太阳能电站高温热泵卡诺电池系统及运行方法

本发明涉及储能及太阳能利用领域，具体地，涉及太阳能电站高温热泵卡诺电池系统及运行方法。

背景技术：

1、可再生能源发电具有波动性，增加了电网不稳定性，采用储能技术是消纳可再生能源电力和协同电网调峰的必要手段。熔盐储能是成本最低的储能技术之一，具有储能容量大、储能时间长、无地理条件限制等优点，是目前在太阳能电站中广泛使用的主要技术手段。

2、由于熔盐储热技术具有较高的使用温度，在熔盐卡诺电池中进行充电一般采用电加热方式。这种技术虽然简单，但效率较低；同时，对于采用热泵加热的系统，由于冷热源温差较大，压缩机耗功较大，热泵性能系数一般偏低，使整个卡诺电池储能系统的充放电效率受到限制。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种太阳能电站高温热泵卡诺电池系统及运行方法。

2、根据本发明提供的一种太阳能电站高温热泵卡诺电池系统，包括：低温熔盐回路、高温热泵空气循环系统、高温熔盐回路以及发电子系统；

3、所述低温熔盐回路通过太阳能加热熔盐并储存热能，作为高温热泵空气循环系统的低温热源；

4、所述高温热泵空气循环系统从低温热源吸热，向所述高温熔盐回路放热并存储更高温度的热能；

5、发电时，所述高温熔盐回路向所述发电子系统放热，驱动发电过程；

6、所述低温熔盐回路通过储-换热一体低温熔盐罐向高温热泵空气循环系统输送热能，高温热泵空气循环系统通过储-换热一体高温熔盐罐向高温熔盐回路输送热能，高温熔盐回路向发电子系统输送热能。

7、优选地，所述低温熔盐回路包括流通熔盐的第一通路20；

8、所述第一通路20包括：低温热源经第一熔盐泵26与储-换热一体低温熔盐罐2的熔盐出入口相连。

9、优选地，所述高温热泵空气循环系统包括：流通空气的第二通路21；

10、所述第二通路21包括：储-换热一体低温熔盐罐2空气出口，回热器4吸热段，充电压缩机6，储-换热一体高温熔盐罐5，回热器4放热段，充电膨胀机3，储-换热一体低温熔盐罐2空气入口依次连接；

11、所述回热器4用于从储-换热一体低温熔盐罐2流出的空气和从储-换热一体高温熔盐罐5流出的空气进行热交换。

12、优选地，所述高温熔盐回路包括：流通熔盐的第三通路22；

13、所述第三通路22包括：储-换热一体高温熔盐罐5经第二熔盐泵27与第一换热器7相连。

14、优选地，发电子系统包括流通发电工质的第四通路23；

15、所述第四通路23包括依次连接的第一换热器7、发电透平8、第二换热器9和放电增压装置10。

16、优选地，所述储-换热一体低温熔盐罐2和所述储-换热一体高温熔盐罐5中内置多根空气管道，以实现和熔盐间充分换热；

17、所述空气管道内壁有翅片强化换热；所述翅片包括：平直翅片和波纹翅片；翅片结合方式包括：纵齿和螺旋形齿。

18、优选地，所述储-换热一体低温熔盐罐2和所述储-换热一体高温熔盐罐5具备储存熔盐热能和进行熔盐-空气间换热的功能；

19、其中，所述储-换热一体低温熔盐罐2中的熔盐通过内置空气管道与高温热泵空气循环系统中的空气进行热交换；

20、所述储-换热一体高温熔盐罐5中的熔盐通过内置空气管道与高温热泵空气循环系统中的空气进行热交换；同时，所述储-换热一体高温熔盐罐5中的熔盐通过第一换热器7与发电子系统中的发电工质进行热交换。

