采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统，压缩空气储能系统包括多级压气机、多级膨胀机、若干换热器、储气系统和高温热水储放热系统，高温热水储放热系统包括热水储罐、冷水储罐和供气机构，供气机构用于通过气体联通管向冷水储罐和热水储罐提供首次充装高压气体并在系统运行后维持罐内气压；冷水储罐与热水储罐之间通过至少一组输水系统连通，每组输水系统均包括输水管和水泵，水泵用于通过输水管由热水储罐经换热器向冷水储罐方向抽水和/或由冷水储罐经换热器向热水储罐方向抽水。本实用新型专利技术采用180℃高温热水进行储热，解决储热系统投资高的问题，同时解决了高压、高温热水储放热系统维持压力的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统


[0001]本技术涉及压缩空气储能电站的储热
，具体涉及一种采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统。

技术介绍

[0002]随着越来越多的大型新能源基地建设，新能源由于风光的波动，对电源输送端的电能质量影响很大。压缩空气储能相比于传统电化学储能，具有安全性高、可调容量大、具有转动惯量等优势，因此，如果在大型新能源基地配套建设压缩空气储能，对整个能源基地的电能外送具有积极意义，能够极大提高新能源的电网消纳能力，减少弃风弃光现象。
[0003]压缩空气储能处于快速发展阶段，且国内对压缩空气储能的控制策略研究还大多处于理论研究阶段，未能在实际运行中充分解决蓄热式压缩空气储能的控制问题。
[0004]目前，非补燃压缩空气储能电站主要有两种技术路线，分别称作等温压缩方案和绝热压缩方案。其中等温压缩方案采用120℃低压热水进行储热，绝热压缩方案采用330℃导热油进行储热。随着储热温度的提高，电站整体效率提高。
[0005]但随着机组容量的增加，若采用高温导热油进行储热，则需要的导热油容量巨大，投资过高。采用120℃低温热水储热，则电站整体效率低。
[0006]对于采用高温热水进行储热，不仅可以大幅降低储热系统的投资，同时可以保持压缩空气储能电站有较高的效率。采用高温热水进行储热，为确保高温热水处于液态，避免过热，储热罐需要维持较高的压力，若不采用加压措施，则随着热水罐内水位下降，罐内压力降低，热水会沸腾，影响系统安全；若采用外加高压空气维持热水罐内的压力，则会造成较大的高压空气浪费及能量浪费。
[0007]基于上述情况，本技术提出了一种采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统，可有效解决以上问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中存在的不足，本技术的目的在于提供一种采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统。本技术采用180℃高温热水进行储热，解决高温导热油储热系统投资高的问题，同时解决120℃低温热水储热导致压缩空气储能电站效率低的问题。通过气体联通管连通冷水储罐和热水储罐，解决了高压、高温热水储放热系统维持压力的问题。
[0009]为解决上述技术问题，本技术通过下述技术方案实现：
[0010]本技术提供一种采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统，所述压缩空气储能系统包括多级压气机、多级膨胀机、分别与多级压气机和多级膨胀机连接的若干换热器以及储气系统，还包括用于储存压气机压缩空气产生的热量、用于释放膨胀机膨胀空气时所需热量的高温热水储放热系统，所述高温热水储放热系统包括
[0011]至少一个热水储罐，其用于储存高温热水；
[0012]至少一个冷水储罐，其用于储存低温冷水；
[0013]所述至少一个冷水储罐与所述至少一个热水储罐之间通过气体联通管互相连通，所述气体联通管的输入端与供气机构连接，所述供气机构用于通过气体联通管向冷水储罐和热水储罐提供首次充装高压气体并在系统运行后维持罐内气压，高压气体优选氮气，也可采用高压空气；
[0014]所述至少一个冷水储罐与所述至少一个热水储罐之间通过至少一组输水系统连通，每组输水系统均包括输水管和水泵，所述水泵用于通过输水管由热水储罐经换热器向冷水储罐方向抽水和/或由冷水储罐经换热器向热水储罐方向抽水。
[0015]优选的是，所述至少一个冷水储罐与所述至少一个热水储罐之间的容量相同或所述至少一个冷水储罐的容量略小于所述至少一个热水储罐的容量。
[0016]优选的是，所述至少一个冷水储罐与所述至少一个热水储罐的最高压力承受值需至少达到1.5MPa，且所述至少一个热水储罐的最高温度承受值需至少达到180℃；所述热水储罐的工作温度为180℃，所述高压气体的气压不低于1MPa。
[0017]优选的是，所述冷水储罐与热水储罐的数量均设置为多个，多个所述冷水储罐和多个所述热水储罐均采用间隔布置，且均处于同一水平面上。
