一种组合式压缩空气储能系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种组合式压缩空气储能系统及其控制方法，在高、低压压缩机组间和高、低压膨胀机组间分别装有离合器，并相应地设置了高、低压储气室，使得该系统具有多种灵活的运行模式，在不同工况条件下可以实现压缩机组和膨胀机组的低压机组单独运行、高压机组单独运行或者联合运行，显著地拓宽了系统的变工况范围，使得系统在偏离设计点较远的运行工况下仍然可以安全运行，同时保证了相对较高的运行效率。

A combined compressed air energy storage system and its control method

The invention relates to a combined type compressed air energy storage system and its control method, the high and low pressure compressor group and between high and low expansion clutch are respectively arranged between the units, and the corresponding set of high and low pressure gas chamber, the system has flexible operation mode, low voltage unit under different working conditions can be achieved compressor and expansion unit separate operation, separate operation or joint operation of high-pressure units, significantly broaden the operating range of the system, makes the system deviate from the design point far operating conditions can still be safe operation, but also ensure the efficiency is relatively high.

【技术实现步骤摘要】
一种组合式压缩空气储能系统及其控制方法
本专利技术属于压缩空气储能
，涉及一种应用于电力储能的系统及其控制方法，尤其涉及一种组合式压缩空气储能系统及其控制方法，通过压缩机组和膨胀机组在不同工况条件下的低压机组单独运行、高压机组单独运行或者联合运行，显著地拓宽了压缩空气储能系统的变工况范围，保证了储能效率，可应用于多种类型电源，尤其是导致系统运行工况大范围变化的风力发电和太阳能发电等可再生能源。
技术介绍
电力储能系统在削峰填谷、电网调频、改善电能质量和电网稳定性、提高电网对可再生能源的接纳能力等方面具有重要作用。同时，电力储能系统还是智能电网的重要组成部分。大力发展电力储能系统，扩大其在电力系统中的应用必将成为未来电网发展的趋势。压缩空气储能系统具有技术成熟、储能容量大、储能周期长等优点，被认为是极具发展前景的大规模电力储能系统。传统压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术开发的一种储能系统，在用电低谷期，利用电能将空气压缩并存于储气室，在用电高峰期，将高压空气从储气室释放，进入燃气轮机燃烧室燃烧，然后驱动透平发电。压缩机和膨胀机是压缩空气储能系统的核心部件。在将压缩空气储能系统应用于风力发电和太阳能发电等可再生能源领域时，由于可再生能源的间歇性和不稳定性，常常导致压缩空气储能系统的输入功率和输出功率波动较大，进而需要压缩机和膨胀机大范围地变工况运行。而压缩机和膨胀机的变工况范围有限，大范围的偏离额定工况运行会大幅降低其运行效率和使用寿命，影响压缩空气储能系统的储能效率，造成能源浪费。
技术实现思路