21、优选地，配备智能并网控制器28；

22、风力发电和光伏发电产生的直流电通过dc/ac逆变器接入所述智能并网控制器28；

23、充电膨胀机3与第一发电机11相连；所述第一发电机11与所述智能并网控制器28连接；

24、发电透平8与第二发电机13相连；所述第二发电机13与所述智能并网控制器28连接；

25、充电压缩机6与第一电机12相连；所述第一电机12与所述智能并网控制器28连接；

26、放电增压装置10与第二电机14相连；所述第二电机14与所述智能并网控制器28连接。

27、根据本发明提供的一种太阳能电站高温热泵卡诺电池系统的运行方法，运用上述所述的太阳能电站高温热泵卡诺电池系统实现：充电与放电；

28、所述充电包括：需要消纳的电网电力经智能并网控制器28输出驱动高温热泵空气循环系统，吸收来自储-换热一体低温熔盐罐2的热量，经热泵提质后输送到储-换热一体高温熔盐罐5中储存热能；

29、所述放电包括：第二电机14驱动放电增压装置10工作，将发电工质输送到第一换热器7中，被来自储-换热一体高温熔盐罐5的熔盐加热变成高温高压状态，然后进入发电透平8做功并带动第二发电机13发电，发电工质离开发电透平8后进入第二换热器9与冷热用户或者环境换热，变为低温低压状态，最后回到放电增压装置10。

30、优选地，所述充电过程包括：需要消纳的电力驱动第一电机12带动充电压缩机6做功，将空气压缩成高温高压气体并输送到储-换热一体高温熔盐罐5，在储-换热一体高温熔盐罐5中空气与熔盐进行热交换，将空气中的热量传递给储-换热一体高温熔盐罐5中的熔盐并储存；变为低温高压状态的空气离开储-换热一体高温熔盐罐5后进入回热器4，将携带的余热传递给准备进入充电压缩机6的空气，离开回热器4的空气进入充电膨胀机3中膨胀做功变成低温低压状态，然后进入储-换热一体低温熔盐罐2吸收来自低温熔盐的热量，最后进入回热器4预热后回到充电压缩机6；同时充电膨胀机3可回收一部分膨胀功，并带动第一发电机11发电。

31、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

32、1、本发明提出的太阳能电站高温热泵卡诺电池系统通过将太阳能光热与高温热泵卡诺电池系统耦合，利用太阳能初步加热的熔盐作为低温热源，再利用热泵进一步加热高温熔盐，有效减小热泵两端温差，提升热泵性能系数，有助于获得更高充放电效率的卡诺电池。

33、2、本发明提出的太阳能电站高温热泵卡诺电池系统采用储-换热一体熔盐罐，通过内置管道供空气流通换热，空气管道内壁有翅片强化换热的特征，实现将熔盐储热与熔盐-空气间换热结合一体化，同时具备储存熔盐热能和进行熔盐-空气间换热的功能。节省了额外的熔盐-空气换热装置以及熔盐泵，简化系统配置的同时减少了换热损耗，提高了系统换热效率。

34、3、所述高温热泵采用工质为空气，减压装置为膨胀机，相比于工质为二氧化碳的热泵采用的节流装置，本发明可通过膨胀机回收一部分膨胀功，提升电池往返效率。

35、4、本发明提出的太阳能电站高温热泵卡诺电池系统在太阳能集热的基础上通过热泵进一步加热熔盐，相较于一般太阳能光伏电站中需要太阳能光热将熔盐加热到极高温度(如600℃)进行发电，本发明允许太阳能光热集热器在更低的集热温度下(如400℃)工作，减少热损失，从而获得更高的集热效率。

36、5、本发明提出的卡诺电池系统充分利用可再生能源，除上述利用太阳能集热作为低温热源外，还可利用光伏和风电以及电网非峰电驱动充电过程，协同电网调峰，大大降低弃光率，有助于克服可再生能源发电波动性，促进电网稳定性。

37、6、本发明提出的高温热泵卡诺电池系统可在现有太阳能电站的基础上改建，配套设施改动较小，对环境无影响，成本较低，充放电次数高，使用寿命长。