自回压恒压压缩空气储能系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自回压恒压压缩空气储能系统及方法，包括能量储存回路和能量释放回路，能量储存回路包括主路和支路，所述主路和支路均包括低压压缩机，主路的低压压缩机连接高压压缩机，高压压缩机出口与储气/储水罐连接，储气/水罐与水轮机连接，水轮机通过机械传动装置带动支路低压压缩机，支路的低压压缩机出口与主路的低压压缩机出口混合，构成能量储存回路；储气/储水罐与高压膨胀机连接，高压膨胀机出口分两个管路，主管路连接低压膨胀机，支管路连接第二低压膨胀机之后，第二低压膨胀机通过机械传动装置连接水泵，水泵连接至所述储气/储水罐，构成能量释放回路。

【技术实现步骤摘要】
自回压恒压压缩空气储能系统及方法
本专利技术涉及一种自回压恒压压缩空气储能系统及方法。
技术介绍
能源是现代工业的基础。随着世界范围内能源消费的快速增长，传统化石燃料资源面临枯竭，并带来了严重的环境问题。因而，近年来我国以风电、光伏为代表的可再生能源发电产业增长迅猛。由于风、光电具有间歇性、波动性和随机性，大规模的并网会严重影响电网的稳定性和安全性，弃风、弃光现象也日益突出。为解决上述问题，合理的发展储能技术是关键。目前，商业化的大规模物理储能技术仅有抽水蓄能和压缩空气储能两种。抽水蓄能选址受地理条件和水资源严重制约(需建造具有高差的两个水库或水坝)，甚至有可能影响区域生态环境。相比之下，压缩空气储能可根据容量采用地下盐穴、岩洞、废弃矿井或地上容器、管道储气，且可靠性高、单位造价低，极具发展潜力。常规压缩空气储能系统的储气室容量固定，在储能阶段，储气室内压力逐渐升高，空气压缩机连续变工况运行使得压缩效率较低，而在释能阶段，膨胀机入口压力持续降低，连续变工况运行同样会使得膨胀机效率低下。因而，常规压缩空气储能系统一般使用节流阀将压缩空气减压至预设压力后再进入膨胀机做功，这会浪费大量压力能。为解决上述弊端，恒压压缩空气储能系统应运而生。恒压压缩空气储能系统通过改变储气容积保持压缩空气压力恒定，从而使压缩机和膨胀机始终工作在额定工况，从而有效提高系统电-电效率。恒压压缩空气储能系统通常利用水的静压或者泵压维持储气室内压力恒定，需要有大量可重复使用的水资源，在储能阶段，储气室排出的高压水的压力能难以有效利用，会损失一部分水压力能。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种自回压恒压压缩空气储能系统及方法，本专利技术能够克服现有恒压压缩空气储能技术的不足，通过布置在居民区、写字楼等用户侧，与建筑供水系统相结合，利用泵压调节储气罐中的压力，并在储能阶段回收排水高压压力能生产压缩空气，在释能阶段利用透平泵产生进入储气/储水罐中的高压水，从而实现系统内压力自维持，提高系统效率。此外，该系统还有运行简单，占地面积小，安全性高，改善供水系统能优势。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一目的是提供一种自回压恒压压缩空气储能系统，包括能量储存回路和能量释放回路，其中：所述能量储存回路包括主路和支路，所述主路和支路均包括低压压缩机，主路的低压压缩机连接高压压缩机，高压压缩机出口与储气/储水罐连接，储气/水罐与水轮机连接，水轮机通过机械传动装置带动支路低压压缩机，支路的低压压缩机出口与主路的低压压缩机出口混合，构成能量储存回路；所述储气/储水罐与高压膨胀机连接，高压膨胀机出口分两个管路，主管路连接低压膨胀机，支管路连接第二低压膨胀机之后，第二低压膨胀机通过机械传动装置连接水泵，水泵连接至所述储气/储水罐，构成能量释放回路。进一步的，所述能量储存回路中的空气依次经过低压空气压缩机、高压空气压缩机，变成高压可存储的压缩空气，压缩空气压入储气/储水罐中，储气/储水罐中的高压水，被排出并推动水轮机转动，水轮机通过机械传动装置带动支路的低压压缩机旋转压缩空气，压缩后的空气与主路的低压空气压缩机出口空气混合。进一步的，所述压缩空气经过高压膨胀机，高压膨胀机出口空气分为两股，主路气流继续推动低压膨胀机做功发电；支路气流推动另一支路低压膨胀机转动，低压膨胀机通过机械传动装置连接水泵。进一步的，所述水轮机的出口通过水管束流入蓄能气罐，蓄能气罐的出口接入供水管网。进一步的，所述能量储存回路和能量释放回路中传输空气的管路上均设置有阀门。进一步的，所述能量储存回路和能量释放回路中传输液体的管路上均设置有回止阀。进一步的，所述低压空气压缩机和高压空气压缩机之间设置有换热器，所述高压空气压缩机与储气/储水罐之间设置有换热器。进一步的，所述高压膨胀机和低压膨胀机之间设置有换热器。本专利技术的第二目的是提供一种自回压恒压压缩空气储能系统的工作方法，包括储能过程：初始状态下，储气/储水罐中装满高压水，水压和压缩空气储气系统最高储气压力相同；储能过程，关闭能量释放回路，打开能量储存回路，空气在低压压缩机升温升压，流经换热器冷却然后进入高压压缩机继续升温升压，高压压缩机出口压缩空气流经换热器冷却降温，并进入储气/储水罐内存储，储气/储水罐内的高压水推动水轮机旋转并排出，输出到供水系统管网；水轮机旋转通过机械传动装置带动低压压缩机压缩空气，压缩后的空气再通过空气管束流经换热器冷却进入高压压缩机中。