一种高效利用压缩热的空气储能系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高效利用压缩热的空气储能系统和方法，该系统由压缩机、冷却器、转换储存装置、加热器、膨胀机、冷凝器、低温储热罐、高温储热罐、蒸发器、有机工质膨胀机、升压泵、燃煤机组热力子系统和控制阀门组成，该系统的运行方法包括包括储能模式和释能模式；本发明专利技术利用多余的压缩热加热液体有机工质形成蒸气，蒸气推动有机工质膨胀机对外作功，再利用空气膨胀机出口的低温空气将有机工质膨胀机出口蒸气重新冷凝为液体，提高了压缩热的利用率同时增加了系统有用功，提高了储能效率。提高了储能效率。提高了储能效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高效利用压缩热的空气储能系统和方法


[0001]本专利技术属于储能调峰
，具体涉及一种高效利用压缩热的空气储能系统和方法，适用于独立储能调峰电站，也适用于以燃煤机组为典型的各种热发电厂，能够有效提高储能系统的经济性。

技术介绍

[0002]目前我国风能、太阳能等可再生能源逐年迅猛发展，加之全社会用电量逐年攀升，电网用电峰谷差日益增大，电网对燃煤机组调峰次数及深度的要求均大幅提升。
[0003]目前提高燃煤机组调峰能力的技术主要有电锅炉蓄热技术、水罐蓄热技术、汽轮机蒸汽流程改造技术、电化学电池储能技术等，电锅炉蓄热技术是将电能转化为热能后用于供暖，调峰能力强，但能量品质大幅度降低、只适用于热电联产机组，水罐蓄热技术和汽轮机蒸汽流程改造技术热经济性较好、投资相对低，但调峰能力有限，也只适用于热电联产机组，电化学电池储能技术响应快、体积小、建设周期短，但寿命短、平均成本很高、安全风险大，是否适合建设大规模储能实施仍需工程示范验证。

