一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统及方法技术方案

一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统及方法，包括高压储气腔、蓄水控温装置、压缩罐、切换阀、防水锤机构和可逆式水泵；两个压缩罐的顶端均接有蓄水控温装置，后通过三通连接到高压储气腔，两个压缩罐的底端均通过管道连接到切换阀的一侧的入口，切换阀的另一侧的两个出口分别通过管道连接到可逆式水泵的进水口和出水口，切换阀和可逆式水泵之间的两个管道上均设置有防水锤机构。本发明专利技术的零余隙容积的近等温压缩空气储能系统，通过在压缩罐的主罐上方设置存水罐和喷雾结构，保证了压缩罐在压缩过程的零余隙容积，控制了温度变化，节省了压缩过程的能量损耗。了压缩过程的能量损耗。了压缩过程的能量损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统及方法


[0001]本专利技术为物理储能领域，具体为一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统及方法。

技术介绍

[0002]绿色清洁的发展理念，导致近几年国内新能源的迅猛发展，其中以风电和光电最为突出。但是风力资源和光资源在短时间的波动较大，再加上配合用户侧调负荷的需求，新能源的并网使得电网面临的变负荷要求更高，由此催生出对储能的需求。目前成熟的大规模储能技术有压缩空气储能，抽水蓄能和电化学储能。抽水蓄能对地质条件有较高的要求，电化学储能全生命周期内污染较为严重，而压缩空气储能对地理条件的限制小同时污染也较为可控，是目前适宜推广的大规模储能之一。
[0003]目前，世界上的已经成功运行的压缩空气储能电站只有两个：1)1978年，在德国的亨托夫(Huntor6)诞生第一台商业运行的压缩空气储能机组。2)1991年5月第二座电站在美国阿拉巴马州麦金托夫市(M3intosh)投入运行。但是现有的商业运行的压缩空气储能电站采用补燃的形式，热量利用存在不合理之处，导致整个系统效率低而且补燃会带来系统运行成本的升高以及对环境的污染。
[0004]在传统压缩空气储能电站的基础上，后人提出了无补燃的压缩空气储能的技术。现有的初步的双罐压缩空气储能系统利用双罐循环，来达到压缩储能和膨胀释能的连续过程，但是在压缩最后阶段和膨胀的初始阶段，由于压比变化迅速，带来的温升较为明显，通过热量的耗散带来了额外的热量损失。此外，为了防止液体进入气体管道带来流动的不可控，需要留有一定的余隙容积，这部分的体积也会直接带来能量损失。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统及方法，以解决上述问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统，包括高压储气腔、蓄水控温装置、第一压缩罐、第二压缩罐、切换阀、防水锤机构和可逆式水泵；两个压缩罐的顶端均接有蓄水控温装置，后通过三通连接到高压储气腔，两个压缩罐的底端均通过管道连接到切换阀的一侧的入口，切换阀的另一侧的两个出口分别通过管道连接到可逆式水泵的进水口和出水口，切换阀和可逆式水泵之间的两个管道上均设置有防水锤机构。
[0008]进一步的，蓄水控温装置包括存水罐、喷头、进气控制阀、储气控制阀和进气口；两个压缩罐的罐体上端出口与出口主管道相连，出口主管道上设置有T形三通，三通的一个出口连接进气控制阀后通向进气口，另一个出口连接储气控制阀后连接到高压储气腔；存水罐位于压缩罐上方，存水罐的顶端、侧壁和底端设置有三个接口，顶端和侧壁的接口连接到储气控制阀和高压储气腔之间的主管道上，底端接口连接罐体。
[0009]进一步的，存水罐上端的接口引出的连接管连接到主管道上的位置要高于侧壁接口引出的连接管连接到主管道上的位置；存水罐侧壁上的连接口引出的连接管道以向上倾斜管段连接到通往高压储气罐的主管道上，连接管与主管道的接口位置要高于存水罐的最高点。
[0010]进一步的，存水罐底端的接口连接一个喷雾控制阀后连接到压缩罐的罐体上，在压缩罐内继续延伸并连接有喷头。
