一种等温压缩空气储能系统及高效发电方法技术方案

本发明专利技术公开了属于大容量储能领域的一种等温压缩空气储能系统及高效发电方法。储能系统中液体活塞的顶端分别通过F2、F3阀门与低压气体管道、高压气体管道相连；低压气体管道与压气机相连；高压气体管道的一端与压气机相连另一端通过F1与储气单元相连；液体活塞下方唯一的进水口通过F4与液压传动单元二次侧的一个液体出口相连，液压传动单元二次侧的另一个液体出口与四通相连，四通的另三个出口分别与低温水池、太阳能补热器的顶端和储热水箱相连，太阳能补热器的底端通过液压驱动装置与储热水箱相连，太阳能补热器的顶端还通过F8与补热水口相连。本发明专利技术利用温度预测与液体控温的控制算法，配置液体喷淋装置实现系统等温压缩或膨胀。

【技术实现步骤摘要】
一种等温压缩空气储能系统及高效发电方法
本专利技术属于大容量储能
，具体涉及一种等温压缩空气储能系统及高效发电方法。
技术介绍
储能技术的研究和发展对推动可再生能源产业具有重大意义。大规模储能可以实现风能、光伏等可再生能源高比例接入电网。风电场配置一定容量的压缩空气储能设备，可以对风能出力进行平滑甚至搬移，让光风力发电系统的特性接近火力发电等同步发电机系统，保障电力系统稳定可靠和安全运行。目前，大容量压缩空气储能电站一般采用绝热压缩技术或先进绝热压缩技术，配合燃气轮机发电。系统储能时，压缩机工作在变工况状态下，压缩效率低；发电时需要燃烧化石燃料，热资源损失严重，污染环境。因此急需一种新的压缩空气储能系统以解决现有技术中压缩空气储能系统发电效率低，热资源利用不充分的缺点，并可以达到系统高效储能与发电的效果。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
中所提到的问题，本专利技术公开了一种等温压缩空气储能系统，一种等温压缩空气储能系统，其特征在于，包括：G抽蓄发电单元、D液压传动单元、B1液体活塞、C喷淋设备、A储气单元、L低温水池、H太阳能补热器、E储热水箱、高压气体管道、低压气体管道、X喷淋驱动装置、Y液压驱动装置和F1阀门～F9阀门；其中B1液体活塞的顶端分别通过F2阀门、F3阀门与低压气体管道、高压气体管道相连；低压气体管道与压气机相连；高压气体管道的一端与压气机相连另一端通过F1阀门与A储气单元相连；B1液体活塞下方唯一的进水口通过F4阀门与D液压传动单元二次侧的一个液体出口相连，D液压传动单元二次侧的另一个液体出口与四通相连，四通的另三个出口分别与F5阀门、F6阀门和F7阀门相连，其中F5阀门与L低温水池相连，F6阀门与H太阳能补热器的顶端相连，H太阳能补热器的底端通过Y液压驱动装置与E储热水箱相连，H太阳能补热器的顶端还通过F8阀门与补热水口相连；F7阀门与E储热水箱相连；L低温水池、D液压传动单元一次侧和G抽蓄发电单元构成回路；所述B1液体活塞中设置温度和电子收集元件；所述F1阀门～F9阀门、温度和电子收集元件都与控制系统相连；控制系统用于判断温度和决定工作流程。所述B1液体活塞的顶端设有C喷淋设备，C喷淋设备的入口通过F9阀门与X喷淋驱动装置相连，然后接入B1液体活塞的底端。本专利技术还公开了一种等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，包括：步骤21、控制系统对H太阳能补热器中温度T进行判定；当液体温度T达到设定值时，进入步骤22进行高效发电；当液体温度T未达到设定值时，进入步骤23进行常规发电；步骤22、进入等容高效发电状态，待B1液体活塞中充满气体后，进入步骤24；步骤23、进入迁移常规发电状态，待B1液体活塞中充满气体后，进入步骤24；步骤24、关闭所有阀门，等待下一次发电过程。