一种适用于压缩空气储能系统的双层储气罐结构技术方案

本实用新型专利技术涉及一种适用于压缩空气储能系统的双层储气罐结构，双层储气罐的内层罐体用于存储高压空气，内层罐体与外层罐体之间的夹层空间用以存储中压空气，该中压空气的压力比内层高压空气低一个压力等级，多个双层储气罐通过管道相联，内层罐体的主管路和夹层存储空间的主管路都与压缩机组、膨胀机组连通，通过调节阀控制压缩、膨胀过程。内层罐体放置于支撑导轨上，方便安装，并使罐体能适应运行过程中反复承压及温度变化造成的形变和位移。本实用新型专利技术通过设置双层储气罐体，使得外层罐体存储压力减小，内层罐体只承受高低压差，可以大幅减小内外罐体的壁厚，减少系统成本，还能通过调节阀的匹配来减小膨胀机低负荷工况下的节流损失。

A double layer gas tank structure suitable for compressed air energy storage system

【技术实现步骤摘要】
一种适用于压缩空气储能系统的双层储气罐结构
本技术涉及能量存储
，涉及一种压缩空气储能系统，具体地说是一种适用于压缩空气储能系统中的双层储气罐结构。
技术介绍
为解决常规电力系统在发电、输配电及用电环节存在的匹配问题，提高其经济性和安全性，近年来，具有效率高、对环境友好、可大规模应用、不受地理位置限制等优点的压缩空气储能系统迅速发展。目前已建成的压缩空气储能装置中，储气主要采用废弃矿井、压力容器、输气管道，其中废弃矿井受地理位置限制，而压力容器和输气管道都采用单层壳体结构，存储压力较高或者储能系统容量较大时，存储容器的壁厚随其直径的增大而增加较快，造成了成本的快速上升。为了适应较高的存储压力，现有技术中已出现了多种结构形式的双层壳体的高压储气罐结构，例如中国专利CN201821657568.0，该专利公开了一种防爆双层式储气罐，包括外壳层、进气口、出气口和支架，所述进气口贯穿外壳层并到达外壳层内，所述出气口贯穿外壳层并到达外壳层内，所述支架固定连接在外壳层的下端侧壁上，储气罐内压力过大时，此时会使得活塞发生运动，此时按动开关，电动伸缩杆运动，开始带动推杆运动，活塞不断的向靠近密封圈的方向运动，从而降低防蚀层内气体的压力，以达到防止爆炸的效果。该专利中内外壳体之间的夹层空间为中空结构，不参与高压气体的存储，内外壳体之间设置缓冲装置，当内壳体中存储的高压气体压力过大时，通过缓冲装置进行快速泄压。中国专利CN201620697436.5公开了一种耐高压复合材料贮氨器，该容器采用双层管壁机构，其外层筒体和内衬之间形成夹套，夹套内安装有碳纤维制成的支撑夹芯，以此提高容器的耐压能力。然而，该专利中外层筒体和内衬之间填充碳纤维制成的支撑夹芯，二者之间的夹层空间并不是中空结构，同样不参与高压气体的存储，容器耐压能力的提高，主要得益于外层筒体和内衬之间填充的碳纤维制成的支撑夹芯。中国专利CN200510050470.X公开了一种多层高压氢气储罐，它具有两双层半球形封头，在双层半球形封头上设有大接管，在两双层半球形外封头上设有封头接管、加强箍，在两双层半球形内封头端部上焊接有薄内筒，薄内筒绕有钢带层，钢带层外设有外保护壳，外保护壳和钢带层与加强箍之间设有斜面焊缝，外保护壳上设有筒体接管。该专利主要通过使用多层结构，使得内层泄漏时，外层继续承受工作压力。上述现有技术所披露的高压储气装置，虽然一定程度上都能够提高容器的高压气体的存储压力，并且基本都是通过增加壳体层数，以此提高壳体的承压能力，然而，这些现有技术中，内层罐体都需要直接承受高压气体，对其承压能力提出了较高的要求，外层壳体或者外层加强结构的引入本质上而言与直接增加单层储气容器的壁厚无异，增加了系统成本，并且将其使用到压缩空气储能系统时也不能技术减小储能系统运行过程中的节流损失。