表征熔盐储热系统剩余能量的方法及熔盐能量特征系统与流程

1.本发明涉及一种储热系统，具体涉及一种表征熔盐储热系统剩余能量的方法及熔盐能量特征系统。


背景技术：

2.随着常规能源的短缺以及人们对环境质量要求的提高，如何充分有效的利用以下两种能源成为人们研究的焦点，工业生产产生的大量余热。在利用工业余热的过程中，存在的主要问题为能量供应的不稳定性。为克服该种缺陷，采用储能系统可以有效增加工业余热输出的稳定性。流体显热储热系统作为现有储能系统的一个重要设备，通常为双罐储热系统或单罐熔盐储热系统。
3.现有的单罐熔盐储热系统中，因为储罐中熔盐的液位是不变的，现有技术中未找到一种表征单罐熔盐储热系统剩余能量的方法，但是用户在使用储热系统时，有需求知道系统还有多少剩余能量，从而方便为用户下一步的操作进行规划。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中没有表征单罐熔盐储热系统剩余能量的方法的缺陷，提供一种表征熔盐储热系统剩余能量的方法及熔盐能量特征系统。
5.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.一种表征熔盐储热系统剩余能量的方法，所述表征熔盐储热系统剩余能量的方法包括：
7.s1：在熔盐储热系统中的不同深度设置温度传感器，温度传感器等间距均匀分布于熔盐储热系统；
8.s2：对熔盐储热系统进行多次充放热测试，获得充热结束时所有温度传感器的平均温度最大值tmax，获得放热结束时所有温度传感器的平均温度最小值tmin；
9.s3:通过熔盐储热系统某种状态下所有温度传感器的平均值、tmax以及tmin三个值之间的关系确定熔盐储热系统的剩余能量ts；
10.s4:根据剩余能量ts得到熔盐储热系统是否进行充电或放电，或者得到的熔盐储热系统的所需剩余充电时间或所剩余的放电时间以对熔盐储热系统的电加热或与熔盐储热系统相连的泵进行控制。
11.在本方案中，通过计算多个传感器记录熔盐储热系统在充电、放电过程中不同深度的熔盐的温度变化规律，获得熔盐储热系统充电、放电过程中的熔盐平均温度的极限值，通过测量某个状态下熔盐不同深度的温度值与熔盐平均温度的两个极限值之间的差的比值，来获取目前状态下熔盐系统剩余能量的占比，从而方便为用户下一步的操作进行规划，此方法可以较为精确的了解熔盐储热系统的剩余能量，进而得到熔盐储热系统的剩余充电或放电时间，使得用户可以合理设计的充电或放电计划，或使得用户根据熔盐储热系统的剩余能量对熔盐储热系统进行电加热或者断开与熔盐储热系统放能相连接的泵。
12.本发明提供的表征方法，可以让用户清楚知道储热系统还有多少剩余能量。
13.较佳地，在步骤s1中，所述不同深度设置有至少两个温度传感器；
14.在本方案中，通过在不同的深度设置至少两个温度传感器，通过求取某一深度的不同的温度传感器的平均值，使得熔盐储热系统在某个状态下的温度值更加准确，相同的，对熔盐储热系统进行多次的冲电、放电多次，获得多次充电、放电过程中的极限值，使得熔盐储热系统的两个极限值更接近真实值，提高了熔盐储热系统的剩余能量的占比准确性。
15.较佳地，在步骤s2中，熔盐储热系统通过热电偶或热电阻对熔盐储热系统进行测量。
16.在本方案中，熔盐储热系统通过热电偶或者热电阻对熔盐系统的不同高度处的温度进行测量。
17.较佳地，通过沿着熔盐储热系统的高度方向，设置多组热电偶或多组热电阻。
18.在本方案中，沿着熔盐储热系统的高度方向，设置多组热电偶或者多组热电阻测量熔盐储热系统的不同高度处的温度值，获得同一高度处的不同温度传感器的温度值，求取其平均值使得测量的温度值更接近于其真实值。
19.较佳地，所述熔盐储热系统通过电加热装置进行充能，所述电加热装置设置在所述熔盐储热系统的下方。
20.在本方案中，熔盐储热系统通过电加热装置进行充能，电加热装置设置在熔盐储热系统的下方，使得熔盐储热系统的加热效率更高、更节能。
21.较佳地，在步骤s1中，相邻的温度传感器之间间隔的深度为10cm。