[0018]优选的是，所述输水系统的数量设置为两组，其中一组输水系统上的水泵通过输水管由热水储罐向冷水储罐方向抽水，另一组输水系统上的水泵通过输水管由冷水储罐向热水储罐方向抽水。
[0019]优选的是，所述水泵采用单向水泵或双向水泵。
[0020]优选的是，靠近冷水储罐和热水储罐的输水管上、靠近水泵的输送管上、靠近供气机构的气体联通管上均安装有阀门。
[0021]优选的是，所述冷水储罐和热水储罐均采用球罐或C形卧式罐。
[0022]本技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0023]1、储能效率较高：额定运行效率可达70％以上，比同等规模的国外压缩空气储能电站高出约10％
‑
20％。单位成本低：系统大规模产业化后的成本可达4000
‑
6000元/kW或1000
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1500元/kWh，同抽水蓄能系统单位成本基本相当，低于其他储能技术。系统寿命长：系统寿命为30
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50年，其中间无需新增大规模投资。对环境友好：该储能系统不涉及化石燃料的燃烧，不排放任何有害物质。系统运行所产生多余热量及冷能可实现综合能源供给，同时可以回收工业余热再利用。
[0024]2、综合考虑投资和电站效率，根据水和蒸汽的物性，本技术提出了采用180℃高温热水进行储热的方案，不仅可以大幅降低储热系统的投资(热水储罐和冷水储罐的最高压力承受值达到1.5MPa以上即可)，同时可以保持压缩空气储能电站有较高的效率，解决储热系统投资高以及采用低温热水储热导致压缩空气储能电站效率低的问题，兼顾了投资和电站效率。
[0025]3、本技术通过将热水储罐、冷水储罐通过上部空气管道连通，在系统运行初期，注入高压空气，使系统内维持一定压力。热水罐向冷水罐输水时，则将高压空气驱赶至热水罐，热水罐内同样还是高压状态，反之亦然。避免采用外加高压空气维持压力造成较大的能量浪费，解决高压、高温热水储放热系统维持压力的问题。
附图说明
[0026]图1是本技术实施例一的采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统结构示意图。
[0027]图2是图1中高温热水储放热系统的详细结构示意图。
[0028]图3是本技术实施例二的压缩空气储能系统的高温热水储放热系统结构示意图。
[0029]图4是本技术实施例三的压缩空气储能系统的高温热水储放热系统结构示意图。
[0030]图5是本技术实施例三的压缩空气储能系统结构示意图。
[0031]图6是本技术实施例四的压缩空气储能系统的高温热水储放热系统结构示意图。
[0032]图7是本技术实施例五的压缩空气储能系统的高温热水储放热系统结构示意图。
[0033]图8是本技术实施例六的压缩空气储能系统的高温热水储放热系统结构示意图。
[0034]图9是本技术实施例水的饱和压力值随温度上升的变化曲线图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统，所述压缩空气储能系统包括多级压气机(1)、多级膨胀机(2)、分别与多级压气机(1)和多级膨胀机(2)连接的若干换热器(3)以及储气系统(4)，其特征在于，还包括用于储存压气机(1)压缩空气产生的热量、用于释放膨胀机(2)膨胀空气时所需热量的高温热水储放热系统(5)，所述高温热水储放热系统(5)包括：至少一个热水储罐(51)，其用于储存高温热水；至少一个冷水储罐(52)，其用于储存低温冷水；所述至少一个冷水储罐(52)与所述至少一个热水储罐(51)之间通过气体联通管(53)互相连通，所述气体联通管(53)的输入端与供气机构(54)连接，所述供气机构(54)用于通过气体联通管(53)向冷水储罐(52)和热水储罐(51)提供首次充装高压气体并在系统运行后维持罐内气压；所述至少一个冷水储罐(52)与所述至少一个热水储罐(51)之间通过至少一组输水系统(55)连通，每组输水系统(55)均包括输水管(551)和水泵(552)，所述水泵(552)用于通过输水管(551)由热水储罐(51)经换热器(3)向冷水储罐(52)方向抽水和/或由冷水储罐(52)经换热器(3)向热水储罐(51)方向抽水。2.根据权利要求1所述的采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统，其特征在于：所述至少一个冷水储罐(52)与所述至少一个热水储罐(51)之间的容量相同或所述至少一个冷水储罐(52)的容量略小于所述至少一个热水储罐(51)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春琳，李峻，韩亮，阮刚，陈牧，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：