[0011]进一步的，存水罐的体积VC与可逆式水泵的体积流量Qv和控制系统的反应时间tc的配合关系为VC>Qv*tc；存水罐的体积VC和压缩过程的压缩热QC之间存在VC>QC/(Dt*ρ*cp)，其中ρ为水的密度，cp为水的比热容，Dt为设定的可接受的温升范围。
[0012]进一步的，切换阀包括轴向步进电机、活动阀块和外壳；外壳内设置有滑道，活动阀块位于外壳内部的滑道内，活动阀块连接步进电机；活动阀块上有两个通孔，切换阀一侧外壳上设置有四个进口连接口，切换阀另一侧有两个出口连接口，切换阀中间两个进口连接口与第一压缩罐下端的主管道通过Y形三通分出的两根管道相连，切换阀边缘两个进口连接口与第二压缩罐下端的主管道通过Y形三通分出的两根管道相连。
[0013]进一步的，切换阀进口侧的连接口的直径为Dv，相邻连接口的外边沿距离为Lv，存在Lv>Dv的关系；切换阀内部活动阀块的通孔直径Dt存在Dv<Dt<Dv+2Lv的配合关系；切换阀出口侧两个接口由切换阀的外壳外侧到内侧形成喇叭状的扩口，内侧直径Di与切换阀进口侧的四个连接口的直径Dv和连接口之间间隔Lv存在Lv<Di<2Dv+2Lv；
[0014]切换阀出口侧上端接口的中心与进口侧上端两个接口构成整体的中心相对，偏差在Dv/2以内；出口侧下端接口的中心与进口侧下端两个接口构成整体的中心相对，偏差在Dv/2以内。
[0015]进一步的，切换阀内部的活动阀块上下的滑动距离Lm，存在Dv+1/2Lv<Lm<Dv+3/2Lv的配合关系。
[0016]进一步的，一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统的储能方法，储能阶段包括以下步骤：
[0017]步骤1，调节阀门：初始时刻，第一压缩罐内充满水，其上方的存水罐内有足量的水，第二压缩罐内充满空气，其上方的存水罐内有足量的水；确定水流的流动方向为从第一压缩罐流向第二压缩罐，调整阀门的状态：第一压缩罐的储气控制阀关闭，喷雾控制阀关闭，进气控制阀打开；第二压缩罐的储气控制阀关闭，喷雾控制阀关闭，进气控制阀关闭；切换阀内部的活动阀块位于上限位；
[0018]步骤2，压缩：可逆式水泵以水泵模式工作，水流方向为从下端流入，从上端泵出；此时第一压缩罐内部的水经下端出口流入连接管道，进入切换阀的连接口，经活动阀块的下端通孔，经可逆式水泵的加压，通过切换阀的上端通孔后进入第二压缩罐，此时第二压缩罐内部空气的压力逐渐升高；
[0019]步骤3，喷雾控温：随着压缩过程的进行，第二压缩罐内液位达到设计值附近时，第二压缩罐内压力升高变快，高压空气的温度升高加快；此时，打开第二压缩罐的喷雾控制阀，第二压缩罐的存水罐内在上次压缩时存留下来的水以喷雾的形式逐渐返回到主罐内，达到控制温度的目的；
[0020]步骤4，储气存水：第二当压缩罐内部的空气压力达到或接近储气要求时，关闭第
二压缩罐的喷雾控制阀，打开第二压缩罐的储气控制阀，随着高压水继续进入第二压缩罐，第二压缩罐的主罐内的高压空气被压到高压储气腔内；当第二压缩罐内部的水位继续上升达到三通所在的位置时，水流沿连接管经存水罐的侧壁进入存水罐内，当水量达到喷雾控温所需的水量后，存水阶段结束，此时，第一压缩罐内充满空气，其对应的存水罐内有足量的水，第二压缩罐内充满水，其对应的存水罐内有足量的水；
[0021]步骤5，切换水流方向，循环执行：继续按照步骤1到步骤4的顺序进行操作，第一压缩罐和第二压缩罐的对应关系进行互换。
[0022]进一步的，释能阶段包括以下步骤：
[0023]步骤1，调节阀门：初始时刻，第一压缩罐内充满水，其上方的存水罐内有足量的水，第二压缩罐内充满接近常压的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统，其特征在于，包括高压储气腔(1)、蓄水控温装置(2)、第一压缩罐(31)、第二压缩罐(32)、切换阀(4)、防水锤机构(5)和可逆式水泵(6)；两个压缩罐的顶端均接有蓄水控温装置，后通过三通连接到高压储气腔(1)，两个压缩罐的底端均通过管道连接到切换阀(4)的一侧的入口，切换阀(4)的另一侧的两个出口分别通过管道连接到可逆式水泵(6)的进水口和出水口，切换阀(4)和可逆式水泵(6)之间的两个管道上均设置有防水锤机构(5)。2.