一种热泵储能系统的制作方法

本发明涉及储能，具体地，涉及一种热泵储能系统。

背景技术：

1、在能源革命的驱动下，新能源接入电网的比例和在终端能源消费的占比不断提高。通过大规模导入储能技术，可以在很大程度上解决新能源发电的随机性和波动性问题，使间歇性、低密度的可再生清洁能源得以广泛、有效地利用。

2、储能技术可以贯穿电力系统发电、输电、配电、用电各个环节，具有缓解高峰负荷供电需求，提高现有电网设备的利用率，以及提升电能质量和用电效率等功能。储能技术具有多种分类，其中热泵储能是一种利用热力学原理的物理储能方式，充电循环采用热泵循环将电能转化为高温热能和低温冷能，并使用热媒和冷媒分别储存，发电循环则采用热机循环利用热能和冷能发电。在相关技术中，储能系统的冷媒和热媒的温度在充放电时不匹配，且由于冷媒的储存温度过低，不利于冷媒的选型和相关设备的制造，使用范围较窄。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的实施例提出一种热泵储能系统，该热泵储能在充电循环中，热媒获得高温的同时，可以保证冷媒的温度不至于太低，有利于储能系统的发电循环和充电循环中的温度匹配，且扩大了冷媒的选型范围，并且可以降低相关设备的制造难度，从而降低了系统成本，提高了系统适应性。

3、本发明的实施例的热泵储能系统包括：电动机、启动机、若干高温压缩机、若干低温膨胀机、储热装置、储冷装置、若干低温压缩机、若干高温膨胀机和发电机，所述高温压缩机的数量小于所述低温膨胀机的数量，所述高温膨胀机的数量小于所述低温压缩机的数量；在充电循环中，所述电动机的输出端与所述高温压缩机连接，所述高温压缩机的出口与所述储热装置的进口连通，所述充电循环中的循环工质与所述储热装置的热媒换热，以使所述储热装置存储热能，所述储热装置的出口与一个所述低温膨胀机的进口连通，一个所述低温膨胀机的出口与所述储冷装置的进口连通，所述循环工质与所述储冷装置的冷媒换热，以使所述储冷装置存储冷能，所述储冷装置的出口与另一个所述低温膨胀机的进口连通，另一个所述低温膨胀机的出口与所述高温压缩机的进口连通；在发电循环中，所述启动机与所述低温压缩机连接，一个所述低温压缩机的出口与所述储冷装置连通，所述循环工质与所述储冷装置的冷媒换热，以释放所述储冷装置的冷能，所述储冷装置的出口与另一个所述低温压缩机的进口连通，另一个所述低温压缩机的出口与所述储热装置连通，所述循环工质与所述储冷装置的热媒换热，以释放所述储热装置的热能，所述储热装置与所述高温膨胀机的进口连通，所述高温膨胀机的输出端与所述发电机连通。

4、根据本发明的实施例的热泵储能系统，热泵储能系统在充电循环中可以将电能储存为高温热能和低温冷能。由于高温压缩机的数量小于低温膨胀机的数量，即充电循环中的膨胀级数多于压缩级数，以使高温压缩机可以产出高温的压缩热，即热媒的储热温度较高，有利于提高热泵储能系统的充放电往返效率，同时低温膨胀机产出的冷媒的温度不至于太低，降低了冷媒的选型难度和与低温相关设备的制造难度，例如可以降低低温膨胀机、低温压缩机、储冷装置等设备的制造难度，从而降低了系统成本，提高了系统适应性。

5、热泵储能系统在发电循环中高温膨胀机的数量小于低温压缩机的数量，即发电循环中的压缩级数多于膨胀级数，可以使得热泵储能系统在发电循环中的用热和用冷温度与充电循环中的储热和储冷温度尽可能的匹配。因此，本发明的实施例的热泵储能在充电循环中，热媒获得高温的同时，可以保证冷媒的温度不至于太低，有利于储能系统的发电循环和充电循环中的温度匹配，且扩大了冷媒的选型范围，适用性更广。

6、在一些实施例中，所述充电循环中的所述高温压缩机为n1，所述充电循环中的所述低温膨胀机为m1，所述发电循环中的所述高温膨胀机为n2，所述发电循环中的所述低温压缩机为m2，n1＜m1，n2＜m2，n1＝n2，m1＝m2。

7、在一些实施例中，所述充电循环中的所述高温压缩机的数量为1个，所述充电循环中的所述低温膨胀机的数量为2个，且分别为低温膨胀机一和低温膨胀机二，所述发电循环中的所述高温膨胀机的数量为1个，所述发电循环中的所述低温压缩机的数量为2个，且分别为低温压缩机一和低温压缩机二。

8、在一些实施例中，所述储热装置包括低温热媒储罐、高温热媒储罐和高温换热器，所述低温热媒储罐通过所述高温换热器的第一侧与所述高温热媒储罐连通，所述储冷装置包括高温冷媒储罐、低温冷媒储罐、低温换热器一和低温换热器二，所述低温换热器一的第一侧和所述低温换热器二的第一侧并联，且所述低温换热器一的第一侧和所述低温换热器二的第一侧中的任一者与所述高温冷媒储罐和所述低温冷媒储罐连通，所述充电循环中，所述高温压缩机的进口与所述高温换热器的第二侧的进口连通，所述高温换热器的第二侧的出口与所述低温膨胀机一的进口连通，所述低温膨胀机一的出口与所述低温换热器一的第二侧的进口连通，所述低温换热器一的第二侧的出口与所述低温膨胀机二的进口连通，所述低温膨胀机二的出口与所述低温换热器二的第二侧的进口连通，所述低温换热器二的第二侧的出口与所述高温压缩机连通；在所述发电循环中，所述低温压缩机一与所述低温换热器一的第二侧的进口连通，所述低温换热器一的第二侧的出口与所述低温压缩机二的进口连通，所述低温压缩机二的出口与所述高温换热器的第二侧的进口连通，所述高温换热器的第二侧的出口与所述高温膨胀机连通，所述高温膨胀机的输出端与所述发电机连接，所述高温膨胀机的出口与所述低温换热器一的第二侧的进口连通，所述低温换热器一的第二侧的出口与所述低温压缩机一的进口连通。

