口侧至此换成一次循环。
62.在发电过程中，二氧化碳工质经过蓄热装置加热，并经输送给蒸汽透平161，从而将热能转换为机械能带动发电机165运行发电。蒸汽透平161中流出的低温低压气态的二氧化碳工质进入到蒸发器130中。二氧化碳工质在蒸发器130中被蓄冷装置180冷却，二氧化碳工质冷凝成为低温常压的液体，流入循环泵163的入口，循环泵163对低温常压液态的二氧化碳工质进行加压，使其接近所处温度下的临界压力。二氧化碳工质在冷凝器140中，蓄热装置中的介质加热，进入高温高压的超临界态。再进入蒸汽透平161。高温高压超临界态的二氧化碳工质在蒸汽透平161当中膨胀做功，通过传动轴带动发电机165发电，所发电力进入变压模块110并入电网。二氧化碳工质在做功后成为低温低压的气体，至此完成一次循环。
63.请参照图1，在本实施例中，蓄热装置包括第一蓄热装置171和第二蓄热装置173，第一蓄热装置171和第二蓄热装置173均与冷凝器140通过换热管道连接。第一蓄热装置171用于蓄存100℃以上的热量，第二蓄热装置173用于蓄存100摄氏度以下的热量。这样设置可以实现不同温度的蓄热，从而可以满足不同的使用需求。
64.为实现两种不同温度的蓄热需求，第一蓄热装置171和第二蓄热装置173可采用不同的介质进行蓄热，以实现不同的需求。
65.在本实施例中，蓄冷装置180中设置有水，蓄冷装置180通过水的相变蓄冰。利用水的相变蓄冷，这样更加安全和成本更低。
66.在本实施例中，蓄热装置还包括供热装置，供热装置可向热用户供热。供热装置可根据用户的需求供给不同温度的热水或热蒸汽。
67.在本实施例，蓄冷装置180还包括供冷装置，供冷装置可向冷用户供冷。
68.本实施例设置供冷装置可以方便的根据需求向用户供应特定温度的冷水或冷气。
69.在本实施例中，蓄热装置还包括排热装置，排热装置可向环境空气中排热。
70.在本实施例中，蓄热装置还包括排冷装置，排冷装置可向环境空气中排冷。
71.需要说明的是，在本实施例中，蓄热装置和蓄能装置均采用水进行蓄能，当然也可采用其他工质蓄能。
72.综上，本发明实施例提供的用于蓄能的冷热电三联供系统100的工作原理和有益效果包括：
73.本技术通过设置压缩机120、冷凝器140、膨胀阀150和蒸发器130从而在蓄能时可
将电能转换为热能和冷能蓄存起来，这样蓄存更加高效和安全。而在发电过程中，又可通过热能和冷能发电，更加方便。且通过压缩机120和发电模块可灵活调节负荷，在新能源发电量增多时，以电力作为驱动能源，通过工质在超临界状态的冷凝散热和低压状态下的蒸发吸热，同时提供可供给用户使用热能和冷能，实现能源的高效利用。在新能源发电量减少时，通过超临界状态下的朗肯循环将中温热能转化回电能，为电网提供电源支撑，且可降低工商业碳排放，实现双碳目标提供零碳能源。
74.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种用于蓄能的冷热电三联供系统，其特征在于，包括变压模块、压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、发电模块、蓄热装置和蓄冷装置；所述压缩机、所述冷凝器、所述膨胀阀和所述蒸发器依次串联；所述变压模块与所述压缩机电连接，以向所述压缩机供电；所述蓄热装置与所述冷凝器通过换热管道连接；所述蓄冷装置与所述蒸发器通过换热管道连接；所述发电模块可将所述蓄热装置蓄存的热量转换为电能；所述发电模块与所述变压模块电连接；所述用于蓄能的冷热电三联供系统在蓄能状态时，与所述变压模块电连接的新能源发电设备发的电经所述变压模块变压后可使压缩机运行，以将电能转化并蓄存在所述蓄热装置和蓄能装置中；所述用于蓄能的冷热电三联供系统在发电状态时，所述发电模块可将所述蓄热装置蓄存的热量转化为电能，并输送至所述变压模块，经所述变压模块处理后可将电能输出。2.