为克服现有技术的缺点及不足，本专利技术旨在提供一种组合式压缩空气储能系统及其控制方法，利用压缩空气储能系统一般为多级压缩和多级膨胀的特点，使压缩过程和膨胀过程可实现针对不同工况条件分段进行，明显拓宽了压缩机组和膨胀机组的变工况范围，同时保持了相对较高的运行效率，进而提高了压缩空气储能系统的整体储能效率。与传统压缩空气储能系统相比，组合式压缩空气储能系统具有多种灵活的运行模式，在不同工况条件下可以实现压缩机组和膨胀机组的低压机组单独运行、高压机组单独运行或者全部运行，明显地拓宽了系统的运行边界，使得系统在严重偏离设计点的运行条件下仍然可以安全运行。为了达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是：一种组合式压缩空气储能系统，包括压缩机组、低压储气室、高压储气室、膨胀机组，其特征在于：--所述压缩机组包括低压压缩机组和高压压缩机组，所述低压压缩机组包括至少一台低压压缩机，所述高压压缩机组包括至少一台高压压缩机，其中，所述低压压缩机组分布在一根传动轴上，所述高压压缩机组分布在另一根传动轴上，两根传动轴之间通过第一离合器连接；所述低压压缩机组的进气口与大气连通，排气口经管线分别与高压压缩机组进气口和低压储气室连通，且排气口与高压压缩机组进气口和低压储气室之间的管线上均设置有阀门；所述高压压缩机组的进气口还通过管线与低压储气室连通，且进气口与低压储气室之间的管线上均设置有阀门，排气口经管线与高压储气室连通，且排气口与高压储气室之间的管线上设置有阀门；--所述膨胀机组包括高压膨胀机组和低压膨胀机组，所述高压膨胀机组和低压膨胀机组各至少包括一台膨胀机，其中，所述高压膨胀机组分布在一根传动轴上，所述低压膨胀机组分布在另一根传动轴上，两根传动轴之间通过第二离合器连接；所述高压膨胀机组的进气口经管线与高压储气室连通，且进气口与高压储气室之间的管线上设置有阀门，排气口经管线分别与低压膨胀机组进气口和低压储气室连通，且排气口与低压膨胀机组进气口和低压储气室之间的管线上均设置有阀门；所述低压膨胀机组的进气口还通过管线与低压储气室连通，且进气口与低压储气室之间的管线上设置有阀门，排气口与大气连通。优选地，所述低压储气室在储能过程中是用以储存低压压缩机组单独运行时压缩产生的低压空气，同时为高压压缩机组单独运行时提供空气来源，在释能过程中是用以储存高压膨胀机组单独运行时膨胀产生的低压空气，同时为低压膨胀机组单独运行时提供空气来源。优选地，所述高压储气室在储能过程中是用以储存被高压压缩机组压缩过的高压空气，在释能过程中是用以为高压膨胀机组运行提供空气来源。优选地，所述组合式压缩空气储能系统在储能时，当系统输入功率较低时，断开第一离合器，启用低压压缩机组，打开低压压缩机组排气口与低压储气室之间的阀门，断开低压压缩机组排气口与高压压缩机组进气口间的阀门以及与低压储气室连通的其他管线上的阀门，空气被压缩至较低压力并储存于低压储气室。进一步地，当低压储气室的储气量达到上限时，关闭低压压缩机组并启用高压压缩机组，关闭低压压缩机组排气口与低压储气室之间的阀门，打开低压储气室与高压压缩机组之间的阀门以及高压压缩机组排气口与高压储气室之间的阀门，关闭与高压储气室连通的其他管线上的阀门，将低压储气室的空气压缩至高压并储存于高压储气室。优选地，所述组合式压缩空气储能系统在储能时，当系统输入功率较大时，闭合第一离合器，关闭与低压储气室连通的各管线上的阀门，打开低压压缩机组排气口与高压压缩机组进气口间的阀门以及高压压缩机组排气口与高压储气室之间的阀门，关闭与高压储气室连通的其他管线上的阀门，常压空气依次经低压压缩机组和高压压缩机组缩至高压后储存于高压储气室。优选地，所述组合式压缩空气储能系统释能时，当系统所要输出的功率较低时，断开第二离合器，启用低压膨胀机组，打开低压储气室与低压膨胀机组进气口之间的阀门，断开低压膨胀机组与高压膨胀机组之间的阀门以及与低压储气室连通的其他管线上的阀门，低压储气室内的空气在低压膨胀机组内膨胀做功。进一步地，当低压储气室的储气量达到下限时，关闭低压膨胀机组并启用高压膨胀机组，打开高压储气室与高压膨胀机组进气口之间的阀门以及高压膨胀机组排气口与低压储气室之间的阀门，关闭与高压储气室以及与低压储气室连通的其他管线上的阀门，高压储气室的空气在高压膨胀机组内膨胀做功至低压并被储存于低压储气室。优选地，所述组合式压缩空气储能系统释能时，当系统所要输出的功率较高时，闭合第二离合器，打开高压储气室与高压膨胀机组进气口之间的阀门以及低压膨胀机组与高压膨胀机组之间的阀门，关闭与低压储气室连通的各管线上的阀门，高压储气室的空气依次在高压膨胀机组和低压膨胀机组内膨胀做功至大气压。优选地，所述低压压缩机组为整个压缩机组按照空气流动方向的前若干级，所述高压压缩机组为整个压缩机组的后若干级。优选地，所述低压压缩机组分布在一根传动轴上，所述高压压缩机组分布在另一根传动轴上，两根传动轴之间通过第一离合器连接，第一离合器根据运行模式进行闭合或断开。优选地，所述低压压缩机组的排气口、高压压缩机进气口以及低压储气室两两之间经管线、阀门相互连通，各个阀门的开关与压缩机组不同的运行模式相协调。