基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统及方法技术方案

一种基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统及方法，通过填充床蓄热装置、储液罐和屏蔽泵依次串联形成蓄释热回路，换热器位于蓄释热回路的流式填充床蓄热装置和屏蔽泵之间的蓄释热回路中，换热器靠近流式填充床蓄热装置一侧与压缩机连接，换热器靠近屏蔽泵一侧与高压储气室连接，膨胀机连接于压缩机和换热器之间的管路中，克服了原系统中两个回路完成蓄热和释热使系统投入成本过高的问题，具有结构简单，蓄热和释热共用一个回路，蓄热效率高，结构紧凑，所需辅助及组成设备减少，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统及方法


[0001]本专利技术属于储能
，涉及一种基于蓄热释热共用回路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 A 、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CN 105370408 A 虽然提出了紧凑型蓄热系统，但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 105370408、CN 107299891 B 中是采用高温蓄热子系统，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，而且在储能过程和释能过程中蓄热系统中是两个独立循环回路，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蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统及方法，结构简单，采用填充床蓄热装置、储液罐和屏蔽泵依次串联形成蓄释热回路，换热器位于蓄释热回路的填充床蓄热装置和屏蔽泵之间的蓄释热回路中，换热器靠近填充床蓄热装置一侧与压缩机连接，换热器靠近屏蔽泵一侧与高压储气室连接，膨胀机连接于压缩机和换热器之间的管路中，蓄热和释热共用一个回路，固体蓄热材料和液态传热介质共同完成蓄热和释热，蓄热效率高，结构紧凑，所需辅助及组成设备减少，成本低。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于蓄热释热共用回路
的压缩空气储能系统，其特征是：它包括压缩机、换热器、填充床蓄热装置、储液罐、屏蔽泵、高压储气室和膨胀机；所述填充床蓄热装置、储液罐和屏蔽泵依次串联形成蓄释热回路，换热器位于蓄释热回路的填充床蓄热装置和屏蔽泵之间的蓄释热回路中，换热器靠近填充床蓄热装置一侧与压缩机连接，换热器靠近屏蔽泵一侧与高压储气室连接，膨胀机连接于压缩机和换热器之间的管路中。
[0007]所述填充床蓄热装置内部为固体蓄热材料。
[0008]所述填充床蓄热装置为喷淋式或分流式填充床。
[0009]所述蓄释热回路中设置稳压系统，填充床蓄热装置位于稳压系统和储液罐之间。
[0010]所述稳压系统包括稳压管路中依次连接的稳压装置和气体流量调节阀，体流量调节阀一端与蓄释热回路连接。
[0011]所述蓄释热回路中设置膨胀槽，膨胀槽位于填充床蓄热装置和换热器之间与蓄释热回路连接。
[0012]所述填充床蓄热装置内填充固体蓄热材料；储液罐内储存液态传热介。
[0013]所述压缩机和换热器之间的管路中设置三通换向阀，膨胀机与三通换向阀连接。
[0014]所述填充床蓄热装置内部的采用单元格通道与喷淋头、多孔板、或两者的组合体，单元格通道内外设置固体蓄热材料。
[0015]如上所述的基于蓄热释热共用回路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固体蓄热材料装入填充床蓄热装置内密封；S2，除气，打开气体流量调节阀，利用稳压系统的稳压装置对蓄释热回路除气，将蓄释热回路中的空气排尽；S3，注入传热介质，将液态传热介质直接注入储液罐内；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高压储气室中；S5
‑
1，压缩机和屏蔽泵启动，压缩机排出的高温高压空气进入换热器，换热器吸收热量后与屏蔽泵排出的低温液态传热介质进行热量转换；此过程中，三通换向阀阻止高温高压空气进入膨胀机；S5
‑
2，低温液态传热介质吸收热量后进入填充床蓄热装置内，对固体蓄热材料进行加温，之后再回流至储液罐中；高温高压空气降温后形成低温高压空气进入高压储气室内储存；S5
‑
