一种光伏发电与岩石储能集成系统及方法
技术领域
本发明属于太阳能利用、能量储存、节能技术领域，涉及一种光伏发电与岩石储能集成系统及方法。
背景技术
我国西部地区太阳能资源丰富，但是由于西部地区缺水，难以建造大型水电站，所以电能较难被大规模储存起来。同时，由于西部地区的地下水资源匮乏，土壤中巨石的热量较难被地下水带走，从而使其成为天然的能量储存媒介，可以节约建造储能容器的大量投资(与抽水蓄能电站的大坝、压缩空气储能的储气罐相比)。对于中低温热源的利用，非共沸工质可以让热源/冷源与工质之间的换热温差小于5摄氏度，且可以在热源与冷源温差超过40摄氏度时即可进行有效发电，从而使得系统达到更高的热效率，然后现有技术中没有将光伏发电与岩石储能相结合的技术。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种光伏发电与岩石储能集成系统及方法，该系统及方法能够实现光伏发电与岩石储能的集成。
为达到上述目的，本发明所述的光伏发电与岩石储能集成系统包括光伏发电板、非共沸混合工质朗肯循环发电系统及岩石储能系统，所述岩石储能系统包括岩石以及位于岩石内的低温换热器及高温换热器，所述非共沸混合工质朗肯循环发电系统包括压缩机及膨胀机，其中，压缩机的出口与膨胀机的入口及低温换热器的一端相连通，低温换热器的另一端与高温换热器的一端相连通，高温换热器的另一端与压缩机的出口及膨胀机的入口相连通。
光伏发电板与电动机、发电机及电网相连接，电动机的输出轴与压缩机的驱动轴相连接，发电机的驱动轴与膨胀机相连接。
还包括第一断路器、第二断路器、第三断路器及第四断路器，其中，光伏发电板与第三断路器的一端相连接，电网与第四断路器的一端相连接，第一断路器的一端与发电机相连接，第二断路器的一端与电动机相连接，第一断路器的另一端与第二断路器的另一端、第三断路器的另一端及第四断路器的另一端相连接。
还包括第一支路及第二支路，其中，高温换热器与第一支路的一端及第二支路的一端相连接，第一支路的另一端及第二支路的另一端与低温换热器相连接，第一支路上设置有第一阀门及膨胀阀，第二支路上设置有第二阀门及混合工质泵。
高温换热器与膨胀机之间设置有第三阀门。
高温换热器与压缩机之间设置有第四阀门。
高温换热器与地表之间的距离小于低温换热器与地表之间的距离。
一种光伏发电与岩石储能集成方法包括以下步骤：
在日照强烈且用电低谷阶段，即光伏发电板产生的电能剩余时，则闭合第三断路器及第二断路器，断开第一断路器，电动机运行，压缩机运行，打开第四阀门及第一阀门，关闭第二阀门及第三阀门，此时光伏发电板产生的电能供给电网后的剩余电能供给电动机，电动机带动压缩机压缩混合工质，压缩后的混合工质进入高温换热器中将热量传给岩石的上半部分，再经过膨胀阀进入低温换热器，将冷量传给岩石的下半部分，然后进入到压缩机中。
在日照不足且用电高峰阶段，此时光伏发电板产生的电不能满足电网需求时，则断开第三断路器及第二断路器，闭合第一断路器，发电机运行，膨胀机运行，关闭第四阀门及第一阀门，打开第二阀门及第三阀门，混合工质泵运行，混合工质经过混合工质泵升压后进入到高温换热器中吸热升温，然后进入到膨胀机中做功，膨胀机带动发电机发电，发电机产生的电能全部送入电网，膨胀机排出的乏汽进入到低温换热器中冷凝，然后进入到混合工质泵。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的光伏发电与岩石储能集成系统及方法在具体操作时，在日照强烈且用电低谷阶段，光伏发电板产生的电能剩余，则利用剩余的电能驱动电动机工作，电动机带动压缩机压缩混合工质，然后将混合工质送入高温换热器中将热量传给岩石的上半部分，当在日照不足且用电高峰阶段，此时光伏发电板产生的电不能满足电网需求时，则利用高温换热器吸收岩石上半部分的热量进行发电，以补入电网，从而实现光伏发电与岩石储能的集成。