一种快速响应的光热压缩空气储能系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及空气储能系统技术领域，具体涉及一种快速响应的光热压缩空气储能系统。包括：空气压缩支路，其包括依次串联的空气压缩机、蓄热换热器的高温侧流道及储气装置；空气膨胀支路，其包括依次串联的储气装置、回热换热器的低温侧流道、光热再热器的低温侧流道及空气膨胀机；压缩热循环回路，其由低温压缩热载体储罐及循环泵、蓄热换热器的低温侧流道、高温压缩热载体储罐及循环泵、回热换热器的高温侧流道首尾串联而成；光热循环回路，其由低温光热载体储罐及循环泵、光热集热装置、高温光热载体储罐及循环泵、光热再热器的高温侧流道首尾串联而成。本系统能够降低能耗、增加可再生能源的消纳途径，缩短系统响应时间。缩短系统响应时间。缩短系统响应时间。

【技术实现步骤摘要】
一种快速响应的光热压缩空气储能系统及方法


[0001]本专利技术涉及空气储能系统
，具体涉及一种快速响应的光热压缩空气储能系统及方法。

技术介绍

[0002]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大规模储能技术，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，消耗电能驱动空气压缩机，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时，储气装置将存储的压缩空气释放出来，在透平膨胀机中膨胀做功并带动发电机发电；根据上述原理，压缩空气储能系统能够完成电能—空气势能—电能的转化。
[0003]传统的压缩空气储能系统在释能发电时，需要首先将空气和天然气混合燃烧，利用生成的高温烟气进行膨胀做功，因而存在天然气依赖性及二次碳排放问题。绝热压缩空气储能对传统压缩空气储能系统进行了优化改进，通过采用大压比准绝热压缩过程，在压缩过程中将空气压缩至高温后存储高温(高品位)压缩热能，并将其用于加热膨胀机进气，从而替代天然气的燃烧加热，消除了天然气依赖性和二次碳排放；然而，大压比准绝热压缩将导致压缩过程功耗增大，限制了系统效率的提升。
[0004]储能的另一用途是通过储能平滑风、光等可再生能源出力的波动性，从而促进可再生能源消纳。然而，常规压缩空气储能系统均采用单一的电储能工作模式，一定程度上限制了可再生能源的消纳途径。
[0005]此外，作为一种典型的热力系统，由于储能过程及发电过程间歇运行，导致空气膨胀机呈周期性启停工作模式。在机组停机一段时间后，由于漏热等因素导致换热器等装备温度下降，而考虑大型设备机械结构存在升温速率限制，因此不能在短时间内达到额定温度和满负荷，导致系统对发电调度的响应时间增加。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中压缩空气储能系统能耗高、限制可再生能源的消纳途径以及系统响应时间较长的缺陷，从而提供一种快速响应的光热压缩空气储能系统及方法。
[0007]本专利技术提供的快速响应的光热压缩空气储能系统，包括：
[0008]空气压缩支路，其包括依次串联的空气压缩机、蓄热换热器的高温侧流道及储气装置；
[0009]空气膨胀支路，其包括依次串联的储气装置、回热换热器的低温侧流道、光热再热器的低温侧流道及空气膨胀机；
[0010]压缩热循环回路，其由低温压缩热载体储罐、低温压缩热载体循环泵、蓄热换热器的低温侧流道、高温压缩热载体储罐、高温压缩热载体循环泵及回热换热器的高温侧流道
首尾串联而成；
[0011]光热循环回路，其由低温光热载体储罐、低温光热载体循环泵、光热集热装置、高温光热载体储罐、高温光热载体循环泵及光热再热器的高温侧流道首尾串联而成。
[0012]可选的，所述蓄热换热器的高温侧流道与所述储气装置之间还串联有气液分离器。
[0013]可选的，所述空气压缩机由电动机驱动。
[0014]可选的，所述压缩热循环回路与所述光热循环回路中填充有同种或异种热载体。
[0015]可选的，所述空气压缩支路包括相互串联的两个或多个由所述空气压缩机和蓄热换热器的高温侧流道形成的组合。
[0016]可选的，所述空气膨胀支路包括相互串联的两个或多个由回热换热器的低温侧流道、光热再热器的低温侧流道和空气膨胀机形成的组合。
[0017]本专利技术提供的快速响应的光热压缩空气储能方法：
[0018]在具备日照条件的时段，通过低温光热载体循环泵驱动低温光热载体储罐内的低温光热载体满负荷流经光热集热装置集热，同时，通过高温光热载体循环泵驱动高温光热载体储罐内的高温光热载体低负荷流经光热再热器，维持所述光热再热器在热备用状态；
[0019]在不具备日照条件的时段，通过所述高温光热载体循环泵驱动所述高温光热载体储罐内的高温光热载体低负荷流经所述光热再热器，维持所述光热再热器在热备用状态；
