一种集成太阳能的压缩空气储能系统技术方案

本发明专利技术提供了一种集成太阳能的压缩空气储能系统，包括：压缩机、高压储气室、湿化器、蒸汽发生器以及膨胀机，压缩机的入口接空气源，高压储气室通过第一阀门与压缩机连通，湿化器通过第二阀门与高压储气室连通，蒸汽发生器与湿化器连通，蒸汽发生器的热源为太阳能集热，膨胀机通过第三阀门与湿化器连通。本发明专利技术中蒸汽发生器的热源为太阳能集热，将压缩空气储能技术与太阳能热利用技术相结合，通过直接利用太阳能集热产生水蒸气加热加湿高压空气增加了系统出功量，减少了压缩空气储能系统对化石燃料的依赖，避免了太阳能蓄热装置的使用，改善了压缩空气储能系统性能，实现了太阳能热的合理高效利用。

Compressed solar energy storage system integrated with solar energy

The present invention provides a compressed air energy storage system, an integrated solar energy including compressor, high-pressure gas chamber, humidifier, steam generator and expander, compressor entrance connected with air source, high pressure gas chamber through the first valve and compressor, humidifier connected by second valves and high-pressure gas chamber, a steam generator with the humidifier connected, heat steam generator for solar collector, expander through third valves and humidifier connected. The invention of the steam generator heat source for solar collector, compressed air energy storage technology and solar thermal technology combined with solar heat generated by direct steam heating and humidifying air pressure increasing system power, reduce the compressed air energy storage system's dependence on fossil fuels, avoid the solar heat storage device the use of improved compressed air energy storage system performance, realize the reasonable utilization of solar heat.

