一种余热储能系统及方法与流程

本发明涉及储能，特别涉及一种余热储能系统及方法。

背景技术：

1、二氧化碳是一种绿色环保的天然优良工质，广泛应用于发电、制冷、储能等领域。二氧化碳作为余热发电动力循环的工质，因其工作温度区间大、发电效率高、设备紧凑占地少、投资收益好等优势，适合用于高品位工业余热发电，但是余热发电通常是连续运行，无法与工业用电的峰谷时段有机协同，以进一步从峰谷电价中增加获利，并且余热发电排出的低品位热量无法进一步利用。

2、二氧化碳储能系统具有安全、环保、可靠、长时等优点，适合工业用户侧储能。二氧化碳储能时需要冷能来使二氧化碳冷凝，向外释放能量时，还需将液态的二氧化碳蒸发，而蒸发过程需要热量，同时还需要储热设施储存压缩过程中产生的热量，导致二氧化碳储能效率较低、系统复杂、占地较多、投资较高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种余热储能系统及方法，能够解决余热连续发电以及无法与工业用电的峰谷时段有机协同的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

2、一种余热储能系统，包括：

3、储能模块，所述储能模块包括用于容纳二氧化碳的第一容器和用于容纳所述二氧化碳的第二容器，所述第一容器和所述第二容器之间通过并联设置的第一管路和第二管路形成供所述二氧化碳流通的循环路径，所述储能模块能够利用所述二氧化碳的相变过程进行储能和释能；

4、余热发电模块，所述余热发电模块包括耦合于所述第一管路和所述第二管路之间的第三管路，所述第一管路和所述第二管路为所述第三管路提供所述二氧化碳，所述第三管路为闭合回路，所述第三管路中设置有余热加热装置，且所述余热加热装置能够获取生产设备的余热，所述余热加热装置通过所述余热加热所述二氧化碳，通过所述二氧化碳在所述第三管路中的循环进行发电。

5、可选地，在上述余热储能系统中，所述第三管路中还包括第一膨胀装置、第一冷却装置以及第一压缩装置，所述余热加热装置、所述第一膨胀装置、所述第一冷却装置以及所述第一压缩装置依次连通构成所述闭合回路。

6、可选地，在上述余热储能系统中，所述余热加热装置包括彼此独立的第一室和第二室；所述第一室通过所述第三管路连通所述第一压缩装置和所述第一膨胀装置；所述第二室与所述生产设备连通，获取载有所述余热的换热介质；所述第一室中的所述二氧化碳和所述换热介质进行热交换，以使所述二氧化碳升温并使所述换热介质降温。

7、可选地，在上述余热储能系统中，所述生产设备具有管网：

8、所述换热介质为液态水，所述管网与所述第二室连通，向所述第二室提供载有所述余热的液态水；

9、或者，所述换热介质为蒸汽，所述管网与所述第二室连通，向所述第二室提供载有所述余热的蒸汽。

10、可选地，在上述余热储能系统中，所述第一管路中依次设置有第二压缩装置，第三压缩装置，第二冷却装置，耦合部分所述第三管路中的所述第一压缩装置，第三冷却装置，冷凝器和过冷器；

11、所述第二管路中依次设置有蒸发器，耦合部分所述第三管路中的所述余热加热装置和所述第一膨胀装置，第二膨胀装置，第三膨胀装置。

12、可选地，在上述余热储能系统中，还包括第四管路，所述第四管路为闭合回路，所述第四管路依次设置有耦合部分所述第一管路中的所述第三压缩装置和所述第二冷却装置，耦合部分所述第二管路中的所述第二膨胀装置，所述过冷器。

13、可选地，在上述余热储能系统中，还包括第五管路，所述第五管路依次连接所述第一膨胀装置、所述蒸发器和所述第一冷却装置。

14、可选地，在上述余热储能系统中，所述第一管路和所述第二管路通过可逆式泵连接所述第二容器；

15、或者，所述第一管路通过涡轮机连接所述第二容器，所述第二管路通过泵连接所述第二容器。

16、可选地，在上述余热储能系统中，所述第三膨胀装置的排气压力大于所述第一容器的压力。

17、一种余热储能方法，适用于上述余热储能系统，能够根据不同用电时段，通过不同的管路利用二氧化碳的相变进行储能和释能，包括：

18、平电时段：

19、余热发电模块中的余热加热装置获取生产设备的余热，所述余热加热装置通过所述余热加热二氧化碳，通过所述二氧化碳在第三管路中的循环进行发电；

20、谷电时段：

21、所述余热发电模块和储能模块的第一管路同时运行，所述余热发电模块的运行与所述平电时段相同；

22、储能启动时，所述第一管路中的第一容器中的液态的所述二氧化碳相变为固态和气态，固态的所述二氧化碳留置于所述第一容器内，气态的所述二氧化碳输出经压缩转变为高压，高压气态的所述二氧化碳等压相变为高压液态的所述二氧化碳输入第二容器；

