压缩空气储能系统及储能方法技术方案

本发明专利技术涉及储能技术领域，公开了一种压缩空气储能系统及储能方法。该储能系统包括空气压缩机、换热器、储气库、空气膨胀机、回热器和蓄热器，空气压缩机的出气口通过换热器的第一换热管道与储气库的气相空间连通，气相空间还通过回热器的第三换热管道与空气膨胀机的进口连接，储气库的蓄热介质空间通过换热器的第二换热管道与蓄热器的进口连接，蓄热器的出口通过回热器的第四换热管道连接于蓄热介质空间。利用该储能系统的储能方法将释能存储与热能存储系统结合起来，利用储气库、换热器、蓄热器和回热器形成回热循环，可同时实现压缩空气储能系统内部热量平衡和压力平衡，避免空气压缩机变背压运行和空气膨胀机滑压运行工况。

【技术实现步骤摘要】
压缩空气储能系统及储能方法
本专利技术涉及储能
，特别是涉及一种压缩空气储能系统及储能方法。
技术介绍
储能尤其是电能的存储对能源结构优化和电网运行调节具有重大意义。压缩空气储能系统是一种新型蓄能蓄电技术。压缩空气储能发电系统的工作原理与抽水蓄能相类似，当电力系统的用电处于低谷时，系统储能，利用系统中的富余电量，压缩机驱动空气压缩机以压缩空气，把能量以压缩空气的形式储存在储气装置中；当电力系统用电负荷达到高峰发电量不足时，系统释能，储气装置将气相空间内的压缩空气释放出来，并在燃烧室中与燃料混合燃烧，生成的高温气体在透平膨胀机中膨胀做功并带动发电机发电，完成了电能—空气势能—电能的转化。绝热压缩空气储能系统摒弃了消耗燃料提升压缩空气做功能力的技术路线，利用绝热压缩在空气压缩过程中将电能转化为热能和空气势能分别存储，并在发电过程中利用系统自身热能加热透平膨胀机进气，满足了透平膨胀机对于入口温度的要求，并避免了系统碳排放。在绝热压缩空气储能系统中，热能和势能分别独立存储，而在释放能量发电时又必须将热能和势能耦合。势能存储是以存储高压空气的形式实现的，且储气库为有限的固定容积，因而在压缩充气或放气膨胀过程中，储气库的压力逐渐上升或逐渐下降，进而导致压缩机组出口或膨胀机入口压力不断变化。空气压缩机背压随储气库压力逐渐变化时，压缩机组将严重偏离设计工况，导致机组运行效率低下，排气温度也不断变化，对系统蓄热造成技术困难；同理，储气库排气压力不断变化时，空气膨胀机必须滑压运行，机组运行效率也会大打折扣。此外，大容积高压储气库大流量充放气时，会引发储气库内空气的温度骤升或骤降，进一步引起储气库实际储气量或放气量的降低，对膨胀机进气稳定性也有一定的影响。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术实施例的目的是提供一种压缩空气储能系统及储能方法，以解决压缩空气储能系统存在的充放气压力波动及温度波动的技术问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种压缩空气储能系统，包括：空气压缩机、换热器、储气库、空气膨胀机、回热器和蓄热器，所述换热器包括第一换热管道和第二换热管道，所述回热器包括第三换热管道和第四换热管道，所述储气库包括相互连通的气相空间和蓄热介质空间，所述蓄热介质空间内填充有蓄热介质，所述空气压缩机的出气口通过所述第一换热管道与所述气相空间连通，所述气相空间还通过所述第三换热管道与所述空气膨胀机的进口连接，所述蓄热介质空间通过所述第二换热管道与所述蓄热器的进口连接，所述蓄热器的出口通过所述第四换热管道连接于所述蓄热介质空间。其中，还包括缓冲器，所述缓冲器包括第一进口、第二进口和第一出口，所述蓄热介质空间分别与所述第一进口、所述第一出口连通，所述蓄热器的出口依次通过所述第四换热管道、所述第二进口、所述第一出口与所述蓄热介质空间连通。其中，所述空气压缩机为多台串联或并联的空气压缩机组，且在每个所述空气压缩机的出气口连接有一个所述换热器；若为多个空气压缩机串联，则前一级的所述空气压缩机的出气口通过对应的所述换热器的所述第一换热管道与后一级的所述空气压缩机的进气口连接；若为多个空气压缩机并联，则各级的所述空气压缩机的出气口通过对应的所述换热器的所述第一换热管道并联连接于所述气相空间。其中，所述空气膨胀机为多台串联或并联的空气膨胀机组，且在每个所述空气膨胀机的入口连接有一个所述回热器；若为多个空气膨胀机串联，则后一级的所述空气膨胀机的入口通过对应的所述回热器的所述第三换热管道与前一级的所述空气膨胀机的出口连接；若为多个空气膨胀机并联，则各级的所述空气膨胀机的入口通过对应的所述回热器的所述第三换热管道并联连接于所述气相空间。其中，还包括第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第一泵和第二泵，所述第一阀连接于所述第一换热管道与所述气相空间之间，所述第二阀连接于所述第三换热管道与所述气相空间之间，所述第三阀和第二泵均连接于所述蓄热器的出口与所述第四换热管道之间，所述第四阀和第一泵均连接于所述第二换热管道与所述蓄热介质空间之间。其中，还包括第五阀、第六阀和第三泵，所述第五阀连接于所述蓄热介质空间与所述第一进口之间，所述第六阀和所述第三泵连接于所述蓄热介质空间与所述第一出口之间。本专利技术还公开了一种利用如上述实施例的压缩空气储能系统的储能方法，包括：通过第一阀和第二阀控制所述空气压缩机内的气体进出；储能时，经所述空气压缩机压缩后的空气通过所述换热器与从所述蓄热介质空间中吸出的蓄热介质进行换热后，通入并储存在所述气相空间内，经所述换热器换热后的蓄热介质通入所述蓄热器储存；释能时，所述气相空间内的压缩空气通过回热器与从所述蓄热器内吸出的蓄热介质换热后通入空气膨胀机；从所述蓄热介质空间中吸出的一部分蓄热介质以及经回热器换热后的蓄热介质通过缓冲器回流至所述蓄热介质空间，并通过第四阀控制蓄热介质从所述蓄热介质空间中排至所述蓄热器中，通过第五阀控制蓄热介质从所述蓄热介质空间中排至所述缓冲器中，通过第三阀控制蓄热介质从所述蓄热器排至所述缓冲器中，通过第六阀控制蓄热介质从所述缓冲器排至所述蓄热介质空间中。(三)有益效果本专利技术实施例提供的一种清洁储能系统及储能方法，将释能存储与热能存储系统结合起来，利用储气库、换热器、蓄热器和回热器形成回热循环。充气时，同步将储气库中的蓄热介质排出，以维持储气库中的压力稳定、维持空气压缩机背压稳定，同时，由于蓄热介质可以通过换热器吸收空气压缩产生的压缩热，可保证储气库中空气温度的稳定；放气时，同步将蓄热介质充入储气库，以维持储气库中压力稳定，由于蓄热介质可以通过回热器补偿放气过程储气室中空气的吸热量，同样可保证储气库中空气温度的稳定；因此，本专利技术可同时实现压缩空气储能系统内部热量平衡和压力平衡，避免空气压缩机变背压运行和空气膨胀机滑压运行工况。附图说明图1为本专利技术实施例一种压缩空气储能系统的结构示意图。附图标记：1、空气压缩机；2、换热器；3、储气库；3-1、气相空间；3-2、蓄热介质空间；4、回热器；5、空气膨胀机；6、蓄热器；7、缓冲器；8-1、第一泵；8-2、第三泵；8-3；第二泵；9-1、第一阀；9-2、第二阀；10-1、第四阀；10-2、第五阀；10-3、第三阀；10-4、第六阀。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。如图1所示，本专利技术实施例公开了一种压缩空气储能系统，包括：空气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压缩空气储能系统，其特征在于，包括：空气压缩机、换热器、储气库、空气膨胀机、回热器和蓄热器，所述换热器包括第一换热管道和第二换热管道，所述回热器包括第三换热管道和第四换热管道，所述储气库包括相互连通的气相空间和蓄热介质空间，所述蓄热介质空间内填充有蓄热介质，所述空气压缩机的出气口通过所述第一换热管道与所述气相空间连通，所述气相空间还通过所述第三换热管道与所述空气膨胀机的进口连接，所述蓄热介质空间通过所述第二换热管道与所述蓄热器的进口连接，所述蓄热器的出口通过所述第四换热管道连接于所述蓄热介质空间。/n