22.在本方案中，设置相邻的温度传感器之间的额深度为10cm，使得不同层次的熔盐系统的温度都可以被测量，使得测量的熔盐储热系统测量的温度值更加准确。
23.较佳地，熔盐储热系统设置有换热管。
24.在本方案中，熔盐储热系统通过换热管与外界交换热量。
25.较佳地，所述熔盐储热系统换热过程中，换热介质从所述熔盐储热系统的下方流入，流经所述换热管后，从所述熔盐储热系统的上方流出。
26.在本方案中，换热介质从熔盐储热系统的下方流入，流经换热管后，从熔盐储热系统的上方流出，使得换热更加充分、换热效率更高。
27.较佳地，所述熔盐储热系统还包括熔盐储存装置，所述熔盐储热系统放置在所述熔盐储存装置中。
28.在本方案中，通过储存装置，将熔盐储热系统放置在熔盐储存装置中。
29.一种熔盐能量特征系统，所述熔盐能量特征系统包括多个温度传感器、控制系统、熔盐系统及输出装置，所述温度传感器设置于所述熔盐系统中，所述温度传感器电连接于所述控制系统，所述控制系统用于获取所述传感器的数值并记录所述温度传感器的数值，所述控制系统电连接于所述输出装置，所述输出装置用于输出所述熔盐系统的剩余能量。
30.在本方案中，熔盐特征系统包括温度传感器、控制系统，熔盐系统及输出装置，温度传感器将熔盐系统的实时温度信号传递到控制系统中，控制系统获取温度传感器的数值并记录温度传感器的数值，控制系统通过计算得出某一状态下的剩余能量所占的比例，输出装置将上述数值输出。
31.本发明的积极进步效果在于：通过计算多个传感器记录熔盐储热系统在充电、放
电过程中的熔盐的温度变化规律，获得的熔盐平均温度的极限值，通过测量某个状态下熔盐的温度值与熔盐充电、放电过程中平均温度的两个极限值之间的差的比值，来获取目前状态下熔盐系统剩余能量的占比，从而方便为用户下一步的操作进行规划，此方法可以较为精确的了解熔盐储热系统的剩余能量，进而得到熔盐储热系统的剩余充电或放电时间，使得用户可以合理设计的充电或放电计划，或使得用户根据熔盐储热系统的剩余能量对熔盐储热系统进行电加热或者断开与熔盐储热系统放能相连接的泵。
附图说明
32.图1为本发明一实施例的平面结构示意图。
33.图2为本发明一实施例的熔盐储热系统剩余能量图。
34.图3为本发明一实施例的熔盐储热系统的剩余能量的显示方法。
35.图4为本发明一实施例的熔盐储热系统的不同高度处的能量随放电时间变化图。
36.附图标记说明
37.换热介质入口1
38.换热介质出口2
39.熔盐储存装置3
40.电加热装置4
41.换热管5
42.第一热电偶6
43.第二热电偶7
具体实施方式
44.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。
45.一种表征熔盐储热系统剩余能量的方法，如图3、图1所示，表征熔盐储热系统剩余能量的方法包括：
46.s1：在熔盐储热系统中的不同深度设置多个温度传感器t1，t2，
···
tn，温度传感器深度上等间距均匀分布于储罐；
47.s2：对系统进行多次充放热测试，获得充热结束时所有温度传感器的平均温度tmax1，tmax2，tmax3，tmax4
···
，再将这些平均温度求平均值得到tmax；对系统进行多次充放热测试，获得放热结束时所有温度传感器的平均温度tmin1，tmin2，tmin3，tmin4
···
，再将这些平均温度求平均值得到tmin。
48.s3:熔盐储热系统在某种状态下的系统剩余能量ts＝(x-tmin)/(tmax-tmin)；式中ts表示熔盐储热系统在某种状态下的系统剩余能量为，x表示熔盐储热系统在某种状态下的多个温度传感器的平均值。
49.s4:根据剩余能量ts得到熔盐储热系统是否进行充电或放电，或者可以得到的熔盐储热系统的所需剩余充电时间或所剩余的放电时间以对熔盐储热系统的电加热或与熔盐储热系统相连的泵进行控制。
50.在本实施例中，通过计算多个传感器记录熔盐储热系统在充电、放电过程中不同