3，当填充床蓄热装置内部的固体蓄热材料全部蓄热完毕，或者高压储气室内的低温高压空气达到设定容量及压力值时，储能过程结束；压缩机、屏蔽泵和三通换向阀关闭；S6，释能阶段，在用电高峰期，高压储气室内的低温高压空气转换成高温高压空气输送给膨胀机做功；S6
‑
1，屏蔽泵启动，储液罐里面的高温液态传热介质进入换热器，换热器吸收热量
后与高压储气室排出的低温高压空气进行热量转换；S6
‑
2，高温液态传热介质通过换热器释放热量给低温高压空气后进入填充床蓄热装置内并与内部的高温固体蓄热材料进行热交换，吸收热量再回流至储液罐中；低温高压空气转换后形成的高温高压空气进入膨胀机做功；此过程中，三通换向阀阻止低温高压空气进入压缩机；S6
‑
3，当填充床蓄热装置内部的固体蓄热材料全部释热完毕或高压储气室内的低温高压空气释放达到设定值时，释能过程结束。
[0016]本专利技术同时把原蓄热系统中在储能蓄热阶段的循环回路和释能发电时释热阶段的循环回路有效的优化为一个循环回路，在同样满足性能需求的前提下，大大缩减了蓄热的复杂性，增加了可操作性的同时进一步降低系统的初投资。
[0017]本专利技术将喷淋和分流结合高效换热技术与蓄释热回路相结合，进一步提高填充床的储热释热效率，进一步提高压缩空气储能系统的整体效率。
[0018]本专利技术中蓄热采用喷淋结合分流方式蓄热，填充床内部装有蓄热材料，传热介质采用具有流动性好、导热性能强、高比热容的液态介质，蓄热材料采用单位体积蓄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：它包括压缩机（101）、换热器（102）、填充床蓄热装置（106）、储液罐（108）、屏蔽泵（109）、高压储气室（110）和膨胀机（111）；所述填充床蓄热装置（106）、储液罐（108）和屏蔽泵（109）依次串联形成蓄释热回路，换热器（102）位于蓄释热回路的填充床蓄热装置（106）和屏蔽泵（109）之间的蓄释热回路中，换热器（102）靠近填充床蓄热装置（106）一侧与压缩机（101）连接，换热器（102）靠近屏蔽泵（109）一侧与高压储气室（110）连接，膨胀机（111）连接于压缩机（101）和换热器（102）之间的管路中。2.根据权利要求1所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述填充床蓄热装置（106）内部为固体蓄热材料。3.根据权利要求1所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述填充床蓄热装置（106）为喷淋式或分流式填充床。4.根据权利要求1所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述蓄释热回路中设置稳压系统（103），填充床蓄热装置（106）位于稳压系统（103）和储液罐（108）之间。5.根据权利要求4所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述稳压系统（103）包括稳压管路中依次连接的稳压装置和气体流量调节阀，气体流量调节阀一端与蓄释热回路连接。6.根据权利要求1所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述蓄释热回路中设置膨胀槽（104），膨胀槽（104）位于填充床蓄热装置（106）和换热器（102）之间与蓄释热回路连接。7.根据权利要求1所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述填充床蓄热装置（106）内填充固体蓄热材料（107）；储液罐（108）内储存液态传热介。8.根据权利要求1所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述压缩机（101）和换热器（102）之间的管路中设置三通换向阀（112），膨胀机（111）与三通换向阀（112）连接。9.根据权利要求3所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述填充床蓄热装置（106）内部的采用单元格通道与喷淋头、多孔板、或两者的组合体（105），单元格通道内外设置固体蓄热材料（107）。10.根据权利要求1~9任一项所述的基于蓄热释热共用回路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...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宁宁，孙长平，尹立坤，蔺新星，张翼，
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：