【技术特征摘要】
1.一种压缩空气储能系统，其特征在于，包括：空气压缩机、换热器、储气库、空气膨胀机、回热器和蓄热器，所述换热器包括第一换热管道和第二换热管道，所述回热器包括第三换热管道和第四换热管道，所述储气库包括相互连通的气相空间和蓄热介质空间，所述蓄热介质空间内填充有蓄热介质，所述空气压缩机的出气口通过所述第一换热管道与所述气相空间连通，所述气相空间还通过所述第三换热管道与所述空气膨胀机的进口连接，所述蓄热介质空间通过所述第二换热管道与所述蓄热器的进口连接，所述蓄热器的出口通过所述第四换热管道连接于所述蓄热介质空间。


2.根据权利要求2所述的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括缓冲器，所述缓冲器包括第一进口、第二进口和第一出口，所述蓄热介质空间分别与所述第一进口、所述第一出口连通，所述蓄热器的出口依次通过所述第四换热管道、所述第二进口、所述第一出口与所述蓄热介质空间连通。


3.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气压缩机为多台串联或并联的空气压缩机组，且在每个所述空气压缩机的出气口连接有一个所述换热器；
若为多个空气压缩机串联，则前一级的所述空气压缩机的出气口通过对应的所述换热器的所述第一换热管道与后一级的所述空气压缩机的进气口连接；
若为多个空气压缩机并联，则各级的所述空气压缩机的出气口通过对应的所述换热器的所述第一换热管道并联连接于所述气相空间。


4.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气膨胀机为多台串联或并联的空气膨胀机组，且在每个所述空气膨胀机的入口连接有一个所述回热器；
若为多个空气膨胀机串联，则后一级的所述空气膨胀机的入口通过对应的所述回热器的所述第三换热管道与前一级的所述空...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅生伟，薛小代，张学林，张通，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11