【技术实现步骤摘要】
一种集成太阳能的压缩空气储能系统
本专利技术属于电能存储
，特别涉及一种集成太阳能的压缩空气储能系统。
技术介绍
近年来，伴随着可再生能源并网、智能电网、分布式供能系统等新能源技术的蓬勃发展，电力储能逐渐得到人们的重视与关注。它不仅是实现风能、太阳能等可再生能源大规模接入并网的必然选择，是提高常规能源发电与输电效率稳定性、安全性和经济性的迫切需要，同时也是实现分布式能源、智能电网等能源系统变革的关键技术。目前已有电力储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能(CAES)、蓄电池、超导、飞轮和电容等，不同技术在储能规模、能量密度、技术成熟度、产业化进程、应用领域等方面都存在差异。目前压缩空气储能技术和抽水蓄能被公认为两种适合大规模电力储能(100MW级)的技术，但由于抽水蓄能受到地理条件的限制，压缩空气储能技术(CAES)被认为是目前最具发展潜力的大规模电力储能技术。传统的压缩空气储能是基于燃气轮机开发的储能技术，其工作原理是，在用电低谷，将空气压缩至高压并存于储气室中，使电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰，高压空气从储气室释放，进入燃烧室与天然气等化石燃料进行混合燃烧，所得高温高压燃气驱动透平发电，实现能量的释放。传统CAES系统具有储能容量大、周期长、寿命长和单位投资小等诸多优点，但是系统严重依赖于化石燃料，化石能源是不可再生的，面临着逐渐枯竭的问题，同时这些化石能源在使用过程中也会产生大量的污染排放，不符合绿色、可再生能源的发展要求。同时由于压缩空气系统包含压缩、膨胀、传热、储气、排气等一系列复杂热力学过程，系统能量损失大，系统效率受到影响。因此，如何提高系统效率，改善系统性能是压缩空气储能系统发展应用中必须解决的问题。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色可再生能源，随着人们环保意识的增强和科技的不断进步，对其进行合理高效的开发利用已成为一项重要的能源技术战略。其中太阳能光热发电是目前太阳能热利用的一种比较成熟的方式，但是由于太阳能所具有的间歇性和不稳定性特点，现有太阳能热发电系统中通常需设置蓄热装置(例如集成太阳能的绝热压缩空气储能系统)，增加了系统成本投入，同时系统也变得更加复杂，增加了过程能量损失，同时不利于后期使用维护，一定程度上限制了太阳能热发电的应用推广。所以在现有发电技术的条件下，将太阳能发电与其他形式的发电技术结合将对提高能源利用效率起到积极的作用。综上，现有技术压缩空气储能系统及太阳能热发电系统存在以下缺陷：(1)现有太阳能热发电系统需要设置蓄热装置，成本高，系统复杂；(2)现有压缩空气储能系统效率低、系统性能差，依赖于化石燃料，不环保，能源不可再生。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种集成太阳能的压缩空气储能系统，提升了压缩空气储能系统的性能，避免了太阳能蓄热装置的使用，同时减少了对化石能源的依赖，更加符合绿色环保、可再生能源的发展要求。该系统可用于电力储能领域，尤其是太阳能丰富的地域。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种集成太阳能的压缩空气储能系统，包括：压缩机、高压储气室、湿化器、蒸汽发生器以及膨胀机，压缩机的入口接空气源，高压储气室通过第一阀门与压缩机连通，湿化器通过第二阀门与高压储气室连通，蒸汽发生器与湿化器连通，蒸汽发生器的热源为太阳能集热，膨胀机通过第三阀门与湿化器连通。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术的压缩空气储能系统至少具有以下有益效果其中之一：(1)将太阳能热利用技术与压缩空气储能技术相结合，通过直接利用太阳能集热产生水蒸气加湿高压空气避免了太阳能蓄热装置的使用，实现了太阳能热的合理高效利用，同时改善了压缩空气储能系统的性能；(2)高压湿空气进入燃烧室与燃料燃烧后烟气驱动膨胀机或者湿空气直接驱动膨胀机做功产生电力，减少了对化石燃料的消耗，更加符合绿色环保、可再生能源的发展要求；(3)释能时，液态水变为气态加湿高压空气，增大了流经膨胀机的工质流量，增加了系统功率，有利于减小储气室体积，降低系统成本。(4)分离后的冷凝水可进入蒸汽发生器循环再利用，节约了水资源；附图说明图1为本专利技术第一实施例集成太阳能的压缩空气储能系统的结构示意图。图2为本专利技术第二实施例集成太阳能的压缩空气储能系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。在本专利技术的第一个示例性实施例中，提供了一种集成太阳能的压缩空气储能系统，请参照图1，该系统包括压缩机、高压储气室、蒸汽发生器、湿化器、燃烧室、膨胀机、冷却/分离器、第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3、第四阀门4及多根管线。所述压缩机入口接空气源，蒸汽发生器入口接水源，膨胀机气体出口与冷却/分离器相连，冷却/分离器气体出口通大气。所述压缩机经第一阀门1与高压储气室相连通，高压储气室、湿化器、燃烧室经第二阀门2与第三阀门3顺序相连通，高压储气室还经第四阀门4与燃烧室相连通，燃烧室与膨胀机相连通。所述蒸汽发生器与湿化器相连通。在本实施例中，所述湿化器所用热水来源是蒸汽发生器所产生的水蒸气；所述蒸汽发生器热源来自于太阳能集热，蒸汽发生器利用太阳能集热直接加热水产生水蒸气进入湿化器。所述太阳能集热来自于槽式、塔式或碟式等太阳能集热器。所述冷却/分离器分离后的气体直接排入大气，分离后的冷凝水可进入蒸汽发生器循环再利用，节约了水资源。集成太阳能的压缩空气储能系统的详细工作过程为：在用电低谷，富足电能驱动压缩机压缩空气，高压空气流经第一阀门1储存入高压储气室，电能以空气内能的形式得以存储；在用电高峰，有太阳能热可利用时，打开第二阀门2，高压空气从高压储气室释放，进入湿化器中经加热加湿接近饱和状态，然后湿空气经第三阀门3进入燃烧室与燃料混合燃烧；无太阳能热可利用时，打开第四阀门4，高压空气直接进入燃烧室与燃料进行燃烧；燃烧室高温高压燃气驱动膨胀机做功产生电力，实现电能的释放，透平膨胀机排气经冷却/分离器进行分离。释能时，有太阳能热可利用时，通过调节第二阀门2、第三阀门3保证出功量，无太阳能热可利用时，通过调节第四阀门4保证出功量。另外，释能时，有太阳能热可利用时，液态水变为气态，加湿从高压储气室释放的高压空气，增大了流经膨胀机的工质流量，机组功率增大，有利于减小高压储气室体积，从而降低系统成本。本实施例利用太阳能集热直接加热水产生水蒸气进入湿化器，加热加湿高压空气，利用湿空气与燃料燃烧产生烟气驱动膨胀机做功，减少了化石燃料的燃烧，环保性能得以改善，且系统中无需蓄热装置，系统成本、复杂度降低，实现了太阳能的高效合理利用。在本专利技术的第二个示例性实施例中，提供了一种集成太阳能的压缩空气储能系统，请参照图2，该系统包括压缩机、高压储气室、蒸汽发生器、湿化器、膨胀机、冷却/分离器、第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3、第四阀门4及多根管线。所述压缩机入口接空气源；蒸汽发生器入口接水源；膨胀机气体出口与冷却/分离器相连，冷却/分离器气体出口通大气；所述压缩机经第一阀门1与高压储气室相连通；高压储气室经第二阀门2与湿化器相连通；湿化器经第三阀门3与膨胀机相连通；高压储气室还经第四阀门4与膨胀机相连通；蒸汽发生器与湿化器相连通。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成太阳能的压缩空气储能系统，其特征在于，包括：压缩机，其入口接空气源；高压储气室，通过第一阀门与压缩机连通；湿化器，通过第二阀门与高压储气室连通；蒸汽发生器，与湿化器连通，蒸汽发生器的热源为太阳能集热；以及膨胀机，通过第三阀门与湿化器连通。

【技术特征摘要】
1.一种集成太阳能的压缩空气储能系统，其特征在于，包括：压缩机，其入口接空气源；高压储气室，通过第一阀门与压缩机连通；湿化器，通过第二阀门与高压储气室连通；蒸汽发生器，与湿化器连通，蒸汽发生器的热源为太阳能集热；以及膨胀机，通过第三阀门与湿化器连通。2.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，膨胀机还通过第四阀门与高压储气室连通。3.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述太阳能集热来自于太阳能集热器。4.根据权利要求3所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述太阳能集热器为槽式、塔式或碟式太阳能集热器。5.根据权利要求1或2所述的压缩空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉杰，贺凤娟，周学志，纪律，陈海生，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11