一种全阶段集成低温余热的新型冷热联储卡诺电池

本发明涉及一种全阶段集成低温余热的新型冷热联储卡诺电池，属于低温余热利用与储能的。

背景技术：

1、可再生能源已成为减少碳排放的首选技术，在世界能源结构中的份额持续增长。发展大规模的储能技术是解决可再生能源发电技术间歇性和波动性问题、实现可再生能源高效利用的有效途径。

2、作为一种新兴的大规模储能技术，卡诺电池具有不受地理条件限制、往返效率高、投资成本低、储存容量大、储能密度高、使用寿命长等优点，具有巨大的发展潜力和广阔的发展前景。

3、卡诺电池与低温余热集成，既能实现高效的电力存储，又能有效利用低品位余热。

4、根据热量储存时的温度的不同，卡诺电池的储能模式包括两种，分别为高于环境温度的储热模式和低于环境温度的储冷模式。目前，卡诺电池的储能模式以储热为主，而储冷模式的应用相对较少。

5、有鉴于此，本发明在全阶段集成低温余热的基础上，提出一种耦合储热和储冷两种储能模式的新型卡诺电池，进行冷热联储。该系统可以显著减小充电循环冷热源之间的温差、增大放电循环冷热源之间的温差，并增大放电循环的吸热量和循环净功，从而有效提升系统的往返效率。

技术实现思路

1、本发明涉及一种全阶段集成低温余热的新型冷热联储卡诺电池，主要包括hp子系统、vcr子系统、orc子系统、储热子系统和储冷子系统。其中，hp子系统为充电循环，在储热介质和低温余热之间运行，包括hp蒸发器、hp压缩机、hp冷凝器和hp节流阀。vcr子系统为充电循环，在环境和储冷介质之间运行，包括vcr蒸发器、vcr压缩机、vcr冷凝器和vcr节流阀。orc子系统为放电循环，在储热介质、低温余热和储冷介质之间运行，包括orc蒸发器、orc膨胀机、orc冷凝器和orc工质泵。储热子系统包括低温储热罐和高温储热罐，储冷子系统包括低温储冷罐和高温储冷罐。该系统全阶段集成外界低温余热，同时进行冷热联储，可以显著减小充电循环冷热源之间的温差、增大放电循环冷热源之间的温差，并增大放电循环的吸热量和循环净功，从而有效提升系统的往返效率。

2、一种全阶段集成低温余热的新型冷热联储卡诺电池，主要包括hp子系统、vcr子系统、orc子系统、储热子系统和储冷子系统。

3、所述hp子系统为充电循环，在储热介质和低温余热之间运行，包括hp蒸发器、hp压缩机、hp冷凝器和hp节流阀。

4、所述hp子系统的流程如下：首先，工质在hp蒸发器中吸收来自低温余热的热量(过程1-2)；然后，工质进入hp压缩机加压(过程2-3)；接下来，工质进入hp冷凝器放热给储热介质(过程3-4)，由储热介质将热量储存在储热罐中；最后，工质经hp节流阀降压后(过程4-1)回到hp蒸发器，完成充电循环。

5、所述vcr子系统为充电循环，在环境和储冷介质之间运行，包括vcr蒸发器、vcr压缩机、vcr冷凝器和vcr节流阀。

6、所述vcr子系统的流程如下：首先，工质在vcr蒸发器中释放冷量给储冷介质(过程9-10)，由储冷介质将冷量储存在储冷罐中；然后，工质进入vcr压缩机加压(过程10-11)；接下来，工质进入vcr冷凝器放热给环境(过程11-12)；最后，工质经vcr节流阀降压后(过程12-9)回到vcr蒸发器，完成充电循环。

7、所述orc子系统为放电循环，在储热介质、低温余热和储冷介质之间运行，包括orc预热器、orc蒸发器、orc膨胀机、orc冷凝器和orc工质泵。

8、所述orc子系统的流程如下：首先，工质在orc预热器中吸收来自低温余热的热量(过程5-5l)，变为饱和液体；接着，在orc蒸发器中继续吸收储热罐中储存的热量(过程5l-6)，变为过热蒸汽；然后，工质进入orc膨胀机作功(过程6-7)；接下来，工质进入orc冷凝器放热给储冷介质(过程7-8)，即吸收储冷罐中储存的冷量；最后，工质经orc工质泵加压后(过程8-5)回到orc蒸发器，完成放电循环。

9、所述储热子系统包括低温储热罐和高温储热罐。

10、所述储冷子系统包括低温储冷罐和高温储冷罐。

11、一种全阶段集成低温余热的新型冷热联储卡诺电池，该系统全阶段集成外界低温余热，同时进行冷热联储，可以显著减小充电循环冷热源之间的温差、增大放电循环冷热源之间的温差，并增大放电循环的吸热量和循环净功，从而有效提升系统的往返效率。

技术特征：

1.一种全阶段集成低温余热的新型冷热联储卡诺电池，其特征在于：包括hp子系统、vcr子系统、orc子系统、储热子系统和储冷子系统，该系统全阶段集成外界低温余热，同时进行冷热联储，可以显著减小充电循环冷热源之间的温差、增大放电循环冷热源之间的温差，并增大放电循环的吸热量和循环净功，从而有效提升系统的往返效率。

2.如权利要求1所述的一种全阶段集成低温余热的新型冷热联储卡诺电池，其特征在于：所述hp子系统为充电循环，在储热介质和低温余热之间运行，包括hp蒸发器、hp压缩机、hp冷凝器和hp节流阀。

3.如权利要求1所述的一种全阶段集成低温余热的新型冷热联储卡诺电池，其特征在于：所述vcr子系统为充电循环，在环境和储冷介质之间运行，包括vcr蒸发器、vcr压缩机、vcr冷凝器和vcr节流阀。

4.如权利要求1所述的一种全阶段集成低温余热的新型冷热联储卡诺电池，其特征在于：所述orc子系统为放电循环，在储热介质、低温余热和储冷介质之间运行，包括orc预热器、orc蒸发器、orc膨胀机、orc冷凝器和orc工质泵。

5.如权利要求1所述的一种全阶段集成低温余热的新型冷热联储卡诺电池，其特征在于：所述储热子系统包括低温储热罐和高温储热罐。

6.如权利要求1所述的一种全阶段集成低温余热的新型冷热联储卡诺电池，其特征在于：所述储冷子系统包括低温储冷罐和高温储冷罐。

技术总结本发明涉及一种全阶段集成低温余热的新型冷热联储卡诺电池，主要包括HP子系统、VCR子系统、ORC子系统、储热子系统和储冷子系统。其中，HP子系统为充电循环，在储热介质和低温余热之间运行，包括HP蒸发器、HP压缩机、HP冷凝器和HP节流阀。VCR子系统为充电循环，在环境和储冷介质之间运行，包括VCR蒸发器、VCR压缩机、VCR冷凝器和VCR节流阀。ORC子系统为放电循环，在储热介质、低温余热和储冷介质之间运行，包括ORC预热器、ORC蒸发器、ORC膨胀机、ORC冷凝器和ORC工质泵。该系统全阶段集成外界低温余热，同时进行冷热联储，可以显著减小充电循环冷热源之间的温差、增大放电循环冷热源之间的温差，并增大放电循环的吸热量和循环净功，从而有效提升系统的往返效率。技术研发人员：夏小霞,杨成武,王志奇,张华龙,易强辉,朱飞逸,李宏鹏,梁恩雪受保护的技术使用者：湘潭大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14