基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统及方法制造方法及图纸

一种基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统及方法，它包括压缩系统、储气系统、蓄热系统、稳压系统和透平系统，通过在储气系统与压缩机之间的排气管路中设置低温换热器与储热回路连接，在储气系统与透平系统之间的排气管路中设置高温换热器与释热回路连接，储热回路将压缩系统的高温高压气体转换成低温高压气体，储气系统储存低温高压气体，释热回路将储气系统的低温高压气体转换成高温高压气体驱动透平系统做功，通过液态传热介质在储热回路和释热回路中循环流动作为传热介质，形成雨幕进入填充床蓄热装置内的通道单元与固体蓄热材料共同完成蓄热。本发明专利技术具有结构简单，均匀分布热交换，热交换强度高，降低成本的同时提高热电转化效率的特点。时提高热电转化效率的特点。时提高热电转化效率的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统及方法


[0001]本专利技术属于储能
，涉及一种基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统及方法。

技术介绍

[0002]压缩空气储能是一种大规模物理储能技术——采用空气作为储能介质，在用电低谷时可将富裕的电通过电能
‑
机械能
‑
分子内能的转化路径实现电能以高压空气的形式大规模物理存储，在用电高峰时通过分子内能
‑
机械能
‑
电能的转化路径，把储存起来的高压空气转化为电能对外输出。压缩空气储能技术具有环境友好、使用寿命长、容量大及操作安全等优点。
[0003]压缩空气储能技术目前可以分为补燃式和非补燃式两类。补燃式是始于20世纪70年代，是以燃气发电为基础展开的。该技术路线脱胎于传统的内燃机增压理论，将传统燃气轮机增压膨胀的连续过程进行解耦变为空气增压和透平膨胀两个过程。补燃式储能系统装机功率大，经济性好，以当时的燃气轮机技术水平其循环效率可达42
‑
55%，除去补燃其循环效率只有20%左右。而非补燃式是以独立的高性能压缩空气储能为出发点，以提高针对空气动力循环热效率为基础展开的。该技术路线摒弃与燃气轮机技术的结合，采用专用的空气透平技术体系；并且不依赖化石燃料的补热，通过充分回收压缩热并进行储存，在发电过程中为气体补热升温所用，减少额外热量需求，从而提高系统整体的运行效率。非补燃式压缩空气储能技术装机功率适中，经济性适中，循环效率可达50
‑
65%。
>[0004]专利CN 105370408及专利CN 107299891 B 都是采用非补燃方式的压缩空气储能方式，其中蓄热子系统的蓄热范围较低，采用水作为传热介质和蓄热介质，虽然可以降低出投资成本，但是因为考虑的蓄热温度和释热温度不高，在释能过程中传递给进入透平的空气的热量较低，热电转化的整体效率有待提高。而专利CN 107299891 B 中是采用高温蓄热系统，能够在释能过程中使进入透平的空气提高到更高的温度，从而提高系统的热电转化效率，但是该专利中是采用导热油作为传热介质和蓄热介质，初投资成本高昂。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统及方法，结构简单，采用在储气系统与压缩机之间的排气管路中设置低温换热器与储热回路连接，在储气系统与透平系统之间的排气管路中设置高温换热器与释热回路连接，储热回路将压缩系统的高温高压气体转换成低温高压气体，储气系统储存低温高压气体，释热回路将储气系统的低温高压气体转换成高温高压气体驱动透平系统做功，液态传热介质在储热回路和释热回路中循环流动作为传热介质，形成雨幕进入填充床蓄热装置内的通道单元与固体蓄热材料共同完成蓄热，通过分流式结构，传热流体可以均匀喷淋在固体蓄热介质表面，该填充床内部采用正排列式或交错排列式的单元格通道，当传热流体流入填充床内部通过单元格通道时，可以提高填充床内部传热流体的分布均匀性，从而提高
传热流体与填充床内部蓄热介质之间的热交换强度与均匀性，提升填充床蓄热装置的蓄热效率。降低成本的同时提高热电转化效率。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统，它包括压缩系统、储气系统、蓄热系统、稳压系统和透平系统；所述蓄热系统的低温换热器和高温换热器位于压缩系统的排气管路中，排气管路的两端分别与压缩机和透平系统连接，储气系统的储气罐位于低温换热器和高温换热器之间的排气管路中与排气管路连通，蓄热系统的储热回路和释热回路皆与填充床蓄热装置连接，位于填充床蓄热装置两侧的储热回路和释热回路中分别设置储热阀和释热阀；填充床蓄热装置为分流式结构，其腔体顶部设置镂空孔板或喷淋头，位于腔体内设置多个通道单元；通过分流式结构，传热流体可以均匀喷淋在固体蓄热介质表面，该填充床内部采用正排列式或交错排列式的单元格通道，当传热流体流入填充床内部通过单元格通道时，可以提高填充床内部传热流体的分布均匀性，从而提高传热流体与填充床内部蓄热介质之间的热交换强度与均匀性，提升填充床蓄热装置的蓄热效率。；稳压系统与填充床蓄热装置连接；储热阶段释热阀关闭，释热阶段储热阀关闭。
[0007]所述压缩系统包括与压缩机排气侧连接的排气管路。
[0008]所述储气系统包储气罐、进气阀和排气阀，进气阀和排气阀分别位于储气罐的进气侧和排气侧与排气管路连接。
[0009]所述蓄热系统包括与填充床蓄热装置的填充床管路两端连接的储热回路和释热回路，以及与填充床管路串联的储液罐，稳压系统与填充床蓄热装置进液端的填充床管路连接。
[0010]所述储热回路包括位于两个储热阀之间的低温屏蔽泵和低温换热器。
[0011]所述释热回路包括位于两个释热阀之间的高温屏蔽泵和高温换热器。
[0012]所述稳压系统包括与稳压管路中依次连接的稳压装置和气体流量调节阀。
[0013]所述透平系统为膨胀机。
[0014]所述释热回路的释热阀与高温换热器之间连接有膨胀槽，膨胀槽的管路中设置膨胀阀。
