利用磁悬浮高速膨胀发电技术的压缩空气储能发电系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种利用磁悬浮高速膨胀发电技术的压缩空气储能发电系统，包括依次通过管道连通的空气压缩装置、储气装置、调节阀门组和磁悬浮高速膨胀发电一体装置，所述磁悬浮高速膨胀发电一体装置通过电缆连接整流逆变装置，通过管道连接冷却装置。本实用新型专利技术将膨胀机与发电机一体化设计，结构设计紧凑，占地面积小，同时中间省略了减速机构，有效地减小了系统的机械损失，使效率大幅提高；并且该装置采用磁悬浮轴承机构，避免了润滑摩擦损耗，使得能量转换效率得到进一步提升。

【技术实现步骤摘要】
利用磁悬浮高速膨胀发电技术的压缩空气储能发电系统
本技术涉及压缩空气储能发电领域，尤其涉及到一种利用磁悬浮高速膨胀发电技术的压缩空气储能发电系统。
技术介绍
压缩空气储能发电系统是一种利用高压储存空气通过节流膨胀实现空气压力能到机械能转化，进而通过膨胀发电机实现由机械能到电能转化的一种先进储能发电系统；传统的压缩空气储能发电系统采用膨胀机、减速机以及发电机来实现膨胀发电过程，完成由空气压力能到机械能到电能的转换过程。该系统由于减速机的存在，在空气储能转化过程中，减速机运转机械摩擦损失了很大一部分能量，降低了能量转化效率；此外，膨胀发电装置轴承一般采用油润滑轴承，油润滑轴承需要体积庞大的油站系统，这势必会导致该系统体积庞大；同时，在膨胀转子、发电转子工作旋转过程中，由于润滑油的粘滞阻力，必然会损失一部分能量，对效率也会产生很大的影响。
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足，提供一种利用磁悬浮高速膨胀发电技术的压缩空气储能发电系统，缩小了占地面积，而且提升了能量转换效率。本技术是通过如下技术方案实现的，提供一种利用磁悬浮高速膨胀发电技术的压缩空气储能发电系统，包括依次通过管道连通的空气压缩装置、储气装置、调节阀门组和磁悬浮高速膨胀发电一体装置，所述磁悬浮高速膨胀发电一体装置通过电缆连接整流逆变装置，通过管道连接冷却装置。本方案通过空气压缩装置对空气进行压缩，并通过储气装置进行压缩气体储存，需要发电时，储气装置内的压缩气体给磁悬浮高速膨胀发电一体装置的膨胀叶轮提供旋转动力，进而带动发电机转子转动进行发电，压缩气体的流量通过调节阀门组进行控制，整流逆变装置根据磁悬浮高速膨胀发电参数确定相应的整流范围，将相应的直流电转换成工频市电，以供后端并网或离网使用，冷却装置用于对磁悬浮高速膨胀发电一体装置中的轴承进行冷却。作为优化，所述磁悬浮高速膨胀发电一体装置包括电机定子、两端设有膨胀叶轮的发电机转子，以及穿设所述发电机转子的磁悬浮轴承、径向磁悬浮定子和轴向磁悬浮定子，所述膨胀叶轮与所述调节阀门组通过管道连通。本优化方案将膨胀机与发电机一体化设计，轴承机构采用磁悬浮轴承，膨胀叶轮与发电子转子共用主轴，膨胀叶轮在压缩空气的作用下转动时带动主轴转动发电，省略了减速机构，有效地减小了系统的机械损失；并且该装置采用磁悬浮轴承机构，避免了润滑摩擦损耗，使得压缩空气储能发电系统的能量转换效率得到进一步提升。作为优化，膨胀叶轮与发电机转子为一体式加工成型件。减少了加工工序，有效减小设备体积，提高了设备配合精度，减小了设备功率损耗。作为优化，所述调节阀门组包括串联或并联的多级阀门。可根据需要选择安装调节方式，方便控制精度。本技术的有益效果为：将膨胀机与发电机一体化设计，结构设计紧凑，占地面积小，同时中间省略了减速机构，有效地减小了系统的机械损失，使效率大幅提高；并且该装置采用磁悬浮轴承机构，避免了润滑摩擦损耗，使得能量转换效率得到进一步提升。附图说明图1为本技术中磁悬浮高速膨胀发电一体装置结构示意图；图2为实施例一结构原理图；图3为实施例二结构原理图；图中所示：1、空气压缩装置，2、冷却装置，3、整流逆变装置，4、磁悬浮高速膨胀发电一体装置，4.1、膨胀叶轮，4.2、轴承密封，4.3、磁悬浮轴承，4.4、径向磁悬浮定子，4.5、轴向磁悬浮定子，4.6、电机定子，4.7、发电机转子，4.8、变频器，4.9、磁悬浮控制系统，5、调节阀门组，6、储气装置，7、空气加热装置，8、供气装置。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。实施例一一种利用磁悬浮高速膨胀发电技术的压缩空气储能发电系统，包括依次通过管道连通的空气压缩装置1、储气装置6、调节阀门组5和磁悬浮高速膨胀发电一体装置4，所述磁悬浮高速膨胀发电一体装置4通过电缆连接整流逆变装置3，通过管道连接冷却装置2。