技术实现思路

[0004]为克服现有燃煤机组调峰技术的不足，本专利技术提出一种高效利用压缩热的空气储能系统和方法，在提高机组调峰能力的同时还能提升压缩热的利用率，并且使用寿命长、全生命周期均化成本低。利用空气储能系统提高燃煤机组的调峰能力时会产生压缩热，由于其温度相对较低且容量很大，凝结水系统只能消耗其中一部分，多余的压缩热无法利用，本专利技术利用多余的压缩热加热有机工质，利用空气膨胀机出口的低温空气为冷源，将压缩热转化为有用功，提高了压缩热的利用率和储能系统的效率。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案。
[0006]一种高效利用压缩热的空气储能系统，由第一压缩机1、第一冷却器2、第二压缩机3、第二冷却器4、第一阀门5、转换储存装置6、第二阀门7、第一加热器8、第一膨胀机9、第一冷凝器10、第二加热器11、第二膨胀机12、第二冷凝器13、低温储热罐14、第三阀门15、第四阀门16、高温储热罐17、第五阀门18、第六阀门19、蒸发器20、第七阀门21、有机工质膨胀机22、升压泵23、第八阀门24和燃煤机组热力子系统25组成；
[0007]所述第一压缩机1出口依次与第一冷却器2高温侧入口、第一冷却器2高温侧出口、第二压缩机3、第二冷却器4高温侧入口、第二冷却器4高温侧出口、第一阀门5和转换储存装置6入口连接；转换储存装置6出口依次与第二阀门7、第一加热器8低温侧入口、第一加热器8低温侧出口、第一膨胀机9、第一冷凝器10低温侧入口、第一冷凝器10低温侧出口、第二加热器11低温侧入口、第二加热器11低温侧出口、第二膨胀机12、第二冷凝器13低温侧入口和第二冷凝器13低温侧出口连接；低温储热罐14出口通过第三阀门15分别与第一冷却器2低温侧入口和第二冷却器4低温侧入口连接，第一冷却器2低温侧出口和第二冷却器4低温侧出口通过第四阀门16与高温储热罐17入口连接、通过第八阀门24依次与燃煤机组热力子系
统25和低温储热罐14入口连接；高温储热罐17出口通过第五阀门18分别与第二加热器11高温侧入口、第一加热器8高温侧入口和蒸发器20高温侧入口连接，第二加热器11高温侧出口和第一加热器8高温侧出口通过第六阀门19和低温储热罐14入口连接，蒸发器20高温侧出口通过第七阀门21与低温储热罐14入口连接；有机工质膨胀机22出口分别与第二冷凝器13高温侧入口、第一冷凝器10高温侧入口连接，第二冷凝器13高温侧出口和第一冷凝器10高温侧出口通过升压泵23与蒸发器20低温侧入口连接，蒸发器20低温侧出口与有机工质膨胀机22入口连接；该系统利用多余的压缩热加热液体有机工质形成蒸气，蒸气推动有机工质膨胀机对外作功，再利用空气膨胀机出口即第一膨胀机9和第二膨胀机12出口的低温空气将有机工质膨胀机出口蒸气重新冷凝为液体，提高了压缩热的利用率同时增加了系统有用功，提高了储能效率。
[0008]所述第一压缩机1和第二压缩机3后分别设有第一冷却器2和第二冷却器4，能够降低压缩机进口空气的温度，进而减小单位质量流量空气的压缩耗功。
[0009]所述第一冷却器2和第二冷却器4均分别与燃煤机组热力子系统25和高温储热罐17连接，一部分空气压缩热供给燃煤机组热力子系统25，多余的空气压缩热储存在高温储热罐17中。
[0010]所述转换储存装置6能储存高压气态空气，也能储存低温液态空气。
[0011]所述第一膨胀机9和第二膨胀机12的出口分别设有第一冷凝器10和第二冷凝器13，膨胀机出口空气温度低于环境温度，能将有机工质蒸气冷凝为液体。
[0012]所述蒸发器20利用压缩热产生有机工质蒸气，进而推动有机工质膨胀机22做功。
[0013]该系统利用多余压缩热加热有机工质，利用膨胀机出口低温空气为冷源，提高了压缩热的利用效率，具有良好的经济性。
[0014]所述的一种高效利用压缩热的空气储能系统的运行方法，包括储能模式和释能模式，具体如下：
[0015]储能模式：电网用电低谷、需要燃煤机组降低发电负荷时开启储能模式，打开第一阀门5、第三阀门15和第四阀门16，调整第八阀门24的开度，关闭第二阀门7、第五阀门18、第六阀门19和第七阀门21；利用燃煤机组电能驱动第一压缩机1和第二压缩机3转动，空气经第一压缩机1提高压力后，进入第一冷却器2降温后重新进入第二压缩机3提高压力，再进入第二冷却器4降温后进入转换储存装置6储存；传热介质由低温储热罐14进入第一冷却器2和第二冷却器4中吸收热量提升温度，一部分升温后的传热介质进入燃煤机组热力子系统25释放热量，再回到低温储热罐14中，另一部分升温后的传热介质直接进入高温储热罐17储存；
