一种基于制冷系统改造的水力压缩储能系统及运行方法与流程

本发明属于水力压缩储能，具体涉及一种基于制冷系统改造的水力压缩储能系统及运行方法。

背景技术：

1、水力压缩储能技术就是利用水力将电能转化为机械能或将机械能转化为电能的技术，与传统的水力发电(如水电站)不同，水力压缩储能技术不依赖于自然的水流或水位差，而是利用人造的压力系统来储存和释放能量，这使得它可以在更广泛的地理环境中应用，并且对自然环境的影响也较小。

2、但是，现有的储能系统在水力压缩过程中，由于储气罐压缩热排不出不畅的原因，导致储能效果不达标，如公开号cn116576704b一种光电同步利用的液态二氧化碳储能系统，主要通过将液态二氧化碳存储在储热罐中，通过外部的汽化装置将液态的二氧化碳汽化，利用其相变过程中释放的能量产出电能，该方案正是由于储气罐的换热能力不足，所以需要通过外部气化组件进行气化作业；另一方面，如公开号cn110645737b一种储能式可再生能源利用及空调余热回收系统和方法中，在制冷系统中集成热泵系统和储水罐蓄热，虽然使制冷系统具备了储热功能，但是额外设备投资高，且储热为低温热水，无法实现储能发电功能。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于制冷系统改造的水力压缩储能系统及运行方法，一方面用以解决现有储能系统中储气罐压缩热排不出不畅导致储能效果不达标问题，另一方面解决现有储能式制冷系统只具备储热功能无法实现发电的技术缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、第一方面，提供了一种基于制冷系统改造的水力压缩储能系统，包括：冷凝器，所述冷凝器的出口端通过第一管路分别与蒸发器和储气罐的进口端连接，所述蒸发器和储气罐的出口端与压缩装置的进口端连接；所述冷凝器的进口端通过第二管路与压缩装置的出口端连接，所述压缩装置的出口端上还通过驱动装置与蓄水池连接。

4、进一步地，所述储气罐内的工质为二氟甲烷。

5、进一步地，所述驱动装置包括发电机和给水泵，所述发电机的驱动端与所述给水泵的一端连接，所述给水泵的另一端与所述蓄水池连接。

6、进一步地，所述驱动装置还包括电动机和水轮机，所述电动机的驱动端与所述水轮机的一端连接，所述水轮机的另一端与蓄水池连接。

7、进一步地，所述发电机的驱动端上设有变速器。

8、进一步地，所述压缩装置与驱动装置同轴设置。

9、进一步地，所述储气罐的外部设有换热器。

10、进一步地，所述换热器为夹套式换热器，所述储气罐与夹套式换热器之间设置翅片。

11、进一步地，所述蒸发器上设有空气进口。

12、第二方面，提供了一种基于制冷系统改造的水力压缩储能系统运行方法，所述方法是采用如上所述的系统进行的，包括：

13、在用电低谷期，驱动给水泵将蓄水池中的水工质通入储气罐中，将储气罐中的汽相制冷剂送至压缩装置，控制驱动装置作业功率，增加压缩装置的制冷剂的质量流量，以使经过冷凝器部分液相制冷剂进入储气罐中进行储能；

14、在用电高峰期，利用空气加热储气罐中的高压液相制冷剂，使其转变为汽化膨胀使驱动装置作业。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、1、该系统一方面通过将水力压缩储能系统中的液相工质在冷凝器中进行放热，解决了现有水力压缩储能技术中，储气罐压缩热排出不畅导致储能效果不达标的技术问题；另一方面，冷凝器与储气罐连接，将冷凝器中出口的液相制冷剂输送到储气罐中储存，使制冷系统具备了储能的功能，其次，在释能的过程中，将储气罐内的液相制冷剂汽化膨胀做功发电，从而不仅使得制冷系统具备了储能发电的功能，还节省了水力压缩储能系统的有机工质投资，省去了储气罐的水力压缩升压降温过程，减少了运行成本。

17、2、二氟甲烷作为储气罐内工质时，可以高效地进行热量交换，为需要冷却的系统提供稳定的低温环境。

18、3、通过发电机直接驱动给水泵，能够减少能源转换过程中的损失，提高能源利用效率，降低了能源消耗。

19、4、电动机能够高效地将电能转换为机械能，然后传递给水轮机，水轮机则利用这一机械能驱动水流进行其他工作，从而实现能量的高效转换和利用。

20、5、在发电机的驱动端上设置变速器可以提高能源转换效率，保护发电机适应不同负载并提高系统灵活性。

21、6、由于压缩装置与驱动装置同轴，可以共享同一动力源，从而减少了能量的传递损失，使得能源利用效率得到提高，并且增强了压缩装置和驱动装置之间的协同性，使其更加紧密地配合工作，实现更高效的能量转换和传输。

22、7、夹套式换热器使得储气罐与外部介质之间能够进行高效的热量交换，通过夹套引入冷热介质，可以迅速调整储气罐内的温度，满足工艺要求；而在夹套式换热器和储气罐之间设置翅片，可以显著增大传热面积；最后，翅片的设置使得热量传递更为高效，从而提高传热效率。

技术特征：

1.一种基于制冷系统改造的水力压缩储能系统，其特征在于，包括：冷凝器(1)，所述冷凝器(1)的出口端通过第一管路分别与蒸发器(3)和储气罐(4)的进口端连接，所述蒸发器(3)和储气罐(4)的出口端与压缩装置(5)的进口端连接；所述冷凝器(1)的进口端通过第二管路与压缩装置(5)的出口端连接，所述压缩装置(5)的出口端上还通过驱动装置与蓄水池(9)连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储气罐(4)内的工质为二氟甲烷。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动装置包括发电机(6)和给水泵(8)，所述发电机(6)的驱动端与所述给水泵(8)的一端连接，所述给水泵(8)的另一端与所述蓄水池(9)连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述驱动装置还包括电动机和水轮机，所述电动机的驱动端与所述水轮机的一端连接，所述水轮机的另一端与蓄水池(9)连接。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述发电机(6)的驱动端上设有变速器(7)。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压缩装置(5)与驱动装置同轴设置。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储气罐(4)的外部设有换热器。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述换热器为夹套式换热器，所述储气罐(4)与夹套式换热器之间设置翅片。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸发器(3)上设有空气进口。

10.一种基于制冷系统改造的水力压缩储能系统运行方法，其特征在于，所述方法是采用权利要求1-9任一项所述的系统进行的，包括：

技术总结本发明公开了一种基于制冷系统改造的水力压缩储能系统及运行方法，系统包括冷凝器，所述冷凝器的出口端通过第一管路分别与蒸发器和储气罐的进口端连接，所述蒸发器和储气罐的出口端与压缩装置的进口端连接；所述冷凝器的进口端通过第二管路与压缩装置的出口端连接，所述压缩装置的出口端上还通过驱动装置与蓄水池连接。该系统一方面通过将水力压缩储能系统中的液相工质在冷凝器中进行放热，解决了现有水力压缩储能技术中，储气罐压缩热排出不畅导致储能效果不达标的技术问题；另一方面，冷凝器与储气罐连接，将冷凝器中出口的液相制冷剂输送到储气罐中储存，使制冷系统具备了储能的发电功能。技术研发人员：张顺奇,寇攀高,蒲永凯,韩伟,姚明宇,张可臻,冯鹏辉,白锐槐,赵瀚辰,任耿受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17