一种变膨胀比压缩气体储能透平系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种变膨胀比压缩气体储能透平系统，包括发电机、膨胀机、换热器、储冷罐、储气装置和储热罐，膨胀机共设有多级，换热器的数量与膨胀机的级数一致，各级膨胀机依次连接，且第一级膨胀机的输入端连接至发电机，相邻膨胀机的级之间以及第一级膨胀机和发电机之间均设有离合器，膨胀机的气体入口连接至对应换热器的第一换热管路的输出端，第一气体出口通过一个第二阀门连接至下一级膨胀机所对应的换热器的第一换热管路的输入端，换热器的第二换热管路的输入端连接至储热罐，输出端连接至储冷罐。与现有技术相比，本实用新型专利技术实现了充分利用存储的气体压力、提升膨胀机做功能力的目的。能力的目的。能力的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种变膨胀比压缩气体储能透平系统


[0001]本技术涉及压缩气体电能存储领域，尤其是涉及一种变膨胀比压缩气体储能透平系统。

技术介绍

[0002]风能和太阳能等可再生能源发出的电能具有间歇、不稳定的问题，新能源并网带来的震荡问题已经对系统安全运行产生了较大的影响，限制了可再生能源大规模利用。而如今在能源的有效利用方面也存在电网峰谷差日益明显的问题，以至于造成了极大的能源浪费。压缩气体储能技术由于诸多优势成为解决新能源发电不稳定和削峰填谷的新方向。
[0003]而目前压缩气体储能系统的效率并不高，传统的压缩气体储能CAES电站，其效率一般在30％～43％，而先进绝热压缩气体储能系统，其效率一般为40％～60％。效率低的主要原因是能量在转换过程中存在不可逆的损失、过程中机械损耗以及不能充分利用部分能量。其中无法充分利用部分能量成了提高系统效率的突破口。
[0004]在压缩气体储能的释能过程中，储气装置初始阶段压力较高，随着膨胀机的持续输出做功，储气装置内气体压力逐渐降低，当储气装置内气体的压力降低至膨胀机设定的入口压力值时，剩余的气体将无法继续驱动膨胀机做功，因此也浪费了剩余气体在储存时所消耗一定的压力能。