[0016]释能模式：电网用电高峰、需要燃煤机组提升发电负荷时开启释能模式，关闭第一阀门5、第三阀门15、第四阀门16和第八阀门24的开度，打开第二阀门7、第五阀门18、第六阀门19和第七阀门21；高压空气从转换储存装置6中流出，在第一加热器8中吸收热量提高温度，再进入第一膨胀机9膨胀做功，第一膨胀机9出口得到的中压低温空气先进入第一冷凝器10中冷却有机工质，再进入第二加热器11中吸收热量提高温度，升温后的中压空气进入第二膨胀机12膨胀做功，第二膨胀机12出口的低温空气进入第二冷凝器13中冷却有机工质，随后排入周围环境；传热介质由高温储热罐17流出，一部分传热介质分别进入第一加热器8和第二加热器11释放热量加热空气，随后进入低温储热罐14，另一部分传热介质进入蒸
发器20加热有机工质，随后进入低温储热罐14；液体有机工质在蒸发器20中吸收热量生成高压蒸气，随后进入有机工质膨胀机22膨胀输出有用功，低压有机工质蒸气在第一冷凝器10和第二冷凝器13中被冷凝成液体，液体有机工质经升压泵23提高压力后重新进入蒸发器20吸收热量。
[0017]和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点：
[0018]本专利技术高效利用压缩热的空气储能系统和方法，适用于独立储能调峰电站，也适用于以燃煤机组为典型的各种热发电厂，能够提高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效利用压缩热的空气储能系统，其特征在于：由第一压缩机(1)、第一冷却器(2)、第二压缩机(3)、第二冷却器(4)、第一阀门(5)、转换储存装置(6)、第二阀门(7)、第一加热器(8)、第一膨胀机(9)、第一冷凝器(10)、第二加热器(11)、第二膨胀机(12)、第二冷凝器(13)、低温储热罐(14)、第三阀门(15)、第四阀门(16)、高温储热罐(17)、第五阀门(18)、第六阀门(19)、蒸发器(20)、第七阀门(21)、有机工质膨胀机(22)、升压泵(23)、第八阀门(24)和燃煤机组热力子系统(25)组成；所述第一压缩机(1)出口依次与第一冷却器(2)高温侧入口、第一冷却器(2)高温侧出口、第二压缩机(3)、第二冷却器(4)高温侧入口、第二冷却器(4)高温侧出口、第一阀门(5)和转换储存装置(6)入口连接；转换储存装置(6)出口依次与第二阀门(7)、第一加热器(8)低温侧入口、第一加热器(8)低温侧出口、第一膨胀机(9)、第一冷凝器(10)低温侧入口、第一冷凝器(10)低温侧出口、第二加热器(11)低温侧入口、第二加热器(11)低温侧出口、第二膨胀机(12)、第二冷凝器(13)低温侧入口和第二冷凝器(13)低温侧出口连接；低温储热罐(14)出口通过第三阀门(15)分别与第一冷却器(2)低温侧入口和第二冷却器(4)低温侧入口连接，第一冷却器(2)低温侧出口和第二冷却器(4)低温侧出口通过第四阀门(16)与高温储热罐(17)入口连接、通过第八阀门(24)依次与燃煤机组热力子系统(25)和低温储热罐(14)入口连接；高温储热罐(17)出口通过第五阀门(18)分别与第二加热器(11)高温侧入口、第一加热器(8)高温侧入口和蒸发器(20)高温侧入口连接，第二加热器(11)高温侧出口和第一加热器(8)高温侧出口通过第六阀门(19)和低温储热罐(14)入口连接，蒸发器(20)高温侧出口通过第七阀门(21)与低温储热罐(14)入口连接；有机工质膨胀机(22)出口分别与第二冷凝器(13)高温侧入口、第一冷凝器(10)高温侧入口连接，第二冷凝器(13)高温侧出口和第一冷凝器(10)高温侧出口通过升压泵(23)与蒸发器(20)低温侧入口连接，蒸发器(20)低温侧出口与有机工质膨胀机(22)入口连接；该系统利用多余的压缩热加热液体有机工质形成蒸气，蒸气推动有机工质膨胀机对外作功，再利用空气膨胀机出口即第一膨胀机(9)和第二膨胀机(12)出口的低温空气将有机工质膨胀机出口蒸气重新冷凝为液体，提高了压缩热的利用率同时增加了系统有用功，提高了储能效率。2.根据权利要求1所述的一种高效利用压缩热的空气储能系统，其特征在于：所述第一压缩机(1)和第二压缩机(3)后分别设有第一冷却器(2)和第二冷却器(4)，能够降低压缩机进口空气的温度，进而减小单位质量流量空气的压缩耗功。3.根据权利要求1所述的一种高效利用压缩热的空气储能系统，其特征在于：所述第一冷却器(2)和第二冷却器(4)均...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建元，居文平，马汀山，许朋江，常东锋，王妍，吕凯，
申请(专利权)人：西安西热节能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：