CN115199514B - 一种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统,包括PV光伏阵列、超临界二氧化碳储能发电系统和监测系统，所述超临界二氧化碳储能发电系统包括储能系统和发电系统，所述储能系统包括低压储气罐、第一压缩机、高压储气罐、第一换热器、第二换热器、PV光伏阵列和膨胀机，发电系统包括第二压缩机、PV光伏阵列、膨胀机、第三换热器，本发明通过设置的超临界二氧化碳储能发电系统，将储能系统与发电系统进行联合，在发电的同时兼备储能的方式，同时，整体结构简单，不仅降低了系统内蓄热介质的温度，防止系统内出现热量堆积的情况，保证系统高效运行，还提高了系统的综合能源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及热电联产技术领域，尤其涉及一种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统。
背景技术
超临界二氧化碳动力循环具有能量密度大、系统结构紧凑、循环效率高、可基于现有的材料实现、系统部件尺寸较小、结构紧凑，等诸多优点。因此，超临界二氧化碳动力循环有望取代蒸汽动力循环，同时，热电联产是利用热机或发电站同时产生电力和有用的热量热电联产是燃料的热力学有效使用；
在单独的电力生产中，一些能量必须作为废热被丢弃，但是在热电联产中，这些热能中的一些被投入使用。所有热电厂在发电期间排放的热量，可以通过冷却塔，烟道气或通过其它方式释放到自然环境中，相反，热电联产捕获一些或全部用于加热的副产物，或者非常接近于工厂；
但现有的热电联产系统结构复杂，设备众多，很容易因工作时间的因素导致热电联产系统出现热量堆积的情况，即热量不能及时的得到处理，进一步的会影响到系统的运行状态，并降低了系统的能源利用率，因此本发明提出一种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统，该种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统具有提高综合能源利用率的优点，解决现有技术中的问题。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统，包括PV光伏阵列、超临界二氧化碳储能发电系统和监测系统，所述PV光伏阵列与超临界二氧化碳储能发电系统连接，且PV光伏阵列和超临界二氧化碳储能发电系统均与监测系统连接，所述超临界二氧化碳储能发电系统包括储能系统和发电系统，所述储能系统包括低压储气罐、第一压缩机、高压储气罐、第一换热器、第二换热器、PV光伏阵列和膨胀机，发电系统包括第二压缩机、PV光伏阵列、膨胀机、第三换热器，所述储能系统和发电系统之间相互连接，所述监测系统包括Web状态监测平台。
进一步改进在于：所述第三换热器位于低压储气罐和第一压缩机之间，且第三换热器的输入端与低压储气罐的输出端连接，所述第三换热器的输出端与第一压缩机和第二压缩机的输出端连接，所述第一压缩机的输出端与第一换热器的输入端连接，且第一换热器的输出端与高压储气罐的输入端连接。
进一步改进在于：所述膨胀机的输入端与第二压缩机的输出端连接，且第二压缩机与PV光伏阵列连接，所述膨胀机与第二压缩机及第一压缩机共轴运行，且膨胀机的输出端与低压储气罐的输入端连接。
进一步改进在于：所述第一换热器的输出端安装有蓄热罐，所述蓄热罐的输出端与第二换热器的输入端连接，且第二换热器的输出端与PV光伏阵列连接，所述第二换热器的输出端还与第三换热器的输入端连接，所述第三换热器的输出端安装有蓄冷罐，所述蓄冷罐的输出端与第一换热器的输入端连接。
进一步改进在于：所述第一压缩机的输入端设有分流阀，并与分流阀的输出端连接，所述分流阀的输入端与第一换热器的输出端连接。
进一步改进在于：所述第一压缩机和第二压缩机之间还设有控制阀门，且控制阀门用于控制第一压缩机和第二压缩共轴或者断开。
进一步改进在于：所述Web状态监测平台包括用于用户登录的登录模块、用于存储数据的数据库、用于获取数据的数据采集模块和用于实时显示采集数据的状态显示模块。
进一步改进在于：所述PV光伏阵列和超临界二氧化碳储能发电系统内均布设有数据采集设备，所述数据采集设备通过无线通信技术与Web状态监测平台连接。
本发明的有益效果为：该种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统通过设置的超临界二氧化碳储能发电系统，将储能系统与发电系统进行联合，在发电的同时兼备储能的方式，同时，整体结构简单，不仅降低了系统内蓄热介质的温度，防止系统内出现热量堆积的情况，保证系统高效运行，还提高了系统的综合能源利用率，进一步的，还可以通过设置的监测系统，可以在线并实时的对系统内设备的工作状态进行监测和观察。