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺点和不足，本技术提出了一种适用于压缩空气储能系统的双层储气罐结构，通过设置双层储气罐体，使得外层罐体存储压力减小，内层罐体只承受高低压力等级的压差，可以大幅减小内外罐体的壁厚，减少系统成本，还能通过调节阀的匹配来减小膨胀机低负荷工况下的节流损失，具有良好的应用前景。为了达到上述目的，本技术的技术解决方案如下：一种适用于压缩空气储能系统的双层储气罐，所述压缩空气储能系统包括一空气压缩机组、一空气膨胀机组，所述空气压缩机组的进气口与大气连通，所述空气膨胀机组的排气口与大气连通，其特征在于，所述双层储气罐包括一外层罐体和一内层罐体，所述内层罐体通过一内层罐体支撑导轨支撑在所述外层罐体内，所述内层罐体支撑导轨固定设置在所述外层罐体的内壁上；所述内层罐体用于存储高压空气，所述外层罐体与内层罐体之间的夹层空间用以存储中压空气；所述外层罐体、内层罐体分别设有一通气口，所述通气口用以向罐体内通入或排出压缩空气；所述外层罐体的通气口处固定设置一中压通气管；所述内层罐体的通气口处固定设置一穿过所述外层罐体与外部连通的高压通气管，且所述高压通气管以密封的方式穿过所述外层罐体；所述空气压缩机组的排气管通过一主连通管路与所述空气膨胀机组的进气管连通，所述高压通气管、中压通气管均与所述主连通管路连通，所述空气压缩机组的排气管、空气膨胀机组的进气管、中压通气管、高压通气管上分别设置阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ。优选地，当所述系统处于压缩工况时，开启所述空气压缩机组，关闭所述空气膨胀机组，且进一步地：当所述空气压缩机组的排气压力低于所述夹层空间的中压储压设计阈值时，打开所述阀门Ⅰ、阀门Ⅲ，关闭所述阀门Ⅱ、阀门Ⅳ，或者打开所述阀门Ⅰ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ，仅关闭所述阀门Ⅱ；当所述空气压缩机组的排气压力高于所述夹层空间的中压储压设计阈值而低于所述内层罐体的高压储压设计阈值时，打开所述阀门Ⅰ、阀门Ⅳ，关闭所述阀门Ⅱ、阀门Ⅲ；当所述空气压缩机组的排气压力高于所述内层罐体的高压储压设计阈值时，关闭所述空气压缩机组，并关闭所有阀门。优选地，当所述系统处于膨胀工况时，关闭所述空气压缩机组，打开所述空气膨胀机组，且进一步地：当所述膨胀机组处于空载或低负荷运行工况时，打开所述阀门Ⅱ、阀门Ⅲ，保持所述阀门Ⅰ、阀门Ⅳ处于关闭状态；当所述膨胀机组处于高负荷运行工况时，打开所述阀门Ⅱ、阀门Ⅳ，保持所述阀门Ⅰ、阀门Ⅲ处于关闭状态。优选地，所述空气压缩机组包括至少一级空气压缩机，所述空气膨胀机组包括至少一级空气膨胀机。优选地，所述夹层空间的中压储压设计阈值较之所述内层罐体的高压储压设计阈值低一个压力等级。优选地，所述双层储气罐有多个，各所述双层储气罐的中压通气管依次连通，且各所述双层储气罐的高压通气管依次连通。本技术的双层储气罐中，内层罐体用于存储高压空气，外层罐体与内层罐体之间的夹层空间用于存储中压空气，该中压储压设计阈值比高压储压设计阈值低一个压力等级，内层罐体只需要承受高压空气和中压空气的压力差，因而可以减小内层罐体的设计壁厚，节省系统成本。优选地，所述外层罐体、内层罐体均为水平布置，所述内层罐体支撑导轨沿水平方向固定设置在所述外层罐体的内壁底部。优选地，所述内层罐体支撑导轨为一体式导轨结构或多段分体式导轨结构，且当所述内层罐体支撑导轨选择多段分体式导轨结构时，各分段导轨之间首尾连接或不连接。优选地，所述外层罐体、内层罐体在长度方向上的延伸方向与所述内层罐体支撑导轨的延伸方向相同，且所述内层罐体上的高压通气管的在长度方向上的延伸方向与所述内层罐体支撑导轨的延伸方向也基本相同。本技术的上述双层储气罐中，所述内层罐体在外层罐体内，通过内层罐体支撑导轨支撑，该内层罐体支撑导轨用于安装过程中将内层罐体沿导轨滑入外层罐体中，并支撑内层罐体的重量。