深度的熔盐的温度变化规律，获得不同深度的熔盐平均温度的极限值，通过测量某个状态下熔盐不同深度的温度值与熔盐平均温度的两个极限值之间的差的比值，来获取目前状态下熔盐系统剩余能量的占比，从而方便为用户下一步的操作进行规划。本发明提供的表征方法，可以让用户清楚知道储热系统还有多少剩余能量，以及剩余的放电时间，使得用户可以合理设计的充电计划。ts可以用于熔盐储热系统的启动和关闭，当ts值是1时，表明熔盐储热系统充满能量，系统可以据此关闭熔盐储热系统的电加热；当ts值是0时，表明熔盐储热系统能量使用完毕，系统可以据此关闭与之相连接的泵，停止系统的放能。
51.在本实施例中，熔盐储热系统的ts初始值为20％，若熔盐储热系统充能过程中，ts显示的值为40％，用户在此过程观察大约使用4h，则用户可以大约计算得出，熔盐储热系统充满能量大约需要12h；同理，熔盐储热系统的ts初始值为70％，若熔盐储热系统放能过程中，ts显示的值为40％，用户在此过程观察大约使用3h，则用户可以大体计算得出，熔盐储热系统放能结束大约还有4h，据此，用户可以合理安排熔盐储热系统的充电计划。
52.如图1所示，为一个单罐熔盐储热系统，熔盐储存于熔盐储存装置3中，在充热时打开电加热装置4，熔盐温度升高，温度到达设定值时电加热装置4关闭，充热结束；在放热时换热介质从换热介质入口1进入熔盐储热系统与熔盐换热，熔盐温度降低，换热介质温度升高，温度升高的换热介质从换热介质出口2流出，当换热介质出口2温度不能维持设定值时，放热过程结束。
53.为了表征单罐熔盐储热系统还剩余多少能量，需要在熔盐储罐中不同位置，不同深度设立多个温度传感器t1，t2，
···
tn，通过数据采集系统，将这些温度回传给电脑。通过系统几次的充放热循环，记录在此过程中整个储罐中熔盐温度变化的规律。
54.在本实施实例中，熔盐储存装置3为圆柱形，其直径3.1m，高2.6m，从顶部插入2个多点热电偶，分别为第一热电偶66和第二热电偶77，其中一个位于离中心500mm，另一个离中心1000mm，每个多点热电偶各有四个深度不同的测点。
55.本实施例中，设置有8个不同深度的测点，8个测点的深度分别为0.2m，0.5m，0.8m，1.1m，1.4m，1.7m，2.0m，2.3m。
56.第一热电偶66和第二热电偶77采集得到的数据传入数据处理处，将这些值实时求取平均值，根据前面充放热循环所得数据，在整个过程中，将t1，t2
··
tn求取平均值，得到平均值x，在充热结束时，有一个平均值的最大值tmax，在放热结束时有一个平均值的最小值tmin。
57.参考电池系统soc的定义，将储热系统放能完全表示为0，充能完全表示为1，系统的剩余能量表示为ts。系统的剩余能量表示为ts，则ts＝(x-tmin)/(tmax-tmin)，ts表示熔盐储热系统在某种状态下的系统剩余能量为，x表示熔盐储热系统在某种状态下的多个温度传感器的平均值。
58.在本实施例中，通过在不同的深度设置至少两个温度传感器，通过求取某一深度的不同的温度传感器的平均值，使得熔盐储热系统在某个状态下的温度值更加准确，相同的，对熔盐储热系统进行多次的冲电、放电多次，获得多次充电、放电过程中的极限值，使得熔盐储热系统的两个极限值更接近真实值，提高了熔盐储热系统的剩余能量的占比准确性。
59.在步骤s2中，熔盐储热系统通过热电偶或热电阻对熔盐储热系统进行测量。
60.在本实施例中，熔盐储热系统通过热电偶或者热电阻对熔盐系统的不同高度处的温度进行测量。
61.在本实施例中，沿着熔盐储热系统的额高度方向，设置多组热电偶或者多组热电阻测量熔盐储热系统的不同高度处的温度值，获得同一高度处的不同温度传感器的温度值，求取其平均值使得测量的温度值更接近于其真实值。
62.熔盐储热系统通过电加热装置4进行充能，电加热装置4设置在熔盐储热系统的下方，使得熔盐储热系统的加热效率更高、更节能。
63.在其他较佳地实施例中，在步骤s1中，相邻的温度传感器之间间隔的深度为10cm。设置相邻的温度传感器之间的额深度为10cm，使得不同层次的熔盐系统的温度都可以被测量，使得测量的熔盐储热系统测量的温度值更加准确。
64.在本实施例中，熔盐储热系统设置有换热管5，熔盐储热系统通过换热管5与外界交换热量。
65.在本实施例中，换热介质从熔盐储热系统的下方的换热介质入口1流入，流经换热管5后，从熔盐储热系统的上方的换热介质出口2流出，使得换热更加充分、换热效率更高。