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为光伏发电板、2为电动机、3为压缩机、4为第四阀门、5为高温换热器、6为第一阀门、7为膨胀阀、8为低温换热器、9为混合工质泵、10为第二阀门、11为第三阀门、12为膨胀机、13为发电机、14为第一断路器、15为第二断路器、16为第三断路器、17为第四断路器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的光伏发电与岩石储能集成系统包括光伏发电板1、非共沸混合工质朗肯循环发电系统及岩石储能系统，所述岩石储能系统包括岩石以及位于岩石内的低温换热器8及高温换热器5，所述非共沸混合工质朗肯循环发电系统包括压缩机3及膨胀机12，其中，压缩机3的出口与膨胀机12的入口及低温换热器8的一端相连通，低温换热器8的另一端与高温换热器5的一端相连通，高温换热器5的另一端与压缩机3的出口及膨胀机12的入口相连通；光伏发电板1与电动机2、发电机13及电网相连接，电动机2的输出轴与压缩机3的驱动轴相连接，发电机13的驱动轴与膨胀机12相连接。
本发明还包括第一断路器14、第二断路器15、第三断路器16及第四断路器17，其中，光伏发电板1与第三断路器16的一端相连接，电网与第四断路器17的一端相连接，第一断路器14的一端与发电机13相连接，第二断路器15的一端与电动机2相连接，第一断路器14的另一端与第二断路器15的另一端、第三断路器16的另一端及第四断路器17的另一端相连接。
本发明还包括第一支路及第二支路，其中，高温换热器5与第一支路的一端及第二支路的一端相连接，第一支路的另一端及第二支路的另一端与低温换热器8相连接，第一支路上设置有第一阀门6及膨胀阀7，第二支路上设置有第二阀门10及混合工质泵9；高温换热器5与膨胀机12之间设置有第三阀门11；高温换热器5与压缩机3之间设置有第四阀门4。
高温换热器5与地表之间的距离小于低温换热器8与地表之间的距离。
本发明所述的光伏发电与岩石储能集成方法包括以下步骤：
在日照强烈且用电低谷阶段，即光伏发电板1产生的电能剩余时，则闭合第三断路器16及第二断路器15，断开第一断路器14，电动机2运行，压缩机3运行，打开第四阀门4及第一阀门6，关闭第二阀门10及第三阀门11，此时光伏发电板1产生的电能供给电网后的剩余电能供给电动机2，电动机2带动压缩机3压缩混合工质，压缩后的混合工质进入高温换热器5中将热量传给岩石的上半部分，再经过膨胀阀7进入低温换热器8，将冷量传给岩石的下半部分，然后进入到压缩机3中；
在日照不足且用电高峰阶段，此时光伏发电板1产生的电不能满足电网需求时，则断开第三断路器16及第二断路器15，闭合第一断路器14，发电机13运行，膨胀机12运行，关闭第四阀门4及第一阀门6，打开第二阀门10及第三阀门11，混合工质泵9运行，混合工质经过混合工质泵9升压后进入到高温换热器5中吸热升温，然后进入到膨胀机12中做功，膨胀机12带动发电机13发电，发电机13产生的电能全部送入电网，膨胀机12排出的乏汽进入到低温换热器8中冷凝，然后进入到混合工质泵9。
当由于天气的变化(如云层遮挡)导致太阳辐射量发生短时间的波动时，则适时进行第五断路器的断开或者闭合，从而补充短时的电能变化，达到在天气的变化前后压缩机3输入电功率保持不变。
通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