附图说明
图1是本发明实施例一的系统结构示意图。
图2是本发明实施例二的系统结构示意图。
其中：1、PV光伏阵列；2、低压储气罐；3、第一压缩机；4、高压储气罐；5、第一换热器；6、第二换热器；7、膨胀机；8、第二压缩机；9、第三换热器；10、蓄热罐；11、蓄冷罐；12、分流阀；13、控制阀门。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一
根据图1所示，本实施例提出了一种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统，包括PV光伏阵列1、超临界二氧化碳储能发电系统，PV光伏阵列1主要是布设在建筑的顶部，利用太阳能进行发电，PV光伏阵列1与超临界二氧化碳储能发电系统连接，超临界二氧化碳储能发电系统包括储能系统和发电系统，所述储能系统包括低压储气罐2、第一压缩机3、高压储气罐4、第一换热器5、第二换热器6、PV光伏阵列1和膨胀机7，发电系统包括第二压缩机8、PV光伏阵列1、膨胀机7、第三换热器9，所述储能系统和发电系统之间相互连接；
在储能系统和发电系统中，均需要与PV光伏阵列1进行配合，从而完成对应的功能，其中，所述第三换热器9位于低压储气罐2和第一压缩机3之间，且第三换热器9的输入端与低压储气罐2的输出端连接，所述第三换热器9的输出端与第一压缩机3和第二压缩机8的输出端连接，所述第一压缩机3的输出端与第一换热器5的输入端连接，且第一换热器5的输出端与高压储气罐4的输入端连接，继而从低压储气罐2中输入二氧化碳，并将其压缩后，储存至高压储气罐4内，在此过程中，受第三换热器9的作用，由第三换热器9将高温二氧化碳进行换热降温有效地保存二氧化碳压缩过程中所产生的能量。
膨胀机7的输入端与第二压缩机8的输出端连接，且第二压缩机8与PV光伏阵列1连接，膨胀机7与第二压缩机8及第一压缩机3共轴运行，且膨胀机7的输出端与低压储气罐2的输入端连接，膨胀机7主要是利用输入的高温高压二氧化碳，将压力势能转换为电能。
所述第一换热器5的输出端安装有蓄热罐10，所述蓄热罐10的输出端与第二换热器6的输入端连接，且第二换热器6的输出端与PV光伏阵列1连接，所述第二换热器6的输出端还与第三换热器9的输入端连接，所述第三换热器9的输出端安装有蓄冷罐11，所述蓄冷罐11的输出端与第一换热器5的输入端连接，通过吸收超临界二氧化碳储能发电系统第一压缩机3和第二压缩机8输出的高温二氧化碳热量，并且存储与蓄热罐10中，用于加热高压储气罐4输出端的低温二氧化碳，同时，吸收膨胀机7输出的低温二氧化碳，并存储与蓄冷罐11中，用于冷却第一压缩机3和第二压缩机8输出端的高温二氧化碳，进一步的形成热量循环，来确保发电效率。
第一压缩机3的输入端设有分流阀12，并与分流阀12的输出端连接，分流阀12的输入端与第一换热器5的输出端连接，述第一压缩机3和第二压缩机8之间还设有控制阀门13，且控制阀门13用于控制第一压缩机3和第二压缩共轴或者断开，因第一压缩机3、第二压缩机8以及膨胀机7是采用共轴运行的方式，继而利用设置的控制阀门13，可以控制第一压缩机3和第二压缩机8是否共轴或者断开，同时，在运行过程中，通过分流阀12来控制二氧化碳是否能够通过第一压缩机3进行储能；
在储能过程中，分流阀12是处于打开的状态，继而二氧化碳通过第一压缩机3，经过第一换热器5输入到高压储气罐4中，等待需要的时候进行能量释放，在处于释能过程中，高压储气罐4的输出端是处于打开的状态，通过第二换热器6以及PV光伏阵列1进行加热后，输入到膨胀机7进行膨胀，膨胀后又重新被压缩，由此形成循环，在处于正常发电时，分流阀12是处于关闭的状态，此时，仅第二压缩机8处于运行的状态，同时，控制阀门13使第一压缩机3和第二压缩机8处于断开的状态，由此，二氧化碳通过压缩机进入光伏电站进行加热，加热后属于膨胀机7做工发电，后续再由第二压缩机8压缩二氧化碳，形成循环，在本实施例中，将发电系统与储能系统进行连通，继而在发电的同时，兼备储能的方式，不仅降低了系统内蓄热介质的温度，防止热量堆积，保证系统高效运行，还提高了系统的综合能源利用率。
实施例二
根据图2所示，本实施例提出了一种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统，本实施例与实施例一的主要区别在于，本实施例中，还包括有监测系统，监测系统包括Web状态监测平台，且PV光伏阵列1和超临界二氧化碳储能发电系统均与监测系统连接，Web状态监测平台主要的目的是使用户能够在线的对PV光伏阵列1和超临界二氧化碳储能发电系统的状态进行实时的观察和监测。
Web状态监测平台包括用于用户登录的登录模块、用于存储数据的数据库、用于获取数据的数据采集模块和用于实时显示采集数据的状态显示模块，其中，数据库内还存储有对应的用户信息，由用户通过登录模块来登录Web状态监测平台，进而获得对应的用户权限。