根据权利要求1所述的一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统，其特征在于，蓄水控温装置(2)包括存水罐(25)、喷头(27)、进气控制阀(23)、储气控制阀(22)和进气口(24)；两个压缩罐的罐体上端出口与出口主管道相连，出口主管道上设置有T形三通，三通的一个出口连接进气控制阀(23)后通向进气口(24)，另一个出口连接储气控制阀(22)后连接到高压储气腔(1)；存水罐(25)位于压缩罐上方，存水罐(25)的顶端、侧壁和底端设置有三个接口，顶端和侧壁的接口连接到储气控制阀(22)和高压储气腔(1)之间的主管道上，底端接口连接罐体。3.根据权利要求2所述的一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统，其特征在于，存水罐(25)上端的接口引出的连接管连接到主管道上的位置要高于侧壁接口引出的连接管连接到主管道上的位置；存水罐(25)侧壁上的连接口引出的连接管道以向上倾斜管段连接到通往高压储气罐的主管道上，连接管与主管道的接口位置要高于存水罐(25)的最高点。4.根据权利要求2所述的一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统，其特征在于，存水罐(25)底端的接口连接一个喷雾控制阀(26)后连接到压缩罐的罐体上，在压缩罐内继续延伸并连接有喷头(27)。5.根据权利要求1所述的一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统，其特征在于，存水罐(25)的体积VC与可逆式水泵的体积流量Qv和控制系统的反应时间tc的配合关系为VC>Qv*tc；存水罐的体积VC和压缩过程的压缩热QC之间存在VC>QC/(Dt*ρ*cp)，其中ρ为水的密度，cp为水的比热容，Dt为设定的可接受的温升范围。6.根据权利要求1所述的一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统，其特征在于，切换阀(4)包括轴向步进电机(41)、活动阀块(42)和外壳(45)；外壳(45)内设置有滑道，活动阀块(43)位于外壳(45)内部的滑道内，活动阀块(42)连接步进电机(41)；活动阀块(42)上有两个通孔，切换阀(4)一侧外壳上设置有四个进口连接口，切换阀(4)另一侧有两个出口连接口，切换阀(4)中间两个进口连接口与第一压缩罐(31)下端的主管道通过Y形三通分出的两根管道相连，切换阀(4)边缘两个进口连接口与第二压缩罐(32)下端的主管道通过Y形三通分出的两根管道相连。7.根据权利要求6所述的一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统，其特征在于，切换阀(4)进口侧的连接口的直径为Dv，相邻连接口的外边沿距离为Lv，存在Lv>Dv的关系；切换阀(4)内部活动阀块(42)的通孔直径Dt存在Dv<Dt<Dv+2Lv的配合关系；切换阀出口侧两个接口由切换阀的外壳外侧到内侧形成喇叭状的扩口，内侧直径Di与切换阀进口侧的四个连接口的直径Dv和连接口之间间隔Lv存在Lv<Di<2Dv+2Lv；切换阀(4)出口侧上端接口的中心与进口侧上端两个接口构成整体的中心相对，偏差在Dv/2以内；出口侧下端接口的中心与进口侧下端两个接口构成整体的中心相对，偏差在Dv/2以内。
8.根据权利要求6所述的一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统，其特征在于，切换阀(4)内部的活动阀块(42)上下的滑动距离Lm，存在Dv+1/2Lv<Lm<Dv+3/2Lv的配合关系。9.一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统的储能方法，其特征在于，基于权利要求1至8任意一项所述的一种零余隙容积的等温压缩空气储能系统，储能阶段包括以下步骤：步骤1，调节阀门：初始时刻，第一压缩罐(31)内充满水，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焕然，葛刚强，陶飞跃，贺新，陈昊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：