高温固体蓄热冷热电联供系统及其运行方法与流程

本发明涉及储热节能，具体涉及高温固体蓄热冷热电联供系统及其运行方法。

背景技术：

1、随着我国“煤改电”行业的大力发展，为了提高能源利用效率以及节能减排的目标，高温固体蓄热技术相比于其他储能方式具有成本低、安全性高的优点，普遍应用于电厂深度调峰和工业生产用热以及民用建筑用热等领域。

2、目前，居民生活中用热、用冷和用电的需求日益攀升，为了满足用户对冷、热和电的使用需求，广泛使用太阳能实现冷、热、电三联供，然而太阳光受天气和季节影响，波动较大，导致蓄热量低，供给不稳定。因此，现有技术中存在采用高温固体蓄热技术来进行热电联供的方案，解决了蓄热量低，热电联供的不稳定性。

3、而这种方案中，仅采用高温固体蓄热技术实现热电联供，没有实现冷、热电三联供，并且，结构复杂、换热环节多，热转化效率低，经济性差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种高温固体蓄热冷热电联供系统及其运行方法，至少解决以下技术问题中的至少一个：结构复杂、换热环节多、热转化效率低以及经济性差。

2、一方面，本发明提供了一种高温固体蓄热冷热电联供系统，包括高温固体蓄热单元、发电单元、供热单元和供冷单元。其中，高温固体蓄热单元包括换热相接的高温固体蓄热装置和取热回路；发电单元包括发电循环回路，发电循环回路中连接有发电机，发电循环回路和取热回路之间换热相接；供热单元包括供热循环回路，供热循环回路和取热回路换热相接；供热循环回路连接有用户端；供冷单元包括供冷循环回路，供冷循环回路和取热回路之间换热相接；供冷循环回路中设有冷热转换装置，冷热转换装置的下游连接用户端。

3、有益效果：通过高温固体蓄热单元进行蓄热，可将电能转化为热能储存，并可通过取热回路将热量取出使用，用于发电、供冷或供热；通过设置发电单元，第一，发电循环回路可以和取热回路换热，将热量用于发电，满足用电需求；第二，供热循环回路可以和取热回路换热，将热量直接供给用户端，满足用户的用热需求；第三，供冷循环回路可以和取热回路换热，将热量通过冷热转换装置转换为冷量直接供给用户端，满足用户的用冷需求。本发明采用高温固体蓄热装置进行蓄热，将电能转化为热能储存，根据用户的用冷、用热和用电需求来实现供冷、供热和供电，实现冷、热和电的三联供，且整个系统结构简单，高温固体蓄热单元的蓄热量通过取热回路取出后，直接供给发电单元发电，或直接供给供热单元，或直接供给供冷单元，换热环节少，减少热能的损失，提高热转换效率，提升经济性能。

4、在一种可选的实施方式中，取热回路中流通的取热工质采用相变材料。

5、有益效果：取热回路中的取热工质采用相变材料，取热工质和金属换热器间的热阻小，换热系数大，从而提高高温固体蓄热单元的换热效率，提高经济性。

6、在一种可选的实施方式中，高温固体蓄热装置包括箱体，箱体内设有蓄热体和电加热装置，取热回路包括吸热段，吸热段设于箱体内。

7、有益效果：采用电加热装置，能够将电能转化为蓄热体的热能储存，可以用于消纳绿电或低谷电的电能。取热回路的吸热段位于箱体内，能够在箱体内进行换热，使取热工质升温。

8、在一种可选的实施方式中，蓄热体包括多个镁砖，多个镁砖沿镁砖的厚度方向并列间隔设置，电加热装置和吸热段分别设于相邻的镁砖之间的间隙中。

9、有益效果：蓄热体采用镁砖，具有结构简单、安全、耐高温、成本低的优点。电加热装置和吸热段分别设于相邻的镁砖之间的间隙中，能够均匀充分的吸收镁砖的蓄热量，避免壁面热应力过大损坏镁砖。

10、在一种可选的实施方式中，电加热装置包括多个并联设置的加热管道，吸热段包括多个并联设置的取热管道，加热管道和取热管道间错设置。

11、有益效果：这样设置，电加热装置采用多个加热管道并联，取热管道采用多个取热管道并联，能够保证高温固体蓄热单元的安全性。

12、在一种可选的实施方式中，箱体的外侧包覆有保温层。

13、有益效果：这样设置能够提高箱体的保温效果，保持箱体内的高温蓄热。

14、在一种可选的实施方式中，发电循环回路和取热回路之间通过第一换热装置换热相接；发电循环回路还包括汽轮机，汽轮机的蒸汽进口和第一换热装置的换热出口连接，汽轮机的蒸汽出口和发电机相连，汽轮机的乏汽出口和第一换热装置的换热进口相接。

15、有益效果：这样设置，发电循环回路和取热回路之间通过第一换热装置进行换热，发电循环回路中的水被加热，流向汽轮机，并输送至发电机发电，发电后汽轮机的乏汽回到第一换热装置中，再次进行换热、发电循环，满足用电需求。

