一种压缩空气储能系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种压缩空气储能系统，包括储能子系统和释能子系统；空气压缩机、电动机、储热换热器、空气预热器、第一储热介质泵、低温介质储罐、高温介质储罐、第一控制阀，压缩空气储罐构成储能子系统。释热换热器、第二储热介质泵、换热器、空气膨胀机、第一发电机、冷却器、二氧化碳压缩机、回热器、二氧化碳透平、第二发电机、第二控制阀构成释能子系统。本实用新型专利技术在现有压缩空气储能系统的基础上，引入超临界二氧化碳循环用于释能过程，并提高储热介质的温度，通过超临界二氧化碳循环从储热介质中吸收热量，循环的冷端余热以显热形式再回馈给压缩空气透平，由此提高释能过程的能量利用率，提高了压缩空气储能系统的周期效率。

A compressed air energy storage system

The utility model provides a compressed air energy storage system, which comprises an energy storage subsystem and an energy release subsystem; an air compressor, an electric motor, a heat storage heat exchanger, an air preheater, a first heat storage medium pump, a cryogenic medium storage tank, a high temperature medium storage tank, a first control valve, and a compressed air storage tank constitutes an energy storage subsystem. Release heat exchanger, second heat storage medium pump, heat exchanger, air expander, first generator, cooler, carbon dioxide compressor, regenerator, carbon dioxide turbine, second generator, second control valve constitute the energy release subsystem. On the basis of the existing compressed air energy storage system, the utility model introduces a supercritical carbon dioxide cycle for the energy release process, increases the temperature of the heat storage medium, absorbs heat from the heat storage medium through the supercritical carbon dioxide cycle, and the cold end waste heat of the cycle is fed back to the compressed air turbine in the form of sensible heat, thereby improving the heat storage medium temperature. The energy utilization rate of the energy release process improves the cycle efficiency of the compressed air energy storage system.

【技术实现步骤摘要】
一种压缩空气储能系统
本技术涉及电力系统储能
，具体涉及一种压缩空气储能系统。
技术介绍
随着新能源发电装机容量的不断扩大，电力系统储能的需求日益迫切。风力发电、太阳能发电的间歇性问题和电网对新能源消纳的难点导致弃风、弃光现象比较普遍，储能是有效的解决途径之一。储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能、电池储能、飞轮储能、电容器储能、超导磁储能等，目前已有的大规模储能技术仅限于抽水蓄能和压缩空气储能。压缩空气储能分为补燃式和非补燃式，后者摒弃了燃料，可实现零排放，是未来是主流发展方向。非补燃压缩空气储能系统采用多级回热设计，储能过程中形成储热和高压空气，释能过程中将储热再回馈给进入透平的空气。然而，非补燃压缩空气储能还未大规模实现商业化，并且系统的储热温度较低，储热与回热匹配难度较大，周期效率还有待提升。因此，需要从多方面进行系统优化，其中也包括对储能和释能过程的改进，其中释能过程可通过引入外部的动力循环实现。近年来，以超临界二氧化碳为工质的动力循环系统成为研究热点，引起国内外学者的广泛兴趣。