在所述步骤21之前，先进行储能方法，储能方法包括：步骤11、初始状态，B1液体活塞内充满了压强为P1的气体；步骤12、喷淋及等温压缩，打开F4阀门、F5阀门和F9阀门，其他阀门关闭；G抽蓄发电单元工作在抽水状态，从电网吸收功率，通过液体管道抽取L低温水池的液体，驱动D液压传动单元开始工作；做功后的液体返回L低温水池；D液压传动单元二次侧通过液体管道抽取L低温水池的液体至B1液体活塞中；液体在B1液体活塞中等温压缩活塞内的气体；同时X喷淋驱动装置驱动B1液体活塞内的液体至C喷淋设备；C喷淋设备利用液体降温压缩气体；当气压达到P2时停止压缩；步骤13、等压迁移，打开F1阀门和F3阀门，关闭F9阀门停止液体喷淋，在G抽蓄发电单元的作用下，D液压传动单元继续将L低温水池中的液体抽入B1液体活塞中，通过高压气体管道将压缩气体等压迁移至A储气单元中；步骤14、储能结束，关闭F1阀门和F3阀门，打开F2阀门；压气机将外界气体通过低压气体管道压入B1液体活塞；B1液体活塞内的液体通过下方的出口，经D液压传动单元、F4阀门和F5阀门返回L低温水池；所述等压迁移为，A储气单元的进气流量等于B1液体活塞的出气流量，使得气体迁移过程中体积不变，从而压强不变；所述步骤12的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温；所述压强P1为常规发电低压，压强P2为常规发电高压。所述步骤22包括：步骤221、加热至额定温度的液体经液体管道和Y液压驱动装置流入E储热水箱中保温，在本次高效发电开始前，打开F4阀门和F7阀门，由D液压传动单元经液体管道抽入B1液体活塞，至B1液体活塞充满高温液体。步骤222、气体迁移，打开F1阀门、F3阀门、F4阀门和F6阀门，其他阀门关闭，压缩空气从A储气单元中抽出，通过高压气体管道等压迁移到B1液体活塞中；B1液体活塞中相同体积的液体经D液压传动单元和液体管道抽入H太阳能补热器中加热；气体迁移完毕后，关闭F1阀门、F3阀门、F4阀门和F6阀门；步骤223、等容加热，气体经B1液体活塞内的高温液体等容加热至压强P3时，打开F4阀门、F6阀门和F9阀门；步骤224、喷淋及等温膨胀，高温气体等温膨胀推动B1液体活塞内的液体经液体管道驱动D液压传动单元工作，液体再经过液体管道流回H太阳能补热器中加热；同时X喷淋驱动装置驱动B1液体活塞内的液体至C喷淋设备，C喷淋设备利用液体升温膨胀气体；D液压传动单元抽取L低温水池的液体，驱动G抽蓄发电单元旋转发电；步骤225、气体膨胀发电至压强P4，发电过程完毕，B1液体活塞中充满气体；所述步骤224的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温；所述压强P3为高效发电高压，压强P4为高效发电低压。所述步骤23包括：步骤231、打开F4阀门和F5阀门，L低温水池的液体经D液压传动单元抽入B1液体活塞中直至充满整个活塞。步骤232、气体迁移，打开F1阀门、F3阀门、F4阀门和F5阀门，其他阀门关闭，压缩空气从A储气单元中抽出，通过高压气体管道等压迁移到B1液体活塞中；B1液体活塞中相同体积的液体经液体管道通过D液压传动单元流回L低温水池；气体迁移完毕，关闭F1阀门和F3阀门；步骤233、气体做工，打开F9阀门，气体在B1液体活塞内等温膨胀推动B1液体活塞内的液体经液体管道驱动D液压传动单元工作，同时利用B1液体活塞内的液体对B1液体活塞内的气体进行喷淋升温；D液压传动单元抽取L低温水池的液体驱动G抽蓄发电单元旋转发电。步骤234、气体膨胀发电至压强P1，做工结束后，B1液体活塞中充满气体，其中压强P1为常规发电低压；所述步骤233的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温。