此外，还使内层罐体能适应运行过程中反复承压及温度变化造成的形变和位移，不因固定结构限位而产生破坏。本技术的适用于压缩空气储能系统的双层储气罐结构中，空气压缩机组的排气管、空气膨胀机组的进气管、中压通气管、高压通气管上分别设置阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于压缩空气储能系统的双层储气罐结构，所述压缩空气储能系统包括一空气压缩机组、一空气膨胀机组，所述空气压缩机组的进气口与大气连通，所述空气膨胀机组的排气口与大气连通，其特征在于，/n所述双层储气罐包括一外层罐体和一内层罐体，所述内层罐体通过一内层罐体支撑导轨支撑在所述外层罐体内，所述内层罐体支撑导轨固定设置在所述外层罐体的内壁上；所述内层罐体用于存储高压空气，所述外层罐体与内层罐体之间的夹层空间用以存储中压空气；/n所述外层罐体、内层罐体分别设有一通气口，所述通气口用以向罐体内通入或排出压缩空气；所述外层罐体的通气口处固定设置一中压通气管；所述内层罐体的通气口处固定设置一穿过所述外层罐体与外部连通的高压通气管，且所述高压通气管以密封的方式穿过所述外层罐体；/n所述空气压缩机组的排气管通过一主连通管路与所述空气膨胀机组的进气管连通，所述高压通气管、中压通气管均与所述主连通管路连通，所述空气压缩机组的排气管、空气膨胀机组的进气管、中压通气管、高压通气管上分别设置阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于压缩空气储能系统的双层储气罐结构，所述压缩空气储能系统包括一空气压缩机组、一空气膨胀机组，所述空气压缩机组的进气口与大气连通，所述空气膨胀机组的排气口与大气连通，其特征在于，
所述双层储气罐包括一外层罐体和一内层罐体，所述内层罐体通过一内层罐体支撑导轨支撑在所述外层罐体内，所述内层罐体支撑导轨固定设置在所述外层罐体的内壁上；所述内层罐体用于存储高压空气，所述外层罐体与内层罐体之间的夹层空间用以存储中压空气；
所述外层罐体、内层罐体分别设有一通气口，所述通气口用以向罐体内通入或排出压缩空气；所述外层罐体的通气口处固定设置一中压通气管；所述内层罐体的通气口处固定设置一穿过所述外层罐体与外部连通的高压通气管，且所述高压通气管以密封的方式穿过所述外层罐体；
所述空气压缩机组的排气管通过一主连通管路与所述空气膨胀机组的进气管连通，所述高压通气管、中压通气管均与所述主连通管路连通，所述空气压缩机组的排气管、空气膨胀机组的进气管、中压通气管、高压通气管上分别设置阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ。


2.根据权利要求1所述的双层储气罐结构，其特征在于，当所述系统处于压缩工况时，开启所述空气压缩机组，关闭所述空气膨胀机组，且进一步地：当所述空气压缩机组的排气压力低于所述夹层空间的中压储压设计阈值时，打开所述阀门Ⅰ、阀门Ⅲ，关闭所述阀门Ⅱ、阀门Ⅳ，或者打开所述阀门Ⅰ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ，仅关闭所述阀门Ⅱ；当所述空气压缩机组的排气压力高于所述夹层空间的中压储压设计阈值而低于所述内层罐体的高压储压设计阈值时，打开所述阀门Ⅰ、阀门Ⅳ，关闭所述阀门Ⅱ、阀门Ⅲ；当所述空气压缩机组的排气压力高于所述内层罐体的高压储压设计阈值时，关闭所述空气压缩机组，并关闭所有阀门。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱阳历，陈海生，李文，王星，胡东旭，张雪辉，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11