冷-热-电联供压缩空气储能系统技术方案

本发明专利技术涉及储能领域，公开了一种冷‑热‑电联供的压缩空气储能系统。储能模式，系统通过压缩机组消耗电能将压缩空气储存于储气装置，通过冷却器回收压缩过程中产生的热量并储存于储热器；释能模式，系统通过回热器将储气装置中的空气加热，通过热空气驱动透平发电机组发电，并将膨胀过程中产生的冷量储存于储冷器中；供热模式，系统通过储热器向系统外供热；供冷模式，系统通过储冷器向系统外供冷。系统可单一模式运行或多模式混合运行。同时，系统可通过预热器或储热器回收工业余热、废热和太阳能等热源，或通过再冷器或储冷器回收工业废冷和LNG气化等冷量，利用简单系统满足多样化的能量需求。

【技术实现步骤摘要】
冷-热-电联供压缩空气储能系统
本专利技术涉及储能领域，具体的说涉及一种冷-热-电联供压缩空气储能系统。
技术介绍
储能尤其是电能的存储对能源结构优化和电网运行调节具有重大意义。本专利技术提出一种经济可行的、无污染、多接口、用途广的储能技术，为解决传统电力及可再生能源的大规模集成存储问题提供解决方案。抽水蓄能是目前应用最为广泛和成熟的储能方式，根据2008年数据统计，抽水蓄能占国际储能系统总装机容量的99％；常规压缩空气储能系统占0.5％，位居第二。蓄电池、飞轮、超级电容等储能系统面临着效率不高，寿命短，存取不便，蓄能容量偏小，投资成本大等各方面问题。除了抽水蓄能，压缩空气储能系统是最有增长潜力的储能形式。但传统的压缩空气储能系统功能单一，不能满足目前电力系统风-光-电日益交融的发展需求。抽水蓄能电站也面临有一些实际问题。例如对建站地理条件要求苛刻，上水库建在面积较大的山顶上，高度、面积、地质结构要求严格，下水库占地面积也大，并且水源、道路交通都有特定要求；投资大，建设周期长，例如装机容量180万KW，投资额65～90亿元，建设周期6～8年；需要占用大片的土地，并造成生态环境的破坏，以180万kW为例，建站占地4000～5000亩，工程量包括上下两个水库、引水管、导流管、盘山公路、引水渠等；电站的运行还存在一定的风险，地震、滑坡、暴风雨、泥石流、岩石风化、坝体开裂、热胀冷缩破裂等都会带来致命的危险。而压缩空气储能无特定地理要求，山洞、山脚、荒滩、废矿井，甚至海滩、海底都可以，储气库深埋地下，几乎不占用土地，也可以采用钢制的高压储罐作为高压气体的存储空间；压缩空气采用自然界的大气作为工质，吸气和排气都在环境大气中进行，不会带来污染和生态问题，是一种真正能够实现零排放环境友好的储能方式。压缩空气储能系统是一种新型蓄能蓄电技术。1978年，德国建成世界第一座示范性压缩空气蓄能电站，紧跟其后的是美国、日本和以色列。压缩空气储能发电系统的工作原理与抽水蓄能相类似，当电力系统的用电处于低谷时，系统储能，利用系统中的富余电量，压缩机驱动空气压缩机以压缩空气，把能量以压缩空气的形式储存在储气装置中；当电力系统用电负荷达到高峰发电量不足时，系统释能，储气装置将储气空间内的压缩空气释放出来，带动发电机发电，完成了电能—空气势能—电能的转化。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供成本低、无污染、高效率的多功能压缩空气储能系统方案。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供冷-热-电联供压缩空气储能系统，其包括：压缩机组、储气装置、透平机组、回冷器、预热器、再冷器和导热工质循环系统。其中，所述导热工质循环系统包括冷却器、储热器、回热器、储冷器和加压系统，以及存在于循环系统内的导热工质。所述冷却器、储热器、回热器和储冷器的所述导热工质侧管系依次连接；所述储冷器导热工质出口与所述冷却器导热工质入口连接；所述加压系统与所述储热器、储冷器连接；其中，所述回冷器高温侧进气口与大气连接；所述回冷器高温侧排气口与所述压缩机组进气口连接；所述压缩机组、冷却器、再冷器、储气装置、预热器、回热器、透平机组、储冷器的空气侧管系依次连接；所述储冷器排气口与所述回冷器低温侧进气口连接；所述回冷器低温侧排气口与大气连接。