二氧化碳的临界点为31℃/7.4MPa，在温度和压力超过临界点时的状态为超临界态。由于二氧化碳化学性质稳定、密度高、无毒性、低成本，循环系统简单、结构紧凑、起停快、效率高，超临界二氧化碳动力循环被认为在化石能源发电、核能发电、聚光型太阳能热发电、余热发电、地热发电等领域具有良好的应用前景。超临界二氧化碳动力循环发电系统主要由压缩机、透平、发电机、热交换器、回热器、冷却器等组成。低温低压工质首先进入压缩机压缩至高压，经回热器吸收透平排出工质的热量，再经热交换器从热源吸收热量达到最高温度，然后进入透平做功推动发电机工作，透平排出的工质经回热器释放部分热量，最后经预热器冷却后进入下一个循环过程。对此简单循环结构进行改进和优化，还可以进一步提高循环的热效率。在现有的压缩空气储能系统的基础上，引入超临界二氧化碳循环用于释能过程，并提高储热介质的温度(如：熔盐储热)，通过超临界二氧化碳循环从储热介质中吸收热量，且两者温度可精确匹配，循环的冷端余热以显热形式再回馈给压缩空气透平，由此提高释能过程的能量利用率，有望实现提高储能系统周期效率的设想，这在行业上未见有相关报道。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是如何对现有的压缩空气储能系统进行优化，以提高储能系统的周期效率。为了解决上述技术问题，本技术的技术方案是提供一种压缩空气储能系统，其特征在于：包括储能子系统和释能子系统；所述储能子系统包括空气压缩机，空气压缩机与电动机相连，空气压缩机进口连接空气预热器低温侧出口，空气压缩机出口连接储热换热器空气侧进口，储热换热器空气侧出口连接空气预热器高温侧进口；空气预热器高温侧出口连接第一控制阀进口，第一控制阀出口连接压缩空气储罐进口；第一储热介质泵进口连接低温介质储罐出口，第一储热介质泵出口连接储热换热器介质侧进口，储热换热器介质侧出口连接高温介质储罐进口；所述释能子系统包括二氧化碳压缩机，二氧化碳压缩机出口连接回热器高压侧进口，回热器高压侧出口连接释热换热器二氧化碳侧进口，释热换热器二氧化碳侧出口连接二氧化碳透平进口，二氧化碳透平与第二发电机相连，二氧化碳透平出口连接回热器低压侧进口，回热器低压侧出口连接换热器二氧化碳侧进口，换热器二氧化碳侧出口连接冷却器进口，冷却器出口连接二氧化碳压缩机进口；释热换热器介质侧进口连接所述高温介质储罐出口，释热换热器介质侧出口连接第二储热介质泵进口，第二储热介质泵出口连接所述低温介质储罐进口；第二控制阀进口与压缩空气储罐出口相连，第二控制阀出口连接换热器空气侧进口，换热器空气侧出口连接空气膨胀机进口，空气膨胀机与第一发电机相连。优选地，所述空气压缩机分为依次连接的多级，空气压缩机第一级与所述电动机相连；所述储热换热器也分为依次连接的多级；且所述空气压缩机与所述储热换热器所分的级数相同；空气压缩机第一级进口连接空气预热器低温侧出口，空气压缩机第一级出口连接储热换热器第一级空气侧进口，储热换热器第一级空气侧出口连接空气压缩机第二级进口，空气压缩机第二级出口连接储热换热器第二级空气侧进口，储热换热器第二级空气侧出口连接空气压缩机第三级进口，以此类推，储热换热器最后一级空气侧出口连接空气预热器高温侧进口；第一储热介质泵出口分为多路，并联连接各级储热换热器的介质侧进口，各级储热换热器的介质侧出口并联后与所述高温介质储罐进口连接。优选地，所述换热器分为多级，各级换热器的二氧化碳侧依次串联；所述回热器低压侧出口连接换热器第一级二氧化碳侧进口，换热器最后一级二氧化碳侧出口连接所述冷却器进口；所述空气膨胀机也分为依次连接的多级；且所述换热器的级数比所述空气膨胀机的级数多1；所述第二控制阀出口连接换热器第一级空气侧进口，换热器第一级空气侧出口连接空气膨胀机第一级进口，空气膨胀机第一级出口连接换热器第二级空气侧进口，换热器第二级空气侧出口连接空气膨胀机第二级进口，空气膨胀机第二级出口连接换热器第三级空气侧进口，依此类推，换热器最后一级空气侧出口排空；空气膨胀机最后一级与所述第一发电机相连。更优选地，所述空气压缩机分为至少五级。更优选地，各级空气压缩机同轴布置。更优选地，所述空气膨胀机分为至少三级。更优选地，各级空气膨胀机同轴布置。优选地，所述二氧化碳压缩机、二氧化碳透平、第二发电机三者同轴布置。优选地，所述高温介质储罐、低温介质储罐中均设有储热介质。更优选地，所述储热介质为浴盐。优选地，所述压缩空气储罐为多个储罐的组合。本技术提供的压缩空气储能系统使用方法如下：储能子系统进行储能时，电能输入电动机，在电动机驱动下，空气压缩机第一级吸入经空气预热器加热后的热空气，将其升压，与此同时空气温度提高，压缩空气经储热换热器第一级将热量传递给来自低温介质储罐中的储热介质，然后进入空气压缩机第二级，再升压升温，再经储热换热器第二级将热量传递给储热介质，依次类推，最后进入空气压缩机最后一级，再经储热换热器最后一级将热量传递给储热介质后进入空气预热器将余热传递给新空气，最后经第一控制阀输入压缩空气储罐，第一控制阀进口压力大于压缩空气储罐压力。优选地，所述空气压缩机第一级、第二级、第三级、……的出口温度相近，且均为500℃以上。