压缩空气储能系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术涉及储能领域，提供了一种压缩空气储能系统及其使用方法。该系统包括储气单元、储氢单元和发电单元；储气单元包括压气机以及与压气机的出口连通的储气室，储氢单元包括电解槽以及与电解槽的氢气出口连通的储氢室，发电单元包括燃烧器、透平机和发电机；储气室和储氢室分别通过储气阀和储氢阀与燃烧器的进口连通，燃烧器的出口通过透平机与发电机连接。本发明专利技术基于压气机功率大、电解槽功率可变的特点，通过根据可再生能源电源的出力实时控制调整压气机和电解槽的运行状态，就可使压气机和电解槽在储能时分别消纳可再生能源电源出力平稳部分和尖峰部分的电能，不仅能实现可再生能源电力绿色、高效的存储再生，而且还不会产生任何二次碳排放。

【技术实现步骤摘要】
压缩空气储能系统及其使用方法
本专利技术涉及储能
，具体涉及一种压缩空气储能系统及其使用方法。
技术介绍
全球面临着能源和环境的双重压力，为了协调社会的发展与自然环境保护的关系，大力发展可再生能源、增加可再生能源在能源格局中的占比已经成为各界人士的共识。但是，可再生能源中可用度最高、开发利用技术也最为成熟的太阳能和风能具有不可短期预测的波动性和间歇性，这种波动性和间歇性也成为了光伏电站、风电站出力特性的固有缺陷。而电网在运行和调度时对接入电源的出力平稳指标要求极其严格，尤其是大容量的接入电源，其突发的电压或频率波动将给电网的安全运行带来灾难性的破坏。因此，随着可再生能源电源装机量的激增，诸如弃风、弃光现象总是频发。目前，储能技术是平抑和稳定可再生能源的波动的主要途径。储能技术包括抽水蓄能技术、飞轮储能技术、电池组储能技术、压缩空气储能技术和氢燃料电池储能技术。其中，抽水蓄能技术因受到水源和地理条件限制，从而无法根据实际需求进行建设；飞轮储能技术因受材料和机械结构的限制，从而储能容量不大；电池组储能技术因使用寿命较短，从而投资成本较高；压缩空气储能技术因采用高压空气作为储能技术介质，因此能量密度较小，需要将空气透平的进气温度加热到较高水平才能保障系统的综合能效。氢燃料电池储能技术利用水电解制氢的原理制取氢气和氧气，然后利用氢气和氧气的电化学反应实现电能再生，但其实际上电解水制氢的能量利用效率不足35％。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种安全、高效的压缩空气储能系统。为实现上述目的，本专利技术提供了一种压缩空气储能系统，该系统包括储气单元、储氢单元和发电单元；所述储气单元包括压气机以及与所述压气机的出口连通的储气室，所述储氢单元包括电解槽以及与所述电解槽的氢气出口连通的储氢室，所述发电单元包括燃烧器、透平机和发电机；所述储气室和所述储氢室分别通过储气阀和储氢阀与所述燃烧器的进口连通，所述燃烧器的出口通过所述透平机与所述发电机连接。其中，所述储气单元还包括压气变压器和驱动电机，所述压气变压器通过所述驱动电机与所述压气机连接。其中，所述储氢单元还包括制氢变压器和逆变器，所述制氢变压器通过所述逆变器与所述电解槽连接。其中，所述发电单元还包括并网变压器，所述透平机通过所述发电机与所述并网变压器连接。其中，所述储氢单元还包括净化室，所述电解槽通过所述净化室与所述储氢室连通。其中，所述储气单元还包括冷却器、回热器、蓄热器、蓄冷器、蓄热阀和蓄冷阀；所述压气机通过所述冷却器的高温侧与所述储气室的进口连通，所述储气室的出口通过所述回热器的低温侧与所述燃烧器连通；所述蓄热器、所述蓄冷阀、所述回热器的高温侧、所述蓄冷器、所述蓄热阀和所述冷却器的低温侧首尾依次连接、以形成回热循环回路。其中，所述储气阀、所述储氢阀、所述蓄冷阀和所述蓄热阀为电动阀。其中，还包括控制器，所述压气机、所述电解槽、所述燃烧器、所述储气阀、所述储氢阀、所述蓄冷阀和所述蓄热阀分别与所述控制器电连接。为实现上述目的，本专利技术还提供了一种压缩空气储能系统的使用方法，该方法包括以下步骤：储能时：S1.1、判断可再生能源的电源出力是否低于预定阈值，若是则执行步骤S1.2，若否则执行步骤S1.3；S1.2、接通电解槽进行电解制氢，同时使压气机低速空转，并跳转执行步骤S1.1；S1.3、接通所述电解槽进行电解制氢，同时使所述压气机高速旋转进行压气，并跳转执行步骤S1.1；发电时：S2.1、打开储气阀和储氢阀，并跳转执行步骤S2.2；S2.2、燃烧器点火，并跳转执行步骤S2.3；S2.3、判断发电机的输出电压是否达到预定电压，若是则跳转执行步骤S2.4；S2.4、将所述发电机接入电网。本专利技术结构简单、安装便捷，基于压气机功率大、成本低以及电解槽功率可变的特点，通过根据可再生能源电源的出力实时控制调整压气机和电解槽的运行状态，就可使压气机和电解槽在储能时分别消纳可再生能源电源出力平稳部分和尖峰部分的电能，不仅能实现可再生能源电力绿色、高效的存储再生，而且还不会产生任何二次碳排放。