自回压恒压压缩空气储能系统的工作方法，包括释能过程，关闭能量储存回路，打开能量释放回路，储气/储水罐内的高压空气升温，进入高压膨胀机内膨胀做功发电，高压膨胀机出口中压空气流经换热器升温后，进入低压膨胀机内继续膨胀做功发电，高压膨胀机出口部分中压空气升温后进入低压膨胀机内膨胀推动膨胀机旋转后排出进入环境大气；低压膨胀机通过机械传动装置带动水泵做功，水升压后进入储气/储水罐内维持罐内恒压。进一步的，或，初始状态，储气/储水罐中装部分体积的高压水，水压和罐内的水上面的空气压力同为储气系统最高储气压力。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)利用楼宇建筑物群的供水系统中的水，控制储气/储水罐内的压力恒定，使得储能/释能过程，压缩机/膨胀机都在恒压下工作，从而减小储能/释能过程中的膨胀和节流能量损失，提高了系统的储能效率。(2)储能过程排出的高压水，推动水轮机旋转，通过机械传动装置带动支路压缩机运转，也用来压缩空气，减少了压缩空气耗功；释能过程膨胀机，通过机械传动装置，带动支路水泵运转，升高进入储气/储水罐中水的压力，减少了水泵升压水的额外耗能，提高了系统的储能效率。(3)该储能系统结合了压缩空气储能系统和楼宇建筑物群的供水系统，储气/储水罐可以利用原有的楼宇建筑物群的供水系统的水箱，水泵可以利用原有的楼宇建筑物群的供水系统的升压泵，对环境友好，经济性较高，具有广阔的使用前景。(4)储能系统的压缩/膨胀机都在恒压下运行，降低了变工况工作压缩机/膨胀机的寿命损耗；同时，供水系统的水泵也在定工况下工作，也降低了变频对水泵寿命的损耗，安全性、经济性较好。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术第一实例自回压恒压压缩空气储能系统的结构示意图；图2是本专利技术第二实例自回压恒压压缩空气储能系统的结构示意图；其中，1、32-低压压缩机4-高压压缩机18、22-低压膨胀机14-高压膨胀机23、31-机械传动装置9-储气/储水罐24-水泵30-水轮机3、6、12、16、20、34-换热器37-储能气罐2、5、8、10、13、17、21、33-管束25、27、28、35-管束7、11、15、19、26、29-阀门36-止回阀；具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自回压恒压压缩空气储能系统，其特征是：包括能量储存回路和能量释放回路，其中：所述能量储存回路包括主路和支路，所述主路和支路均包括低压压缩机，主路的低压压缩机连接高压压缩机，高压压缩机出口与储气/储水罐连接，储气/水罐与水轮机连接，水轮机通过机械传动装置带动支路低压压缩机，支路的低压压缩机出口与主路的低压压缩机出口混合，构成能量储存回路；所述储气/储水罐与高压膨胀机连接，高压膨胀机出口分两个管路，主管路连接低压膨胀机，支管路连接第二低压膨胀机之后，第二低压膨胀机通过机械传动装置连接水泵，水泵连接至所述储气/储水罐，构成能量释放回路。

【技术特征摘要】
1.一种自回压恒压压缩空气储能系统，其特征是：包括能量储存回路和能量释放回路，其中：所述能量储存回路包括主路和支路，所述主路和支路均包括低压压缩机，主路的低压压缩机连接高压压缩机，高压压缩机出口与储气/储水罐连接，储气/水罐与水轮机连接，水轮机通过机械传动装置带动支路低压压缩机，支路的低压压缩机出口与主路的低压压缩机出口混合，构成能量储存回路；所述储气/储水罐与高压膨胀机连接，高压膨胀机出口分两个管路，主管路连接低压膨胀机，支管路连接第二低压膨胀机之后，第二低压膨胀机通过机械传动装置连接水泵，水泵连接至所述储气/储水罐，构成能量释放回路。2.如权利要求1所述的一种自回压恒压压缩空气储能系统，其特征是：所述能量储存回路中的空气依次经过低压空气压缩机、高压空气压缩机，变成高压可存储的压缩空气，压缩空气压入储气/储水罐中，储气/储水罐中的高压水，被排出并推动水轮机转动，水轮机通过机械传动装置带动支路的低压压缩机旋转压缩空气，压缩后的空气与主路的低压空气压缩机出口空气混合。3.如权利要求1所述的一种自回压恒压压缩空气储能系统，其特征是：所述压缩空气经过高压膨胀机，高压膨胀机出口空气分为两股，主路气流继续推动低压膨胀机做功发电；支路气流推动另一支路低压膨胀机转动，低压膨胀机通过机械传动装置连接水泵。4.如权利要求1所述的一种自回压恒压压缩空气储能系统，其特征是：所述水轮机的出口通过水管束流入蓄能气罐，蓄能气罐的出口接入供水管网。5.如权利要求1所述的一种自回压恒压压缩空气储能系统，其特征是：所述能量储存回路和能量释放回路中传输空气的管路上均设置有阀门。6.如权利要求1所述的一种自回压...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐震，杨海洋，张峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37