技术实现思路

[0005]本技术的目的就是为了提供一种变膨胀比压缩气体储能透平系统，通过阀门调节来改变膨胀机组串并联运行方式，通过离合器的操作调节工作的膨胀机级数，实现充分利用存储的气体压力、提升膨胀机做功能力的目的。
[0006]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种变膨胀比压缩气体储能透平系统，包括发电机、膨胀机、换热器、储冷罐、储气装置和储热罐，所述膨胀机共设有多级，所述换热器的数量与膨胀机的级数一致，且各换热器分别与各膨胀机的级一一对应，各膨胀机的级依次连接，且第一级膨胀机的输入端连接至发电机，相邻膨胀机的级之间以及第一级膨胀机和发电机之间均设有离合器，所述膨胀机的气体入口连接至对应换热器的第一换热管路的输出端，第一气体出口通过一个第二阀门连接至下一级膨胀机所对应的换热器的第一换热管路的输入端，第二气体出口上设有第三阀门，所述换热器的第二换热管路的输入端连接至储热罐，输出端连接至储冷罐，所述储气装置内设有压力传感器，所述储气装置输出端分别连接至各换热器的第一换热管路的输入端，且除第一个换热器外，其余换热器和储气装置之间均设有第四阀门。
[0008]所述膨胀机共设有三级。
[0009]所述储热罐和换热器之间的管路上设有第一阀门。
[0010]所述系统还包括控制器，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门均为电磁阀，且所述控制器分别与所述压力传感器、第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门连接。
[0011]所述控制器还与离合器连接。
[0012]所述储热罐为耦合太阳能的储热罐。
[0013]所有换热器和储气装置之间均设有第四阀门。
[0014]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0015]1、通过阀门调节来改变膨胀机组串并联运行方式，通过离合器的操作调节工作的膨胀机级数，实现充分利用存储的气体压力、提升膨胀机做功能力的目的。
[0016]2、通过设置控制器，以及将阀门采用电磁阀，可以配合压力传感器实现自动控制。
附图说明
[0017]图1为本技术的结构示意图；
[0018]图2(a)为本技术实施例中三级膨胀机串联状态下的示意图；
[0019]图2(b)为本技术实施例中两级膨胀机串联状态下的示意图；
[0020]图2(c)为本技术实施例中三级膨胀机并联状态下的示意图；
[0021]图2(d)为本技术实施例中仅接入单级膨胀机的示意图；
[0022]其中：1、发电机，2、离合器，3、膨胀机，4、第三阀门，5、换热器，6、储冷罐，7、管路，8、储气装置，9、压力传感器，10、储热罐，11、第一阀门，12、第二阀门，13、第四阀门。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0024]一种变膨胀比压缩气体储能透平系统，如图1所示，包括发电机1、膨胀机3、换热器5、储冷罐6、储气装置8和储热罐10，膨胀机3共设有多级，换热器5的数量与膨胀机3的级数一致，且各换热器5分别与各膨胀机3的级一一对应，各膨胀机3的级依次连接，且第一级膨胀机3的输入端连接至发电机1，相邻膨胀机3的级之间以及第一级膨胀机3和发电机1之间均设有离合器2，膨胀机3的气体入口连接至对应换热器5的第一换热管路的输出端，第一气体出口通过一个第二阀门12连接至下一级膨胀机3所对应的换热器5的第一换热管路的输入端，第二气体出口上设有第三阀门4，换热器5的第二换热管路的输入端连接至储热罐10，输出端连接至储冷罐6，储气装置8内设有压力传感器9，储气装置8输出端分别连接至各换热器5的第一换热管路的输入端，且除第一个换热器5外，其余换热器和储气装置8之间均设有第四阀门13。压力传感器9是放置在储气装置中用来监测压力值。
[0025]本实施例中，膨胀机3共设有三级，储热罐10和换热器5之间的管路上设有第一阀门11。
[0026]本实施例中，系统还包括控制器，第一阀门11、第二阀门12、第三阀门4和第四阀门13均为电磁阀，且控制器分别与压力传感器9、第一阀门11、第二阀门12、第三阀门4和第四阀门13连接，控制器还与离合器连接，可以配合压力传感器实现自动控制。
[0027]本实施例中，储热罐10为耦合太阳能的储热罐，可以利用太阳能，节约能源。
[0028]本实施例中，所有换热器5和储气装置8之间均设有第四阀门13，可以实现停机控制。
[0029]储气装置8为储气罐或者地下储气岩洞，在储能阶段，经过压缩、换热后的气体存储至储气装置中。释能阶段，储气装置8内的高压气体进入膨胀机组中膨胀做功。储气装置8内的高压气体先经过换热器5进行吸热升温，再进入到膨胀机3中膨胀做功。每一级膨胀机3的膨胀比是固定不变的，总的膨胀比为各级膨胀比之积，而末级膨胀机3的出口压力为大气压。储热装置8内存储温度较高的介质，热量为压缩气体储能压缩阶段的压缩热，以及太阳能的光热；储冷装置6存储了换热之后的温度较低介质。
[0030]以三级膨胀机组为例。
[0031](1)膨胀机的出口压力为大气压P
env
，设该膨胀机入口压力为P
in
，三级膨胀级的膨胀比均为β
t
，有P
in
＝β
t3
P
env
；
[0032](2)在释能初始阶段，储气装置内气体压力较高，因此可以使三级膨胀机串联工作，这样做功能力最大。通过阀门调节，关闭前两级膨胀机的第三阀门4关闭，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变膨胀比压缩气体储能透平系统，包括发电机(1)、膨胀机(3)、换热器(5)、储冷罐(6)、储气装置(8)和储热罐(10)，其特征在于，所述膨胀机(3)共设有多级，所述换热器(5)的数量与膨胀机(3)的级数一致，且各换热器(5)分别与各膨胀机(3)的级数一一对应，各膨胀机(3)的级依次连接，且第一级膨胀机(3)的输入端连接至发电机(1)，相邻膨胀机(3)级之间以及第一级膨胀机(3)和发电机(1)之间均设有离合器(2)，所述膨胀机(3)的气体入口连接至对应换热器(5)的第一换热管路的输出端，第一气体出口通过一个第二阀门(12)连接至下一级膨胀机(3)所对应的换热器(5)的第一换热管路的输入端，第二气体出口上设有第三阀门(4)，所述换热器(5)的第二换热管路的输入端连接至储热罐(10)，输出端连接至储冷罐(6)，所述储气装置(8)内设有压力传感器(9)，所述储气装置(8)输出端分别连接至各换热器(5)的第一换热管路的输入端，且除第一个换热器(5)外，其余换热器和储气装置(8)之间均...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国庆，陈啸，秦攀，刘利，徐威，王乃斌，崔传涛，曾胜龙，刘岩，
申请(专利权)人：中电华创电力技术研究有限公司，
类型：新型
国别省市：