9、在一些实施例中，所述充电循环还包括回热器一，所述高温换热器的第二侧的出口通过所述回热器一的第一侧与所述低温膨胀机一的进口连通，所述低温换热器二的第二侧的出口通过所述回热器一的第二侧与所述高温压缩机的进口连通。

10、在一些实施例中，所述发电循环还包括回热器二，所述低温压缩机二的出口通过所述回热器二的第一侧与所述高温换热器的第二侧的进口连通，所述高温膨胀机的出口通过所述回热器二的第二侧与所述低温换热器二的第二侧的进口连通。

11、在一些实施例中，所述发电循环还包括冷却器一和冷却器二，所述冷却器一连接在所述低温压缩机一的出口和所述低温换热器一的第二侧的进口之间，所述冷却器二连接在所述回热器二的第二侧的出口与所述低温换热器二的第二侧的进口之间。

12、在一些实施例中，所述低温膨胀机一和所述低温膨胀机二均与所述高温压缩机传动连接。

13、在一些实施例中，所述循环工质为空气、氮气、二氧化碳、氩气和氦气中的一种；和/或，所述热媒为水、导热油和熔融盐中的一种；和/或，所述冷媒为水、醇溶液和氯化钙溶液中的一种。

技术特征：

1.一种热泵储能系统，其特征在于，包括：电动机、启动机、若干高温压缩机、若干低温膨胀机、储热装置、储冷装置、若干低温压缩机、若干高温膨胀机和发电机，所述高温压缩机的数量小于所述低温膨胀机的数量，所述高温膨胀机的数量小于所述低温压缩机的数量；

2.根据权利要求1所述的热泵储能系统，其特征在于，所述充电循环中的所述高温压缩机为n1，所述充电循环中的所述低温膨胀机为m1，所述发电循环中的所述高温膨胀机为n2，所述发电循环中的所述低温压缩机为m2，n1＜m1，n2＜m2，n1＝n2，m1＝m2。

3.根据权利要求1所述的热泵储能系统，其特征在于，所述充电循环中的所述高温压缩机的数量为1个，所述充电循环中的所述低温膨胀机的数量为2个，且分别为低温膨胀机一和低温膨胀机二，所述发电循环中的所述高温膨胀机的数量为1个，所述发电循环中的所述低温压缩机的数量为2个，且分别为低温压缩机一和低温压缩机二。

4.根据权利要求3所述的热泵储能系统，其特征在于，所述储热装置包括低温热媒储罐、高温热媒储罐和高温换热器，所述低温热媒储罐通过所述高温换热器的第一侧与所述高温热媒储罐连通，所述储冷装置包括高温冷媒储罐、低温冷媒储罐、低温换热器一和低温换热器二，所述低温换热器一的第一侧和所述低温换热器二的第一侧并联，且所述低温换热器一的第一侧和所述低温换热器二的第一侧中的任一者与所述高温冷媒储罐和所述低温冷媒储罐连通，

5.根据权利要求4所述的热泵储能系统，其特征在于，所述充电循环还包括回热器一，所述高温换热器的第二侧的出口通过所述回热器一的第一侧与所述低温膨胀机一的进口连通，所述低温换热器二的第二侧的出口通过所述回热器一的第二侧与所述高温压缩机的进口连通。

6.根据权利要求4所述的热泵储能系统，其特征在于，所述发电循环还包括回热器二，所述低温压缩机二的出口通过所述回热器二的第一侧与所述高温换热器的第二侧的进口连通，所述高温膨胀机的出口通过所述回热器二的第二侧与所述低温换热器二的第二侧的进口连通。

7.根据权利要求6所述的热泵储能系统，其特征在于，所述发电循环还包括冷却器一和冷却器二，所述冷却器一连接在所述低温压缩机一的出口和所述低温换热器一的第二侧的进口之间，所述冷却器二连接在所述回热器二的第二侧的出口与所述低温换热器二的第二侧的进口之间。

8.根据权利要求3所述的热泵储能系统，其特征在于，所述低温膨胀机一和所述低温膨胀机二均与所述高温压缩机传动连接。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的热泵储能系统，其特征在于，所述循环工质为空气、氮气、二氧化碳、氩气和氦气中的一种；

技术总结本发明涉及一种热泵储能系统，所述热泵储能系统的运行分为充电循环和发电循环，充电循环消耗电能产出高温热能和低温冷能，并利用热媒和冷媒分别储存热能和冷能，发电循环利用热媒和冷媒建立的高低温差发电，从而实现电能储存。本发明通过控制系统中压缩和膨胀的级数，目的为在充电循环中获得高温的同时，保证低温不至于太低，并且发电循环充分匹配充电循环产生的高温和低温。本发明具有充放电往返效率高的特点，冷媒无需储存过低的温度，冷媒选型范围广，并且可以降低相关设备的制造难度，从而降低了系统成本，提高了系统适应性。技术研发人员：王际辉,郭浩楠,李海朋,赵钊,韩雨辰,沈阳,程蓉蓉,何勇健,白宁,姜晓霞,沈峰,贾朋森,胡庆亚,马帆帆,曾子竞受保护的技术使用者：国家电投集团科学技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23