16、在一种可选的实施方式中，供热单元还包括换热回路，换热回路和取热回路之间通过第一换热装置换热相接，供热循环回路和换热回路之间通过第二换热装置换热相接。

17、有益效果：这样设置，换热回路和取热回路之间通过第一换热装置进行换热，将热量转移至换热回路中，再通过第二换热装置换热，将热量转移至供热循环回路中，由于供热循环回路中的水在经第二换热装置被加热后直接供给用户端，简化了换热环节，减少了不必要的热损失，提高经济性。

18、在一种可选的实施方式中，换热回路和发电循环回路并联，所述汽轮机设于所述第一换热装置和所述第二换热装置之间，所述第一换热装置和所述第二换热装置之间还连接有旁通管路，旁通管路上设有旁通阀。

19、有益效果：这样设置，当进行发电时，第一换热装置中产生的高温蒸汽经过汽轮机、发电机发电后到达第二换热装置，汽轮机发电后的乏汽用于加热供热循环回路中的水，能够为用户提供热水。这样能够实现对汽轮机乏汽的热量充分回收利用，提高能源的利用率；当换热回路中的高温蒸汽经过旁通管路到达第二换热装置时，能够直接将高温固体蓄热单元中的热量用于供热，热量损失少，供热充足。

20、在一种可选的实施方式中，供冷循环回路和供热循环回路并联，供冷循环回路和供热循环回路共用第二换热装置；供热循环回路和供冷循环回路之间通过控制阀分别和第二换热装置连接。

21、有益效果：这样设置，能够使得高温固体蓄热冷热电联供系统的整体结构紧凑，减少占用空间，同时由于减少换热设备的数量，有利于降低成本。通过控制阀能实现为用户端供冷和/或供热。

22、在一种可选的实施方式中，冷热转换装置包括吸收式制冷机组，在供冷循环回路中，吸收式制冷机组设于第二换热装置的下游。

23、有益效果：通过设置吸收式制冷机组，能够实现冷热转换，以热能为动力，勿需耗用大量电能，而且对热能的要求不高，利用乏汽的热量便能获得大量的冷源，有利于热源的综合利用，具有很好的节电、节能效果，经济性高。

24、另一方面，本发明还提供了一种高温固体蓄热冷热电联供系统的运行方法，利用以上技术方案中任一项所述的高温固体蓄热冷热电联供系统，包括以下方法：

25、供电策略：利用高温固体蓄热装置进行蓄热，通过取热回路，将热量转移至发电循环回路中，将热能转化为电能，用于发电调峰；

26、供热策略：利用高温固体蓄热装置进行蓄热，通过取热回路，将热量转移至供热循环回路中，向用户端供热；

27、供冷策略：利用高温固体蓄热装置进行蓄热，通过取热回路，将热量转移至供冷循环回路中，并通过冷热转换装置将热量转换为冷量，向用户端供冷。

28、通过将电能转化为热能储存于高温固体蓄热单元中，可以根据用户的用冷、用热和用电需求来实现供冷、供热和供电，实现冷、热和电的三联供，运行方法简单，高温固体蓄热单元的蓄热量通过取热回路取出后，直接供给发电单元发电，或直接供给供热单元，或直接供给供冷单元，换热环节少，减少热能的损失，提高热转换效率，提升经济性能。

29、在一种可选的实施方式中，包括以下方法：

30、冷热电联供策略：在高峰电价时，执行供电策略，以及供热策略和/或供冷策略。

31、有益效果：在高峰电价时，执行供电策略能够用于发电调峰；在高峰电价时，同时也是用冷或用热高峰期，此时可独立或同时执行供热策略和供冷策略，满足用冷和用热需求。

32、在一种可选的实施方式中，包括以下方法：

33、冷热联供策略：在平价电时，执行供热策略和/或供冷策略。

34、有益效果：在平价电时，可以根据用户对冷、热的需求进行供冷和供热。

35、在一种可选的实施方式中，包括以下方法：

36、充热策略：在低谷价电时，利用电加热装置对高温固体蓄热装置中的蓄热体进行加热，将电能转化为热能，向高温固体蓄热装置充热。

37、有益效果：低谷价电时，电价便宜，采用谷价电给高温固体蓄热装置进行充热，能够实现经济最大化。储蓄的热量可以在平价电时用于冷热联供，或在高峰电价时用于冷、热、电三联供，且在平价电、高峰价电时无需用电给高温固体蓄热装置充热。

38、在一种可选的实施方式中，包括以下方法：

39、在执行充热策略的同时，根据用户的供热需求，执行供热策略；和/或，根据用户的供冷需求，执行供冷策略。

40、有益效果：谷价电价格便宜，采用谷价电给高温固体蓄热装置进行充热，能够实现经济最大化。同时，兼顾供热和供冷需求。这种策略可以最大程度利用峰谷电价差，获取供热收益及调峰收益。