优选地，所述压缩机可以为活塞式、离心式、轴流式、螺杆式或混合式的结构形式。优选地，所述低压储气室既是低压空气长期储存的容器，又是低压压缩机组和高压压缩机组或低压膨胀机组和高压膨胀机组分段运行时空气的过渡容器。优选地，所述高压膨胀机组可以为整个膨胀机组按空气流动方向的前若干级，所述低压膨胀机组为整个膨胀机组的后若干级。优选地，所述高压膨胀机组分布在一根传动轴上，所述低压膨胀机组分布在另一根传动轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合式压缩空气储能系统，包括压缩机组、低压储气室、高压储气室、膨胀机组，其特征在于：‑‑所述压缩机组包括低压压缩机组和高压压缩机组，所述低压压缩机组包括至少一台低压压缩机，所述高压压缩机组包括至少一台高压压缩机，其中，所述低压压缩机组分布在一根传动轴上，所述高压压缩机组分布在另一根传动轴上，两根传动轴之间通过第一离合器连接；所述低压压缩机组的进气口与大气连通，排气口经管线分别与高压压缩机组进气口和低压储气室连通，且排气口与高压压缩机组进气口和低压储气室之间的管线上均设置有阀门；所述高压压缩机组的进气口还通过管线与低压储气室连通，且进气口与低压储气室之间的管线上均设置有阀门，排气口经管线与高压储气室连通，且排气口与高压储气室之间的管线上设置有阀门；‑‑所述膨胀机组包括高压膨胀机组和低压膨胀机组，所述高压膨胀机组和低压膨胀机组各至少包括一台膨胀机，其中，所述高压膨胀机组分布在一根传动轴上，所述低压膨胀机组分布在另一根传动轴上，两根传动轴之间通过第二离合器连接；所述高压膨胀机组的进气口经管线与高压储气室连通，且进气口与高压储气室之间的管线上设置有阀门，排气口经管线分别与低压膨胀机组进气口和低压储气室连通，且排气口与低压膨胀机组进气口和低压储气室之间的管线上均设置有阀门；所述低压膨胀机组的进气口还通过管线与低压储气室连通，且进气口与低压储气室之间的管线上设置有阀门，排气口与大气连通。...

【技术特征摘要】
1.一种组合式压缩空气储能系统，包括压缩机组、低压储气室、高压储气室、膨胀机组，其特征在于：--所述压缩机组包括低压压缩机组和高压压缩机组，所述低压压缩机组包括至少一台低压压缩机，所述高压压缩机组包括至少一台高压压缩机，其中，所述低压压缩机组分布在一根传动轴上，所述高压压缩机组分布在另一根传动轴上，两根传动轴之间通过第一离合器连接；所述低压压缩机组的进气口与大气连通，排气口经管线分别与高压压缩机组进气口和低压储气室连通，且排气口与高压压缩机组进气口和低压储气室之间的管线上均设置有阀门；所述高压压缩机组的进气口还通过管线与低压储气室连通，且进气口与低压储气室之间的管线上均设置有阀门，排气口经管线与高压储气室连通，且排气口与高压储气室之间的管线上设置有阀门；--所述膨胀机组包括高压膨胀机组和低压膨胀机组，所述高压膨胀机组和低压膨胀机组各至少包括一台膨胀机，其中，所述高压膨胀机组分布在一根传动轴上，所述低压膨胀机组分布在另一根传动轴上，两根传动轴之间通过第二离合器连接；所述高压膨胀机组的进气口经管线与高压储气室连通，且进气口与高压储气室之间的管线上设置有阀门，排气口经管线分别与低压膨胀机组进气口和低压储气室连通，且排气口与低压膨胀机组进气口和低压储气室之间的管线上均设置有阀门；所述低压膨胀机组的进气口还通过管线与低压储气室连通，且进气口与低压储气室之间的管线上设置有阀门，排气口与大气连通。2.根据权利要求1所述的组合式压缩空气储能系统，其特征在于，所述低压储气室在储能过程中是用以储存低压压缩机组单独运行时压缩产生的低压空气，同时为高压压缩机组单独运行时提供空气来源，在释能过程中是用以储存高压膨胀机组单独运行时膨胀产生的低压空气，同时为低压膨胀机组单独运行时提供空气来源。3.根据权利要求1所述的组合式压缩空气储能系统，其特征在于，所述高压储气室在储能过程中是用以储存被高压压缩机组压缩过的高压空气，在释能过程中是用以为高压膨胀机组运行提供空气来源。4.根据权利要求1所述的组合式压缩空气储能系统，其特征在于，所述组合式压缩空气储能系统在储能时，当系统输入功率较低时，断开第一离合器，启用低压压缩机组，打开低压压缩机组排气口与低压储气室之间的阀门，断开低压压缩机组排气口与高压压缩机组进气口间的阀门以及与低压储气室连通的其...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉杰，张怡，郭欢，刘畅，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