空气压缩装置1与储气装置6之间的管道上设有高压截止阀，储气装置6与调节阀门组之间设置相应紧急切断阀门，各管道上设置相应的温度传感器、流量传感器、压力传感器。磁悬浮高速膨胀发电一体装置包括磁悬浮控制系统4.9、变频器4.8、电机定子4.6、两端设有膨胀叶轮4.1的发电机转子4.7，以及穿设所述发电机转子4.7的磁悬浮轴承4.3、径向磁悬浮定子4.4和轴向磁悬浮定子4.5，膨胀叶轮4.1与发电机转子4.7为一体式加工成型件，通过一体加工成型，减少了加工工序，有效减小设备体积，增加了设备配合精度，减小了设备功率损耗。所述膨胀叶轮4.1与所述调节阀门组5通过管道连通。膨胀叶轮与发电子转子共用主轴，主轴根据转子动力学设计要求，可采用刚性主轴或柔性主轴；磁悬浮轴承设有相应的保护轴承和轴承密封4.2，供气装置8通过管道与磁悬浮高速膨胀发电一体装置连接，为轴承提供密封气体；膨胀叶轮可以为闭式叶轮、开式叶轮或半开式叶轮。经过调节阀门组节流膨胀后的空气进入磁悬浮高速膨胀发电一体装置，一级膨胀后的气体进入二级膨胀机端进行二次膨胀，根据系统设计，气体膨胀级数可为一级膨胀或多级膨胀，本实施例优选地采用二级膨胀。气体膨胀做功发出的电力进入高频整流逆变装置进行整流、逆变，将发出的电力转换成工频市电，以供后端并网或离网使用，整流频率≥100HZ。此种设计省略了中间减速机，减小了系统机械功率损失；同时使膨胀机与发电机同时采用磁悬浮轴承，减小了轴承摩擦功率损失。磁悬浮控制系统4.9用于对相应设备的启停控制、流量、温度、压力调节控制以及终端的数据读取、存储、计算及反馈。调节阀门组5包括串联或并联的多级阀门，可以为气动调节阀、电动调节阀、气电双控调节阀，各个阀门之间设置相应的温度、压力、流量传感器，以便后端控制系统采集节流膨胀信号，可根据需要采用多级阀门串联或并联的安装调节方式，根据储气罐压力及后端膨胀发电设计流量确定适用类型及控制精度。储气装置可以为高压罐体设备、地下盐穴及矿井、过期油气井或水体下储气室。空气压缩装置可以为离心压缩机、活塞压缩机或者螺杆压缩机。冷却装置的冷却方式为水冷或风冷，在磁悬浮高速膨胀发电一体装置运行时，为磁悬浮轴承进行冷却，本实施例优选地采用水冷却方式，对于小功率机组采用风机冷却也可达到冷却目的。实施例二本实施例与实施例一的区别在于，所述调节阀门组和磁悬浮高速膨胀发电一体装置之间的管道上设有空气加热装置7，所述空气加热装置7的热量来源至少包括太阳能光热、光电和风电中的一种，通过空气加热装置对管道内的气体进行加热，进一步提高了系统的整体发电效率。与传统压缩空气储能系统相比，该系统利用的磁悬浮高速膨胀发电装置系统省略了减速机装置，系统设备占地面积大大减小，并且避免了减速机构带来的系统机械功率损失；同时由于采用磁悬浮轴承作为膨胀机和发电机的转动机构，减少了轴承摩擦功率损失，从而使能量转化效率得到有效提高。当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本技术未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本技术的技术方案并非是对本技术的限制，参照优选的实施方式对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本
的普通技术人员在本技术的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用磁悬浮高速膨胀发电技术的压缩空气储能发电系统，其特征在于：包括依次通过管道连通的空气压缩装置（1）、储气装置（6）、调节阀门组（5）和磁悬浮高速膨胀发电一体装置（4），所述磁悬浮高速膨胀发电一体装置（4）通过电缆连接整流逆变装置（3），通过管道连接冷却装置（2）。

【技术特征摘要】
1.一种利用磁悬浮高速膨胀发电技术的压缩空气储能发电系统，其特征在于：包括依次通过管道连通的空气压缩装置（1）、储气装置（6）、调节阀门组（5）和磁悬浮高速膨胀发电一体装置（4），所述磁悬浮高速膨胀发电一体装置（4）通过电缆连接整流逆变装置（3），通过管道连接冷却装置（2）。2.根据权利要求1所述的利用磁悬浮高速膨胀发电技术的压缩空气储能发电系统，其特征在于：所述磁悬浮高速膨胀发电一体装置包括电机定子（4.6）、两端设有膨胀叶轮（4.1）的发电机转子（...

【专利技术属性】
技术研发人员：田洪增，赵其，
申请(专利权)人：山东中信能源联合装备股份有限公司，
类型：新型
国别省市：山东,37