PV光伏阵列1和超临界二氧化碳储能发电系统内均布设有数据采集设备，数据采集设备通过无线通信技术与Web状态监测平台连接，数据采集设备主要是由传感器以及数据接口组成，传感器包括但不限于温度传感器、湿度传感器、储罐压力传感器(气罐压力传感器)等，而数据接口则是接入超临界二氧化碳储能发电系统内的各个设备，来获取对应设备的状态信息。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统，其特征在于：包括PV光伏阵列(1)、超临界二氧化碳储能发电系统和监测系统，所述PV光伏阵列(1)与超临界二氧化碳储能发电系统连接，且PV光伏阵列(1)和超临界二氧化碳储能发电系统均与监测系统连接，所述超临界二氧化碳储能发电系统包括储能系统和发电系统，所述储能系统包括低压储气罐(2)、第一压缩机(3)、高压储气罐(4)、第一换热器(5)、第二换热器(6)、PV光伏阵列(1)和膨胀机(7)，发电系统包括第二压缩机(8)、PV光伏阵列(1)、膨胀机(7)、第三换热器(9)，所述储能系统和发电系统之间相互连接，所述监测系统包括Web状态监测平台，所述第三换热器(9)位于低压储气罐(2)和第一压缩机(3)之间，且第三换热器(9)的输入端与低压储气罐(2)的输出端连接，所述第三换热器(9)的输出端与第一压缩机(3)和第二压缩机(8)的输入端连接，所述第一压缩机(3)的输出端与第一换热器(5)的输入端连接，且第一换热器(5)的输出端与高压储气罐(4)的输入端连接，所述高压储气罐(4)的输出端与第二换热器(6)的输入端连接，所述膨胀机(7)的输入端与第二压缩机(8)的输出端连接，且第二压缩机(8)与PV光伏阵列(1)连接，所述膨胀机(7)与第二压缩机(8)及第一压缩机(3)共轴运行，且膨胀机(7)的输出端与低压储气罐(2)的输入端连接，所述第一压缩机(3)和第二压缩机(8)之间还设有控制阀门(13)，且控制阀门(13)用于控制第一压缩机(3)和第二压缩共轴或者断开，第一压缩机(3)、第二压缩机(8)以及膨胀机(7)是采用共轴运行的方式，继而利用设置的控制阀门(13)，可以控制第一压缩机(3)和第二压缩机(8)是否共轴或者断开，同时，在运行过程中，通过分流阀(12)来控制二氧化碳是否能够通过第一压缩机(3)进行储能，在储能过程中，分流阀(12)是处于打开的状态，二氧化碳通过第一压缩机(3)，经过第一换热器(5)输入到高压储气罐(4)中，在正常工作状态，分流阀(12)处于关闭的状态，仅第二压缩机(8)处于运行的状态，二氧化碳通过压缩机进入光伏电站进行加热，所述第一换热器(5)的输出端安装有蓄热罐(10)，所述蓄热罐(10)的输出端与第二换热器(6)的输入端连接，且第二换热器(6)的输出端与PV光伏阵列(1)连接，所述第二换热器(6)的输出端还与第三换热器(9)的输入端连接，所述第三换热器(9)的输出端安装有蓄冷罐(11)，所述蓄冷罐(11)的输出端与第一换热器(5)的输入端连接。
2.根据权利要求1的一种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统，其特征在于：所述第一压缩机(3)的输入端设有分流阀(12)，并与分流阀(12)的输出端连接，所述分流阀(12)的输入端与第三换热器(9)的输出端连接。
3.根据权利要求1的一种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统，其特征在于：所述Web状态监测平台包括用于用户登录的登录模块、用于存储数据的数据库、用于获取数据的数据采集模块和用于实时显示采集数据的状态显示模块。
4.根据权利要求1的一种光伏发电与超临界二氧化碳储能耦合的热电联产系统，其特征在于：所述PV光伏阵列(1)和超临界二氧化碳储能发电系统内均布设有数据采集设备，所述数据采集设备通过无线通信技术与Web状态监测平台连接。
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| CN211777807U (zh) * | 2019-12-11 | 2020-10-27 | 华北电力大学 | 一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统 |
| CN215352522U (zh) * | 2021-06-28 | 2021-12-31 | 河北金宏阳太阳能科技股份有限公司 | 空压站系统 |
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| CN115199514A (zh) | 2022-10-18 |
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