所述压缩机组出气口与所述储气装置的进气口通过所述冷却器、再冷器气侧通道连接；空气经所述压缩机组压缩后经所述冷却器、再冷器降温后储存于所述储气装置。进一步，所述压缩机组包括至少一台压缩机和相应的压缩机驱动装置，所述驱动装置利用电能驱动所述压缩机压缩空气。进一步，所述的压缩机组设有控制系统，实现所需工况的控制和运转。所述储气装置的出气口与所述透平机组入气口通过所述预热器、回热器气侧通道连接；压缩空气经所述储气装置释放后经所述预热器、回热器加热后进入所述透平机组。所述透平机组包括至少一台透平机和相应的发电机；所述透平机利用压缩空气膨胀做功驱动发电装置发电；所述透平机的出气口与所述储冷器、回冷器连接，其进气口与所述回热器连接。进一步，所述的透平发电机组设有控制系统，实现特定工况控制和运转。所述导热工质储存于所述冷却器、储热器、回热器、储冷器构成的循环系统，以及所述加压系统中。进一步，所述储热器导热工质出口与所述回热器导热工质入口之间存在所述导热工质的驱动装置；在所述储气装置所储空气驱动所述透平发电机组进行发电时，驱动装置将所述导热工质由所述储热器经所述回热器与所述透平机组进气换热降温后存储于所述储冷器。进一步，所述储冷器导热工质出口与所述冷却器导热工质入口之间存在所述导热工质的驱动装置；在所述压缩机组进行空气压缩时，驱动装置将所述导热工质由所述储冷器经所述冷却器与所述压缩机组排气换热升温后存储于所述储热器。进一步，所述导热工质优选为水。所述加压系统与所述储热器、储冷器连接，为所述储热器、储冷器中的所述导热工质加压，提高所述导热工质的沸点。进一步，在所述导热工质优选为水时，所述导热工质循环系统的优选工作压力为0.1-3MPa。所述冷却器采用所述储冷器中低温的所述导热工质与所述压缩机组排气换热；所述低温导热工质吸收所述压缩机组压缩空气时产生的热量并进入所述储热器；所述压缩机排气经所述冷却器冷却后进入所述再冷器。所述再冷器采用系统外冷源对所述冷却器排气进行再次冷却。进一步，所述再冷器与所述冷却器可共同工作，也可由任一设备单独工作。所述预热器采用系统外热源对所述储气装置排气进行预热。所述回热器采用所述储热器中高温的所述导热工质与所述预热器后的压缩空气换热；所述高温导热工质释放所存储热量后进入所述储冷器；所述压缩空气经所述回热器加热后进入所述透平机组。进一步，所述预热器与所述回热器可共同工作，也可由任一设备单独工作。所述储热器可通过换热器对系统外供热，也可通过换热器存储系统外热源热量。所述储冷器可通过换热器对系统外供冷，也可通过换热器存储系统外冷源冷量。所述压缩机组和所述透平机组可同时工作，也可不同时工作。进一步，所述压缩机组和所述透平机组同时工作时，所述透平机组排气经所述储冷器后通过所述预冷器预冷所述压缩机进气。所述系统可采用的系统外热源包括工业余热、废热或者太阳能。所述系统可采用的系统外冷源包括工业余冷、废冷或LNG气化冷。(三)有益效果本专利技术提供的冷-热-电压缩空气储能系统，冷却器和储热器利用导热工质将压缩机组产生的热量至少部分回收存储，并用于向外界供热或在发电过程中加热压缩空气，驱动透平发电机组发电；回热器和储冷器利用导热工质将透平机组产生的冷量至少部分回收存储，并用于向外界供冷或在空气压缩过程中冷却压缩空气，冷却后的压缩空气存储于储气装置。压缩过程和发电过程组成了一个完整且具有扩展接口的循环过程，完成了由电能——压缩空气内势能和导热工质热能——电能的转换过程，利用加压系统对储热器加压，提高导热工质的沸点，从而提高储热能力，等量的导热工质存储更多的热能，对压缩空气的加热能力也提高，具有结构简单、储热效果好、造价低的优点。对比现在常用的高温导热油、相变工质以及其他固体储热形式，该系统中采用水作为冷却介质，成本低廉，且不污染环境，系统可操作性强，运行可靠。该系统可以通过储热器、预热器在任何工况下回收利用工业余热、废光热等热源，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回冷‑热‑电联供压缩空气储能系统，其特征在于，其包括：压缩机组、储气装置、透平机组、回冷器、预热器、再冷器和导热工质循环系统；所述导热工质循环系统包括冷却器、储热器、回热器、储冷器和加压系统，以及存在于循环系统内的导热工质。