所述步骤21中，控制系统对H太阳能补热器中温度T进行判定分为以下步骤：步骤211、使用神经网络算法模型，并确定网络隐含层的节点数、太阳辐照度G、外界风速vw、环境温度Ta，确定网络的隐含层为双层，网络的输入层与第一隐含层以及第二隐含层与输出层之间选择线性传递函数，而第一隐含层与第二隐含层之间选择S型传递函数；H太阳能补热器上一时刻水温T(τ-1)为网络的输入参数，下一时刻的水温变化量dT(τ)为输出参数；步骤212、对模型进行神经网络训练，以预测下一时刻的水温变化量dT(τ)与下一时刻的水温预测值T′(τ)＝T(τ-1)+dT(τ)；步骤213、温度测量装置测量下一时刻的水温实测值T(τ)，对下一时刻的水温预测值进行修正，作为模型的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等温压缩空气储能系统，其特征在于，包括：G抽蓄发电单元、D液压传动单元、B1液体活塞、C喷淋设备、A储气单元、L低温水池、H太阳能补热器、E储热水箱、高压气体管道(1)、低压气体管道(2)、X喷淋驱动装置、Y液压驱动装置和F1阀门～F9阀门；其中B1液体活塞的顶端分别通过F2阀门、F3阀门与低压气体管道(2)、高压气体管道(1)相连；低压气体管道(2)与压气机相连；高压气体管道(1)的一端与压气机相连另一端通过F1阀门与A储气单元相连；B1液体活塞下方唯一的进水口通过F4阀门与D液压传动单元二次侧的一个液体出口相连，D液压传动单元二次侧的另一个液体出口与四通相连，四通的另三个出口分别与F5阀门、F6阀门和F7阀门相连，其中F5阀门与L低温水池相连，F6阀门与H太阳能补热器的顶端相连，H太阳能补热器的底端通过Y液压驱动装置与E储热水箱相连，H太阳能补热器的顶端还通过F8阀门与补热水口相连；F7阀门与E储热水箱相连；L低温水池、D液压传动单元一次侧和G抽蓄发电单元构成回路；所述B1液体活塞中设置温度和电子收集元件；所述F1阀门～F9阀门、温度和电子收集元件都与控制系统相连；控制系统用于判断温度和决定工作流程。...

【技术特征摘要】
1.一种等温压缩空气储能系统，其特征在于，包括：G抽蓄发电单元、D液压传动单元、B1液体活塞、C喷淋设备、A储气单元、L低温水池、H太阳能补热器、E储热水箱、高压气体管道(1)、低压气体管道(2)、X喷淋驱动装置、Y液压驱动装置和F1阀门～F9阀门；其中B1液体活塞的顶端分别通过F2阀门、F3阀门与低压气体管道(2)、高压气体管道(1)相连；低压气体管道(2)与压气机相连；高压气体管道(1)的一端与压气机相连另一端通过F1阀门与A储气单元相连；B1液体活塞下方唯一的进水口通过F4阀门与D液压传动单元二次侧的一个液体出口相连，D液压传动单元二次侧的另一个液体出口与四通相连，四通的另三个出口分别与F5阀门、F6阀门和F7阀门相连，其中F5阀门与L低温水池相连，F6阀门与H太阳能补热器的顶端相连，H太阳能补热器的底端通过Y液压驱动装置与E储热水箱相连，H太阳能补热器的顶端还通过F8阀门与补热水口相连；F7阀门与E储热水箱相连；L低温水池、D液压传动单元一次侧和G抽蓄发电单元构成回路；所述B1液体活塞中设置温度和电子收集元件；所述F1阀门～F9阀门、温度和电子收集元件都与控制系统相连；控制系统用于判断温度和决定工作流程。2.根据权利要求1所述的一种等温压缩空气储能系统，其特征在于，所述B1液体活塞的顶端设有C喷淋设备，C喷淋设备的入口通过F9阀门与X喷淋驱动装置相连，然后接入B1液体活塞的底端。3.一种基于权利要求1所述的一种等温压缩空气储能系统的等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，包括：步骤21、控制系统对H太阳能补热器中温度T进行判定；当液体温度T达到设定值时，进入步骤22进行高效发电；当液体温度T未达到设定值时，进入步骤23进行常规发电；步骤22、进入等容高效发电状态，待B1液体活塞中充满气体后，进入步骤24；步骤23、进入迁移常规发电状态，待B1液体活塞中充满气体后，进入步骤24；步骤24、关闭所有阀门，等待下一次发电过程。4.