[0020]在任何时段，当空气膨胀支路接收调度指令启动时，通过所述高温光热载体循环泵驱动所述高温光热载体储罐内的高温光热载体满负荷流经所述光热再热器，维持所述光热再热器在满负荷工作状态。
[0021]可选的，在任何时段，储气装置以小流量释放压缩空气，使压缩空气经光热再热器加热后提升至工作温度，然后进入空气膨胀机中，维持所述空气膨胀机在热备用状态。
[0022]可选的，所述储气装置释放的压缩空气能维持空气膨胀机低速运转。
[0023]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0024]1.本专利技术提供的快速响应的光热压缩空气储能系统及方法，设有光热循环回路，储气装置内的压缩空气经过回热换热器和光热再热器两次加热，利用太阳能光热进一步提升空气膨胀机进气温度，能够显著提升空气膨胀机做功能力；
[0025]2.本专利技术提供的快速响应的光热压缩空气储能系统及方法，由于采用高温光热进一步提升膨胀进气温度，可允许压缩过程采用较小压比的准绝热压缩过程，从而降低压缩机功耗，提升系统效率；
[0026]3.本专利技术提供的快速响应的光热压缩空气储能系统及方法，通过耦合太阳能光热，该系统还可利用盈余的低品位压缩热能进行供热，从而将单一的电
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电储能模式拓展至热电联储
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联供，增加了可再生能源的消纳途径和消纳能力；
[0027]4.本专利技术提供的快速响应的光热压缩空气储能系统及方法，由于采用廉价光热使空气膨胀支路的光热再热器甚至空气膨胀机始终处于热备用状态，系统收到发电指令后，无需预热或缓慢升温，即可直接进入满负荷运行状态，系统响应特性得到显著改善。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体
实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术实施例中光热压缩空气储能系统的示意图。
[0030]附图标记说明：
[0031]1、空气压缩机；2、蓄热换热器；3、气液分离器；4、储气装置；5、回热换热器；6、光热再热器；7、空气膨胀机；8、低温压缩热载体储罐；9、低温压缩热载体循环泵；10、高温压缩热载体储罐；11、高温压缩热载体循环泵；12、低温光热载体储罐；13、低温光热载体循环泵；14、光热集热装置；15、高温光热载体储罐；16、高温光热载体循环泵。
具体实施方式
[0032]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速响应的光热压缩空气储能系统，其特征在于，包括：空气压缩支路，其包括依次串联的空气压缩机(1)、蓄热换热器(2)的高温侧流道及储气装置(4)；空气膨胀支路，其包括依次串联的储气装置(4)、回热换热器(5)的低温侧流道、光热再热器(6)的低温侧流道及空气膨胀机(7)；压缩热循环回路，其由低温压缩热载体储罐(8)、低温压缩热载体循环泵(9)、蓄热换热器(2)的低温侧流道、高温压缩热载体储罐(10)、高温压缩热载体循环泵(11)及回热换热器(5)的高温侧流道首尾串联而成；光热循环回路，其由低温光热载体储罐(12)、低温光热载体循环泵(13)、光热集热装置(14)、高温光热载体储罐(15)、高温光热载体循环泵(16)及光热再热器(6)的高温侧流道首尾串联而成。2.根据权利要求1所述的快速响应的光热压缩空气储能系统，其特征在于，所述蓄热换热器(2)的高温侧流道与所述储气装置(4)之间还串联有气液分离器(3)。3.根据权利要求1所述的快速响应的光热压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气压缩机(1)由电动机驱动。4.根据权利要求3所述的快速响应的光热压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩热循环回路与所述光热循环回路中填充有同种或异种热载体。5.根据权利要求1
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4任一项所述的快速响应的光热压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气压缩支路包括相互串联的两个或多个由所述空气压缩机(1)和蓄热换热器(2)的高温侧流道形成的组合。6.根据权利要求1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宁宁，孙长平，尹立坤，梅生伟，蔺新星，薛小代，张学林，钟声远，张通，丁若晨，王亚洲，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：