所述冷却器、储热器、回热器和储冷器的所述导热工质侧管系依次连接；所述储冷器导热工质出口与所述冷却器导热工质入口连接；所述加压系统与所述储热器、储冷器连接；所述回冷器高温侧进气口与大气连接；所述回冷器高温侧排气口与所述压缩机组进气口连接；所述压缩机组、冷却器、再冷器、储气装置、预热器、回热器、透平机组、储冷器的空气侧管系依次连接；所述储冷器排气口与所述回冷器低温侧进气口连接；所述回冷器低温侧排气口与大气连接。

【技术特征摘要】
1.一种回冷-热-电联供压缩空气储能系统，其特征在于，其包括：压缩机组、储气装置、透平机组、回冷器、预热器、再冷器和导热工质循环系统；所述导热工质循环系统包括冷却器、储热器、回热器、储冷器和加压系统，以及存在于循环系统内的导热工质。所述冷却器、储热器、回热器和储冷器的所述导热工质侧管系依次连接；所述储冷器导热工质出口与所述冷却器导热工质入口连接；所述加压系统与所述储热器、储冷器连接；所述回冷器高温侧进气口与大气连接；所述回冷器高温侧排气口与所述压缩机组进气口连接；所述压缩机组、冷却器、再冷器、储气装置、预热器、回热器、透平机组、储冷器的空气侧管系依次连接；所述储冷器排气口与所述回冷器低温侧进气口连接；所述回冷器低温侧排气口与大气连接。2.如权利要求1所述的冷-热-电联供压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩机组出气口与所述储气装置的进气口通过所述冷却器、再冷器气侧通道连接；空气经所述压缩机组压缩后经所述冷却器、再冷器降温后储存于所述储气装置。3.如权利要求2所述的冷-热-电联供压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩机组包括至少一台压缩机和相应的压缩机驱动装置，所述驱动装置利用电能驱动所述压缩机压缩空气。4.如权利要求3所述的冷-热-电联供压缩空气储能系统，其特征在于，所述的压缩机组设有控制系统，实现所需工况的控制和运转。5.如权利要求1所述的冷-热-电联供压缩空气储能系统，其特征在于，所述储气装置的出气口与所述透平机组入气口通过所述预热器、回热器气侧通道连接；压缩空气经所述储气装置释放后经所述预热器、回热器加热后进入所述透平机组。6.如权利要求1所述的冷-热-电联供压缩空气储能系统，其特征在于，所述透平机组包括至少一台透平机和相应的发电机；所述透平机利用压缩空气膨胀做功驱动发电装置发电；所述透平机的出气口与所述储冷器、回冷器连接，其进气口与所述回热器连接。7.如权利要求6所述的冷-热-电联供压缩空气储能系统，其特征在于，所述的透平发电机组设有控制系统，实现特定工况控制和运转。8.如权利要求1所述的冷-热-电联供压缩空气储能系统，其特征在于，所述导热工质储存于所述冷却器、储热器、回热器、储冷器构成的循环系统，以及所述加压系统中。9.如权利要求8所述的冷-热-电联供压缩空气储能系统，其特征在于，所述储热器导热工质出口与所述回热器导热工质入口之间存在所述导热工质的驱动装置；在所述储气装置所储空气驱动所述透平发电机组进行发电时，驱动装置将所述导热工质由所述储热器经所述回热器与所述透平机组进气换热降温后存储于所述储冷器。10.如权利要求8所述的冷-热-电联供压缩空气储能系统，其特征在于，所述储冷器导热工质出口与所述冷却器导热工质入口之间存在所述导热工质的驱动装置；在所述压缩机组进行空气压缩时，驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅生伟，薛小代，陈晓弢，司杨，宋洁，
申请(专利权)人：国家电网公司，全球能源互联网研究院，国网江苏省电力公司信息通信分公司，青海大学，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11