23、峰电时段：

24、所述储能模块的第二管路运行，高压液态的所述二氧化碳相变为高压气态，高压气态的所述二氧化碳膨胀发电实现释能，即所述第二容器中的所述二氧化碳由高压液态相变为高压气态，高压气态的所述二氧化碳再膨胀转变成低压气态的所述二氧化碳输入所述第一容器，与所述第一容器中的固态的所述二氧化碳共同相变为液态所述二氧化碳。

25、从上述技术方案可以看出，本发明提供的余热储能系统，采用二氧化碳工质，将余热发电模块与储能模块耦合，构建余热发电储能一体化装置，进一步挖掘工业余热的利用率，同时简化储能系统、提高储能效率，从而降低投资、提升收益，能够与工业用电的峰谷时段有机协同，进一步从峰谷电价中增加获利，充分满足工业用户场景的应用条件。

技术特征：

1.一种余热储能系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述余热储能系统，其特征在于，所述第三管路（3）中还包括第一膨胀装置（32）、第一冷却装置（33）以及第一压缩装置（34），所述余热加热装置（31）、所述第一膨胀装置（32）、所述第一冷却装置（33）以及所述第一压缩装置（34）依次连通构成所述闭合回路。

3.根据权利要求2所述的余热储能系统，其特征在于，所述余热加热装置（31）包括彼此独立的第一室和第二室；所述第一室通过所述第三管路（3）连通所述第一压缩装置（34）和所述第一膨胀装置（32）；所述第二室与所述生产设备连通，获取载有所述余热的换热介质；所述第一室中的所述二氧化碳和所述换热介质进行热交换，以使所述二氧化碳升温并使所述换热介质降温。

4.根据权利要求3所述余热储能系统，其特征在于，所述生产设备具有管网：

5.根据权利要求2所述的余热储能系统，其特征在于，所述第一管路（1）中依次设置有第二压缩装置（13），第三压缩装置（14），第二冷却装置（15），耦合部分所述第三管路（3）中的所述第一压缩装置（34），第三冷却装置（16），冷凝器（17）和过冷器（18）；

6.根据权利要求5所述余热储能系统，其特征在于，还包括第四管路（4），所述第四管路（4）为闭合回路，所述第四管路（4）依次设置有耦合部分所述第一管路（1）中的所述第三压缩装置（14）和所述第二冷却装置（15），耦合部分所述第二管路（2）中的所述第二膨胀装置（22），所述过冷器（18）。

7.根据权利要求5所述的余热储能系统，其特征在于，还包括第五管路（5），所述第五管路（5）依次连接所述第一膨胀装置（32）、所述蒸发器（21）和所述第一冷却装置（33）。

8.根据权利要求1所述的余热储能系统，其特征在于，所述第一管路（1）和所述第二管路（2）通过可逆式泵（24）连接所述第二容器（12）；

9.根据权利要求 5 所述的余热储能系统，其特征在于，所述第三膨胀装置（23）的排气压力大于所述第一容器（11）的压力。

10.一种余热储能方法，适用于权利要求1至9任一项中所述的余热储能系统，其特征在于，能够根据不同用电时段，通过不同的管路利用二氧化碳的相变进行储能和释能，包括：

技术总结本发明公开了一种余热储能系统及方法，包括储能模块和余热发电模块，其中储能模块包括用于容纳二氧化碳的第一容器和用于容纳二氧化碳的第二容器，第一容器和第二容器之间通过并联设置的第一管路和第二管路形成供二氧化碳流通的循环路径，储能模块能够利用二氧化碳的相变过程进行储能和释能；余热发电模块包括耦合于第一管路和第二管路之间的第三管路，第一管路和第二管路为第三管路提供二氧化碳，第三管路为闭合回路，第三管路中设置有余热加热装置，且余热加热装置能够获取生产设备的余热，通过二氧化碳在第三管路中的循环进行发电。可见，该余热储能系统及方法，将余热发电模块与储能模块耦合，能够与工业用电的峰谷时段有机协同。技术研发人员：郑开云,池捷成,俞国华,舒梦影,张杰,陶林,白江涛受保护的技术使用者：势加透博（成都）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13