根据权利要求1所述的用于蓄能的冷热电三联供系统，其特征在于，所述发电模块包括蒸汽透平、循环泵和发电机；所述蒸汽透平和所述循环泵通过管路连接在所述冷凝器和所述蒸发器形成的换热回路中；所述发电机与所述蒸汽透平通过机械传动连接，所述发电机与所述变压模块电连接；所述用于蓄能的冷热电三联供系统在蓄能状态时，所述压缩机、所述蒸发器、所述膨胀阀和所述蒸发器依次串联形成蓄能介质循环回路；所述用于蓄能的冷热电三联供系统在发电状态时，所述冷凝器、所述蒸汽透平、所述蒸发器、所述循环泵依次串联形成发电介质循环回路。3.根据权利要求2所述的用于蓄能的冷热电三联供系统，其特征在于，所述蓄能介质循环回路和所述发电介质循环回路均采用二氧化碳介质。4.根据权利要求2所述的用于蓄能的冷热电三联供系统，其特征在于，所述用于蓄能的冷热电三联供系统还包括第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀和第四三通阀；所述第一三通阀通过第一接口设置在所述冷凝器进口侧，所述第二三通阀通过第一接口设置在冷凝器的出口侧；所述第一三通阀的第二接口与所述压缩机出口侧连通，所述第二三通阀的第二接口与所述膨胀阀进口侧连接；所述第一三通阀的第三接口与所述蒸汽透平的进口侧连通，所述第二三通阀的第三接口与所述循环泵的出口侧连通；所述第三三通阀通过第一接口连接于所述蒸发器的进口侧，所述第四三通阀通过第一接口连接在所述蒸发器的出口侧；所述第三三通阀通过第二接口连接于所述压缩机的进口侧，所述第四三通阀通过第二接口连接在所述膨胀阀的出口侧；所述第三三通阀通过第三接口连接于所述蒸汽透平的出口侧，所述第四三通阀通过第三接口连接在所述循环泵的进口侧；在所述蓄能状态时，所述第一三通阀、所第二三通阀、所述第三三通阀和所述第四三通
阀的第一接口和第二接口均连通；在所述发电状态时，所述第一三通阀、所第二三通阀、所述第三三通阀和所述第四三通阀的第二接口和第三接口均连通。5.根据权利要求2所述的用于蓄能的冷热电三联供系统，其特征在于，所述蓄热装置包括第一蓄热装置和第二蓄热装置，所述第一蓄热装置和第二蓄热装置均与所述冷凝器通过换热管道连接；所述第一蓄热装置用于蓄存100℃以上的热量，所述第二蓄热装置用于蓄存100摄氏度以下的热量。6.根据权利要求2所述的用于蓄能的冷热电三联供系统，其特征在于，所述蓄冷装置中设置有水，所述蓄冷装置通过水的相变蓄冰。7.根据权利要求2所述的用于蓄能的冷热电三联供系统，其特征在于，所述蓄热装置还包括供热装置，所述供热装置可向热用户供热。8.根据权利要求2所述的用于蓄能的冷热电三联供系统，其特征在于，所述蓄冷装置还包括供冷装置，所述供冷装置可向冷用户供冷。9.根据权利要求2所述的用于蓄能的冷热电三联供系统，其特征在于，所述蓄热装置还包括排热装置，所述排热装置可向环境空气中排热。10.根据权利要求2所述的用于蓄能的冷热电三联供系统，其特征在于，所述蓄热装置还包括排冷装置，所述排冷装置可向环境空气中排冷。

技术总结
本发明的实施例提供一种用于蓄能的冷热电三联供系统，涉及蓄能技术领域。用于蓄能的冷热电三联供系统包括变压模块、压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、发电模块、蓄热装置和蓄冷装置。压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器依次串联。变压模块与压缩机电连接，以向压缩机供电。蓄热装置与冷凝器通过换热管道连接。蓄冷装置与蒸发器通过换热管道连接。发电模块可将蓄热装置蓄存的热量转换为电能。发电模块与变压模块电连接。其能够实现安全、高效的蓄能。高效的蓄能。高效的蓄能。


技术研发人员：高浪 刘毅 陶永晋 姚仕林
受保护的技术使用者：清华四川能源互联网研究院
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/10/7