根据权利要求3所述一种等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，在所述步骤21之前，先进行储能方法，储能方法包括：步骤11、初始状态，B1液体活塞内充满了压强为P1的气体；步骤12、喷淋及等温压缩，打开F4阀门、F5阀门和F9阀门，其他阀门关闭；G抽蓄发电单元工作在抽水状态，从电网吸收功率，通过液体管道抽取L低温水池的液体，驱动D液压传动单元开始工作；做功后的液体返回L低温水池；D液压传动单元二次侧通过液体管道抽取L低温水池的液体至B1液体活塞中；液体在B1液体活塞中等温压缩活塞内的气体；同时X喷淋驱动装置驱动B1液体活塞内的液体至C喷淋设备；C喷淋设备利用液体降温压缩气体；当气压达到P2时停止压缩；步骤13、等压迁移，打开F1阀门和F3阀门，关闭F9阀门停止液体喷淋，在G抽蓄发电单元的作用下，D液压传动单元继续将L低温水池中的液体抽入B1液体活塞中，通过高压气体管道将压缩气体等压迁移至A储气单元中；步骤14、储能结束，关闭F1阀门和F3阀门，打开F2阀门；压气机将外界气体通过低压气体管道压入B1液体活塞；B1液体活塞内的液体通过下方的出口，经D液压传动单元、F4阀门和F5阀门返回L低温水池；所述等压迁移为，A储气单元的进气流量等于B1液体活塞的出气流量，使得气体迁移过程中体积不变，从而压强不变；所述步骤12的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温；所述压强P1为常规发电低压，压强P2为常规发电高压。5.根据权利要求3所述的一种等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，所述步骤22包括：步骤221、加热至额定温度的液体经液体管道和Y液压驱动装置流入E储热水箱中保温，在本次高效发电开始前，打开F4阀门和F7阀门，由D液压传动单元经液体管道抽入B1液体活塞，至B1液体活塞充满高温液体；步骤222、气体迁移，打开F1阀门、F3阀门、F4阀门和F6阀门，其他阀门关闭，压缩空气从A储气单元中抽出，通过高压气体管道等压迁移到B1液体活塞中；B1液体活塞中相同体积的液体经D液压传动单元和液体管道抽入H太阳能补热器中加热；气体迁移完毕后，关闭F1阀门、F3阀门、F4阀门和F6阀门；步骤223、等容加热，气体经B1液体活塞内的高温液体等容加热至压强P3时，打开F4阀门、F6阀门和F9阀门；步骤224、喷淋及等温膨胀，高温气体等温膨胀推动B1液体活塞内的液体经液体管道驱动D液压传动单元工作，液体再经过液体管道流回H太阳能补热器中加热；同时X喷淋驱动装置驱动B1液体活塞内的液体至C喷淋设备，C喷淋设备利用液体升温膨胀气体；D液压传动单元抽取L低温水池的液体，驱动G抽蓄发电单元旋转发电；步骤225、气体膨胀发电至压强P4，发电过程完毕，B1液体活塞中充满气体；所述步骤224的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温；所述压强P3为高效发电高压，压强P4为高效发电低压。6.根据权利要求3所述的一种等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，所述步骤23包括：步骤231、打开F4阀门和F5阀门，L低温水池的液体经D液压传动单元抽入B1液体活塞中直至充满整个活塞；步骤232、气体迁移，打开F1阀门、F3阀门、F4阀门和F5阀门，其他阀门关闭，压缩空气从A储气单元中抽出，通过高压气体管道等压迁移到B1液体活塞中；B1液体活塞中相同体积的液体经液体管道通过D液压传动单元流回L低温水池；气体迁移完毕，关闭F1阀门和F3阀门；步骤233、气体做工，打开F9阀门，气体在B1液体活塞内等温膨胀推动B1液体活塞内的液体经液体管道驱动D液压传动单元工作，同时利用B...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彤，韩宗耀，
申请(专利权)人：华北电力大学，国网河北省电力有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11