释能子系统进行释能时，二氧化碳工质经二氧化碳压缩机增压后，经回热器吸收自二氧化碳透平排出的二氧化碳工质的热量，再进入释热换热器，释热换热器将来自于高温介质储罐的介质的热量传递给二氧化碳工质，冷却后的介质保存于低温介质储罐中，加热后的二氧化碳工质进入二氧化碳透平做功发电；透平排出的二氧化碳工质压力下降，然后经由低压侧进口进入回热器将热量传给高压侧的二氧化碳工质，再依次进入各级换热器，将二氧化碳工质余热传递给压缩空气，最后经冷却器进入二氧化碳压缩机。与此同时，来自压缩空气储罐的压缩空气经第二控制阀进入换热器第一级吸收热量，再进入空气膨胀机第一级膨胀做功发电，再进入换热器第二级吸收热量，再进入空气膨胀机第二级膨胀做功发电，依次类推，最后进入换热器最后一级吸收热量后排至环境。本技术的储能子系统和释能子系统组成电力储能系统，可按照预定计划有序运行。本技术在现有的压缩空气储能系统的基础上，引本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压缩空气储能系统，其特征在于：包括储能子系统(101)和释能子系统(102)；所述储能子系统(101)包括空气压缩机，空气压缩机与电动机(6)相连，空气压缩机进口连接空气预热器(12)低温侧出口，空气压缩机出口连接储热换热器空气侧进口，储热换热器空气侧出口连接空气预热器(12)高温侧进口；空气预热器(12)高温侧出口连接第一控制阀(16)进口，第一控制阀(16)出口连接压缩空气储罐(17)进口；第一储热介质泵(13)进口连接低温介质储罐(14)出口，第一储热介质泵(13)出口连接储热换热器介质侧进口，储热换热器介质侧出口连接高温介质储罐(15)进口；所述释能子系统(102)包括二氧化碳压缩机(29)，二氧化碳压缩机(29)出口连接回热器(30)高压侧进口，回热器(30)高压侧出口连接释热换热器(18)二氧化碳侧进口，释热换热器(18)二氧化碳侧出口连接二氧化碳透平(31)进口，二氧化碳透平(31)与第二发电机(32)相连，二氧化碳透平(31)出口连接回热器(30)低压侧进口，回热器(30)低压侧出口连接换热器二氧化碳侧进口，换热器二氧化碳侧出口连接冷却器(28)进口，冷却器(28)出口连接二氧化碳压缩机(29)进口；释热换热器(18)介质侧进口连接所述高温介质储罐(15)出口，释热换热器(18)介质侧出口连接第二储热介质泵(19)进口，第二储热介质泵(19)出口连接所述低温介质储罐(14)进口；第二控制阀(33)进口与压缩空气储罐(17)出口相连，第二控制阀(33)出口连接换热器空气侧进口，换热器空气侧出口连接空气膨胀机进口，空气膨胀机与第一发电机(27)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种压缩空气储能系统，其特征在于：包括储能子系统(101)和释能子系统(102)；所述储能子系统(101)包括空气压缩机，空气压缩机与电动机(6)相连，空气压缩机进口连接空气预热器(12)低温侧出口，空气压缩机出口连接储热换热器空气侧进口，储热换热器空气侧出口连接空气预热器(12)高温侧进口；空气预热器(12)高温侧出口连接第一控制阀(16)进口，第一控制阀(16)出口连接压缩空气储罐(17)进口；第一储热介质泵(13)进口连接低温介质储罐(14)出口，第一储热介质泵(13)出口连接储热换热器介质侧进口，储热换热器介质侧出口连接高温介质储罐(15)进口；所述释能子系统(102)包括二氧化碳压缩机(29)，二氧化碳压缩机(29)出口连接回热器(30)高压侧进口，回热器(30)高压侧出口连接释热换热器(18)二氧化碳侧进口，释热换热器(18)二氧化碳侧出口连接二氧化碳透平(31)进口，二氧化碳透平(31)与第二发电机(32)相连，二氧化碳透平(31)出口连接回热器(30)低压侧进口，回热器(30)低压侧出口连接换热器二氧化碳侧进口，换热器二氧化碳侧出口连接冷却器(28)进口，冷却器(28)出口连接二氧化碳压缩机(29)进口；释热换热器(18)介质侧进口连接所述高温介质储罐(15)出口，释热换热器(18)介质侧出口连接第二储热介质泵(19)进口，第二储热介质泵(19)出口连接所述低温介质储罐(14)进口；第二控制阀(33)进口与压缩空气储罐(17)出口相连，第二控制阀(33)出口连接换热器空气侧进口，换热器空气侧出口连接空气膨胀机进口，空气膨胀机与第一发电机(27)相连。2.如权利要求1所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于：所述空气压缩机分为依次连接的多级，空气压缩机第一级与所述电动机(6)相连；所述储热换热器也分为依次连接的多级；且所述空气压缩机与所述储热换热器所分的级数相同；空气压缩机第一级进口连接空气预热器(12)低温侧出口，空气压缩机第一级出口连接储热换热器第一级空气侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑开云，黄志强，
申请(专利权)人：上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，
类型：新型
国别省市：上海,31