66.熔盐储热系统还包括熔盐储存装置3，熔盐储热系统放置在熔盐储存装置3中。
67.如图4所示，使用平均温度来定义这个系统中的剩余能量主要是由于单罐系统设备的特殊性造成的，上图横坐标是时间，纵坐标是温度，系统以恒定速率放能，理论上剩余能量是线性下降的。但其在不同深度的温度都不是线性下降的，处于上层的温度一开始基本不下降，到后期才突然下降，处于较深位置的温度一开始下降比较多，到后期基本又不下降了，所以使用单点的温度来判断放能的进程是不合适的。所以采用本发明的多点温度测量h8是系统熔盐罐中最上的温度点，h1是系统熔盐罐最深的温度点，从h8至h1深度越来越深。h8为系统熔盐罐0.8m的高度处的温度传感器的随放电时间的变化曲线，h7为系统熔盐罐1.1m的高度处的温度传感器的随放电时间的变化曲线，类似地h6为1.3m处的温度传感器的温度随着放电时间的变化曲线,h5为1.5m处的温度传感器的温度随着放电时间的变化曲线,h4为1.8m处的温度传感器的温度随着放电时间的变化曲线,h3为2.2m处的温度传感器的温度随着放电时间的变化曲线,h2为2.5m处的温度传感器的温度随着放电时间的变化曲线,h1为1.3m处的温度传感器的温度随着放电时间的变化曲线。
68.在本实施例中，如图1所示，单罐熔盐储热系统的储热材料是熔盐，熔盐储存于熔盐储罐中。在充热的时候使用电加热熔盐，熔盐温度升高，能量储存于熔盐之中。由于熔盐不流动，同时熔盐密度随着熔盐温度升高而降低，在整个熔盐储罐中，熔盐呈现上高下低的温度分层。在系统放热的时候，换热介质进入储罐与熔盐换热，获得能量，熔盐温度逐渐降低，当温度降低到一定值，放热完成。换热介质从底部通入系统，在放热过程中，整个储罐中熔盐温度同样也呈现上高下低的温度分层。
69.在本实施例中，通过储存装置，将熔盐储热系统放置在熔盐储存装置3中。
70.一种熔盐能量特征系统，熔盐能量特征系统包括多个温度传感器、控制系统、熔盐系统及输出装置，温度传感器设置于熔盐系统中，温度传感器电连接于控制系统，控制系统用于获取传感器的数值并记录温度传感器的数值，控制系统电连接于输出装置，输出装置用于输出熔盐系统的剩余能量。
71.在本实施例中，熔盐特征系统包括温度传感器、控制系统，熔盐系统及输出装置，
温度传感器将熔盐系统的实时温度信号传递到控制系统中，控制系统获取温度传感器的数值并记录温度传感器的数值，控制系统通过计算得出某一状态下的剩余能量所占的比例，输出装置将上述数值输出。
72.在某一较佳的实施例中，如图2所示，l1为熔盐储热系统等功率对外放热，所以其剩余能量是从1至0线性变化；l2使用本技术方案获得的值，随放能时间的变化规律；l3为选用储罐的中部温度的值为显示熔盐储热系统剩余能量，多次测试获得其在充满能量时的温度作为tmax，在放能结束时的温度作为tmin，ts＝(x-tmin)/(tmax-tmin)；l4为选用储罐储热系统上部传感器的温度的，多次测试获得其在充满能量时的温度作为tmax，在放能结束时的温度作为tmin，ts＝(x-tmin)/(tmax-tmin)；实验结果测得采用本方案的熔盐储热系统的剩余能量的方法可以更好的接近熔盐储热系统剩余能量的真实剩余值。
73.图2是某个系统实际的放能曲线，系统从满状态以恒定速率放能至放空，共进行了5.15h，图中的灰色曲线就是实际的放能进度曲线，它应该是一条直线，深蓝色曲线是储罐上层的温度参照平均温度定义获得的一条放能进度曲线，可以看到它一开始下降很慢，到最后又下降很快，其放能进度最大误差0.49左右，浅蓝色曲线是储罐中部的温度参照平均温度定义获得的一条放能进度曲线，它一开始下降比较慢，后来又突然加快，然后又减慢，最大误差约为0.23左右，黄色曲线为8个温度的平均，曲线线性度比较好，与实际放能进度的最大误差在0.07左右，到放电的后期基本没有误差了。所以本实施例中定义的ts能较好的预估储热系统的剩余时间。
74.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。