一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统及方法，储热放热系统的吸热侧与空气压缩系统的发热侧连接，储热放热系统的放热侧与升温膨胀系统的吸热侧连接，低位水箱的顶部设有空气出入口、底部设有进出水口，高位水箱的底部设有进出水口，空气压缩系统的压缩空气出口与低位水箱的空气入口连通且设有第一调节阀，低位水箱的出水口与高位水箱的进水口连通，高位水箱的出水口与低位水箱的进水口连通且连通的管路上设有增压水泵，低位水箱的空气出口与升温膨胀系统的空气入口连接且连接的管路上设有第二调节阀。本发明专利技术可以彻底解决释能过程恒压释放的作用，将储存的能量高效利用，实现高效性及经济性，且具有安全性、经济性较高的特点。较高的特点。较高的特点。

Compressed air energy storage system and method for pumping constant pressure release

【技术实现步骤摘要】
一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统及方法


[0001]本专利技术属于物理储能领域，涉及一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统及方法。

技术介绍

[0002]随着新能源在电力系统中的占比越来越大，诸如“新能源出力大幅波动、功率平衡和运行控制难度极大、新能源发电量大时消纳困难、挤占常规电源空间、消纳与安全矛盾突出”恒问题会对电力系统带来巨大挑战。而压缩空气储能是大容量储能技术的必选之一，但目前压缩空气储能释放空气时，压力不稳定及利用率偏低恒因素直接影响压缩空气储能系统的高效性及经济性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统及方法能够满足电源侧储能及深度调峰的要求，本专利技术可以彻底解决释能过程恒压释放的作用，将储存的能量高效利用，实现高效性及经济性，且具有安全性、经济性较高的特点。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统，包括空气压缩系统、储热放热系统、升温膨胀系统以及压缩空气恒压释放系统，储热放热系统的吸热侧与空气压缩系统的发热侧连接，储热放热系统的放热侧与升温膨胀系统的吸热侧连接，所述压缩空气恒压释放系统包括低位水箱、高位水箱、增压水泵，低位水箱的顶部设有空气入口和空气出口，低位水箱的底部设有进水口和出水口，高位水箱的底部设有进水口和出水口，空气压缩系统的压缩空气出口与低位水箱的空气入口连通且连通的管路上设有第一调节阀，低位水箱的出水口与高位水箱的进水口连通，高位水箱的出水口与低位水箱的进水口连通且连通的管路上设有增压水泵，低位水箱的空气出口与升温膨胀系统的空气入口连接且连接的管路上设有第二调节阀。
[0005]优选的，低位水箱的内部在空气入口处设有爪型出气结构，爪型出气结构包括进气主管和若干出气弯管，进气主管的上端与低位水箱的空气入口连通，进气主管的下端与所有出气弯管的入口连通，出气弯管的出口延伸至低位水箱的顶部，若干出气弯管在进气主管的周向上均匀布置。
[0006]优选的，所述出气弯管的出口与进气主管的夹角为10
°
~35
°
，该角度的设计主要考虑空气管出口空气分布均匀及兼顾气态流体阻力小的问题。
[0007]优选的，出气弯管的出口设有锥形扩口，锥形扩口的轴线与出气弯管出口的轴线同轴，锥形扩口的锥角为40
°
~150
°
。该角度的设计主要考虑高压空气出口经过扩口，减弱流速，避免与罐体内碰撞。
[0008]优选的，低位水箱的空气出口设有锥形螺旋管，锥形螺旋管为一外形呈锥形的螺旋管，锥形螺旋管小端的入口与低位水箱的空气出口连通，锥形螺旋管大端的出口与升温
膨胀系统的空气入口连接。
[0009]优选的，锥形螺旋管从其小端到大端，直径逐渐增大、螺距不变，锥形螺旋管外轮廓对应锥形的锥角为60
°
~90
°
。该角度的设计主要考虑高压空气带水状态时，出口流速高，带水质量大，流动阻力大，为了在分离过程中减少流动压损，设计锥形螺旋管从其小端到大端，即离心力由小变大，水和空气缓慢分离，分离效果好且压损小。
[0010]优选的，锥形螺旋管的内表面设有螺旋状的水槽，水槽的宽度为4mm~10mm；在锥形螺旋管横截面上，水槽的斜度与锥形螺旋管的径向成45
°
~80
°
。设计水槽为了将高压空气中分离出来的水很好的流入管内部的水槽中，沿着一定角度流入水罐内，水槽的宽度越小，水不能很好流入水槽中，宽度越大。水槽的斜度越大，排水功能越好，斜度越小，排水功能越差。空气流动过程中阻力越大，设计合理的水槽宽度以及角度是空气和水分离效果的关键因素。
[0011]优选的，所述空气压缩系统包括压缩机，储热放热系统包括冷却器、蓄热罐、蓄冷罐和加热器，升温膨胀系统包括膨胀机；冷却器吸热侧设置在压缩机的出口管路上，加热器的放热侧设置在膨胀机的入口管路上，蓄热罐的入口与冷却器放热侧出口连接，蓄热罐的出口与加热器吸热侧入口连接，加热器吸热侧出口与蓄冷罐的入口连接，蓄冷罐的出口与冷却器放热侧的入口连接；高位水箱的顶部设有排气阀。
[0012]优选的，压缩机包括一级压缩机和二级压缩机，冷却器包括一级冷却器和二级冷却器，加热器包括一级加热器和二级加热器，膨胀机包括一级膨胀机和二级膨胀机，一级压缩机的出口与一级冷却器吸热侧入口连通，一级冷却器吸热侧出口与二级压缩机入口连通，二级压缩机出口与二级冷却器吸热侧入口连通，二级冷却器吸热侧出口与低位水箱的空气入口连通；一级冷却器和二级冷却器放热侧出口均与蓄热罐的入口连接，蓄热罐的出口与一级加热器和二级加热器吸热侧入口连接，一级加热器和二级加热器吸热侧出口与蓄冷罐的入口连接，蓄冷罐的出口与一级冷却器和二级冷却器放热侧的入口连接；第二调节阀的出口与一级加热器放热侧入口连接，一级加热器放热侧出口与一级膨胀机入口连接，一级膨胀机出口与二级加热器放热侧入口连接，二级加热器放热侧出口与二级膨胀机的入口连接。