[0015]如上所述的基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统的储能方法，它包括如下步骤：S1，填料，将单位体积蓄热密度大的蓄热球或石子的蓄热材料装入填充床蓄热装置内密封，关闭排料阀；S2，除气，打开气体流量调节阀，利用稳压装置对蓄热系统除气，将蓄热系统中的空气排尽；S3，注入传热介质，将液态传热介质直接注入储液罐内；或者将液态传热介质注入膨胀槽后进入释热回路流入到储液罐内；S4，压力调节，调节气体流量调节阀，对子填充床蓄热装置进行加压至设定工作压力；S5，储能阶段，利用低谷电或可再生能源电驱动压缩机对空气进行压缩，将高温高压空气转换成低温高压空气储存于储气罐中；S5
‑
1，释热阀关闭，储热阀打开，低温屏蔽泵启动，将储液罐里面的液态传热介质
输送至低温换热器，经过低温换热器的液态传热介质进入填充床蓄热装置内后再回流至储液罐内形成储热回路；此时，填充床蓄热装置处于低温状态；液态传热介质穿过镂空孔板时形成雨幕进入填充床蓄热装置内的通道单元；液态传热介质穿过镂空孔板（311）时形成雨幕进入填充床蓄热装置内的通道单元（312）；通过分流式结构，传热流体可以均匀喷淋在固体蓄热介质表面，该填充床内部采用正排列式或交错排列式的单元格通道，当传热流体流入填充床内部通过单元格通道时，可以提高填充床内部传热流体的分布均匀性，从而提高传热流体与填充床内部蓄热介质之间的热交换强度与均匀性；S5
‑
2，释热阀和排气阀关闭，压缩机启动，压缩后的高温高压空气沿排气管路进入低温换热器与其充分接触，低温换热器吸收热量并传导给液态传热介质，液态传热介质在储热回路中不断循环，液态传热介质经过填充床蓄热装置后对填充床蓄热装置内的固体蓄热介质进行加温；高温高压空气经过低温换热器后转换成低温高压空气沿排气管路进入储气罐内储存；S5
‑
3，当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统，其特征是：它包括压缩系统、储气系统、蓄热系统、稳压系统和透平系统；所述蓄热系统的低温换热器（35）和高温换热器（38）位于压缩系统的排气管路（12）中，排气管路（12）的两端分别与压缩机（11）和透平系统连接；储气系统的储气罐（21）位于低温换热器（35）和高温换热器（38）之间的排气管路（12）中与排气管路（12）连通；蓄热系统的储热回路和释热回路皆与填充床蓄热装置（31）连接；位于填充床蓄热装置（31）两侧的储热回路和释热回路中分别设置储热阀（33）和释热阀（36）；填充床蓄热装置（31）为分流式结构，其腔体顶部设置镂空孔板（311）或喷淋头，位于腔体内设置多个通道单元（312）；通过分流式结构，传热流体可以均匀喷淋在固体蓄热介质表面，该填充床内部采用正排列式或交错排列式的单元格通道，当传热流体流入填充床内部通过单元格通道时，可以提高填充床内部传热流体的分布均匀性，从而提高传热流体与填充床内部蓄热介质之间的热交换强度与均匀性，提升填充床蓄热装置的蓄热效率；稳压系统与填充床蓄热装置（31）连接；储热阶段释热阀（36）关闭，释热阶段储热阀（33）关闭。2.根据权利要求1所述的基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统，其特征是：所述压缩系统包括与压缩机（11）排气侧连接的排气管路（12）。3.根据权利要求1所述的基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统，其特征是：所述储气系统包储气罐（21）、进气阀（22）和排气阀（23），进气阀（22）和排气阀（23）分别位于储气罐（21）的进气侧和排气侧与排气管路（12）连接。4.根据权利要求1所述的基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统，其特征是：所述蓄热系统包括与填充床蓄热装置（31）的填充床管路（39）两端连接的储热回路和释热回路，以及与填充床管路（39）串联的储液罐（32），稳压系统与填充床蓄热装置（31）进液端的填充床管路（39）连接。5.根据权利要求1所述的基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统，其特征是：所述储热回路包括位于两个储热阀（33）之间的低温屏蔽泵（34）和低温换热器（35）。6.根据权利要求1所述的基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统，其特征是：所述释热回路包括位于两个释热阀（36）之间的高温屏蔽泵（37）和高温换热器（38）。7.根据权利要求1所述的基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统，其特征是：所述稳压系统包括与稳压管路（41）中依次连接的稳压装置（42）和气体流量调节阀（43）。8.根据权利要求1所述的基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统，其特征是：所述透平系统为膨胀机（5）。9.根据权利要求1所述的基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统，其特征是：所述释热回路的释热阀（36）与高温换热器（38）之间连接有膨胀槽（6），膨胀槽（6）的管路中设置膨胀阀（61）。10.根据权利要求1~9任一项所述的基于改进型高效储热装置的压缩空气储能系统的储能方法，其特征是，它包括如下步骤：S1，填料，将单位体积蓄热密度大的蓄热球或石子的蓄热材料装入填充床蓄热装置（31）内密封，关闭排料阀；S2，除气，打开气体流量调节阀（43），利用稳压装置（42）对蓄热系统除气，将蓄热系统中的空气排尽；S3，注入传热介质，将液态传热介质直接注入储液罐（32）内；或者将液态传热介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宁宁，孙长平，尹立坤，蔺新星，刘延超，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：