附图说明图1是本专利技术实施例1中的一种压缩空气储能系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例1中可再生能源的电源出力曲线示意图；图3是本专利技术实施例1中的另一种压缩空气储能系统的结构示意图。附图标记：1-1、压气机；1-2、储气室；1-3、储气阀；1-4、压气变压器；1-5、驱动电机；1-6、蓄冷器；1-7、蓄热阀；1-8、冷却器；1-9、蓄热器；1-10、蓄冷阀；1-11、回热器；2-1、电解槽；2-2、储氢室；2-3、储氢阀；2-4、氢气变压器；2-5、逆变器；2-6、净化室；3-1、燃烧器；3-2、透平机；3-3、发电机；3-4、并网变压器。具体实施方式为使专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合专利技术中的附图，对专利技术中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在专利技术中的具体含义。实施例1如图1所示，本专利技术提供了一种压缩空气储能系统，该系统包括储气单元、储氢单元和发电单元；储气单元包括压气机1-1以及与压气机1-1的出口连通的储气室1-2，储氢单元包括电解槽2-1以及与电解槽2-1的氢气出口连通的储氢室2-2，发电单元包括燃烧器3-1、透平机3-2和发电机3-3；储气室1-2和储氢室2-2的出口分别通过储气阀1-3和储氢阀2-3与燃烧器3-1的进口连通，燃烧器3-1的出口通过透平机3-2与发电机3-3连接。如图2所示，由于受到自然条件的影响，可再生能源电源的实际出力具有明显的无规律波动。其中，虚线表示预定阈值即可再生能源电源所能达到的稳定出力水平。因此，储能时可根据可再生能源电源的出力实时控制调整压气机1-1和电解槽2-1的运行状态，具体地：若可再生能源的电源出力低于预定阈值，也就是说，当可再生能源的电源出力位于图2中A、C或E部分时，接通电解槽2-1进行电解制氢，同时使压气机1-1低速空转。此时，压气机1-1不产生压缩气体，而由于电解槽2-1在电能不稳定时也能正常工作，因此在接通电解槽2-1后电解槽2-1的正极开始产生氧气，负极开始产生氢气。随着电解的不断进行，电解槽2-1内产生的氢气就会逐渐通过电解槽2-1的氢气出口流入储氢室2-2。若可再生能源的电源出力不低于预定阈值，也就是说，当可再生能源的电源出力位于图2中B或D部分时，就可利用B或D部分虚线以下的电能驱动压气机1-1进行压气，同时利用B或D部分虚线以上的电能驱动电解槽2-1电解制氢。具体地，接通电解槽2-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压缩空气储能系统，其特征在于，包括储气单元、储氢单元和发电单元；所述储气单元包括压气机以及与所述压气机的出口连通的储气室，所述储氢单元包括电解槽以及与所述电解槽的氢气出口连通的储氢室，所述发电单元包括燃烧器、透平机和发电机；所述储气室和所述储氢室分别通过储气阀和储氢阀与所述燃烧器的进口连通，所述燃烧器的出口通过所述透平机与所述发电机连接。

【技术特征摘要】
1.一种压缩空气储能系统，其特征在于，包括储气单元、储氢单元和发电单元；所述储气单元包括压气机以及与所述压气机的出口连通的储气室，所述储氢单元包括电解槽以及与所述电解槽的氢气出口连通的储氢室，所述发电单元包括燃烧器、透平机和发电机；所述储气室和所述储氢室分别通过储气阀和储氢阀与所述燃烧器的进口连通，所述燃烧器的出口通过所述透平机与所述发电机连接。2.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述储气单元还包括压气变压器和驱动电机，所述压气变压器通过所述驱动电机与所述压气机连接。3.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述储氢单元还包括制氢变压器和逆变器，所述制氢变压器通过所述逆变器与所述电解槽连接。4.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述发电单元还包括并网变压器，所述透平机通过所述发电机与所述并网变压器连接。5.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述储氢单元还包括净化室，所述电解槽通过所述净化室与所述储氢室连通。6.根据权利要求1至5任一项所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述储气单元还包括冷却器、回热器、蓄热器、蓄冷器、蓄热阀和蓄冷阀；所述压气机通过所述冷却器的高温侧与...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅生伟，薛小代，张学林，张通，陈来军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11