[0013]本专利技术还提供了一种抽水恒压释放的压缩空气储能方法，该方法采用本专利技术如上所述的抽水恒压释放的压缩空气储能系统进行，包括如下过程：当电源侧需要储能时，空气压缩系统将气态空气进行压缩升温，压缩升温后的压缩热通过冷却器换热并存储于储热放热系统中，经过冷却器换热后的气态空气经第一调节阀后储存于低位水箱中；进入低压水箱的气态空气充满低压水箱的上顶端并逐渐下移，将水低位水箱中的水压入到高位水箱进行储能，储能结束后关闭调节阀、关闭空气压缩系统；当电源侧需要发电供电时，打开第二调节阀，增压泵将高位水箱中的水增压打入低位水箱，低位水箱中的空气会以恒压形式送入到升温膨胀系统进行加热升温膨胀做功发电，在该过程中储热放热系统对低位水箱输出的空气进行加热。
[0014]本专利技术具有如下有益效果：本专利技术抽水恒压释放的压缩空气储能系统在需要储能时，通过空气压缩系统能够将压缩空气送入低位水箱中并将低位水箱中的水压入高位水箱进行储能，并且储热放热系
统将空气压缩系统压缩空气时的压缩热进行换热储存，储能结束后，将空气压缩系统和第一调节阀关闭；当需要发电供电时，将第二调节阀以及增压水泵打开，低位水箱中的空气被输送至升温膨胀系统进行膨胀做功，在此过程中，储热放热系统利用储存的压缩热来对升温膨胀系统中的空气进行加热，释放能量；同时增压水泵可根据第二调节阀出口的压力来调节功率，以保证进入升温膨胀系统中的空气压力稳定，实现恒压释放的目的；本专利技术的上述结构，能够降低增压水泵进出口的压差，使得增压水泵能够提高其增压水平，对增压水泵的等级要求降低。综上，本专利技术可以彻底解决了释能过程恒压释放的作用，将储存的能量高效利用，实现高效性及经济性，且具有安全性、经济性较高的特点。
[0015]进一步的，本专利技术通过在低位水箱的内部在空气入口处设置爪型出气结构，能够避免进入低位水箱的压缩空气直接冲击低位水箱内的水时产生较大的振动、影响设备安全，另一方面还能够降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统，其特征在于，包括空气压缩系统、储热放热系统、升温膨胀系统以及压缩空气恒压释放系统，储热放热系统的吸热侧与空气压缩系统的发热侧连接，储热放热系统的放热侧与升温膨胀系统的吸热侧连接，所述压缩空气恒压释放系统包括低位水箱(12)、高位水箱(13)、增压水泵(15)，低位水箱(12)的顶部设有空气入口和空气出口，低位水箱(12)的底部设有进水口和出水口，高位水箱(13)的底部设有进水口和出水口，空气压缩系统的压缩空气出口与低位水箱(12)的空气入口连通且连通的管路上设有第一调节阀(16)，低位水箱(12)的出水口与高位水箱(13)的进水口连通，高位水箱(13)的出水口与低位水箱(12)的进水口连通且连通的管路上设有增压水泵(15)，低位水箱(12)的空气出口与升温膨胀系统的空气入口连接且连接的管路上设有第二调节阀(7)。2.根据权利要求1所述的一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统，其特征在于，低位水箱(12)的内部在空气入口处设有爪型出气结构(17)，爪型出气结构(17)包括进气主管(17
‑
1)和若干出气弯管(19)，进气主管(17
‑
1)的上端与低位水箱(12)的空气入口连通，进气主管(17
‑
1)的下端与所有出气弯管(19)的入口连通，出气弯管(19)的出口延伸至低位水箱(12)的顶部，若干出气弯管(19)在进气主管(17
‑
1)的周向上均匀布置。3.根据权利要求2所述的一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统，其特征在于，所述出气弯管(19)的出口与进气主管(17
‑
1)的夹角为10
°
～35
°
。4.根据权利要求2或3所述的一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统，其特征在于，出气弯管(19)的出口设有锥形扩口(20)，锥形扩口(20)的轴线与出气弯管(19)出口的轴线同轴，锥形扩口(20)的锥角为40
°
～150
°
。5.根据权利要求1所述的一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统，其特征在于，低位水箱(12)的空气出口设有锥形螺旋管(18)，锥形螺旋管(18)为一外形呈锥形的螺旋管，锥形螺旋管(18)小端的入口与低位水箱(12)的空气出口连通，锥形螺旋管(18)大端的出口与升温膨胀系统的空气入口连接。6.根据权利要求5所述的一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统，其特征在于，锥形螺旋管(18)从其小端到大端，直径逐渐增大、螺距不变，锥形螺旋管(18)外轮廓对应锥形的锥角为60
°
～90
°
。7.根据权利要求5或6所述的一种抽水恒压释放的压缩空气储能系统，其特征在于，锥形螺旋管(18)的内表面设有螺旋状的水槽(18
‑
1)，水槽(18

【专利技术属性】
技术研发人员：姬海民，韩伟，宋晓辉，赵翰辰，陆续，付康丽，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：