压缩空气储能系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种压缩空气储能系统及其控制方法。压缩空气储能系统包括：空气压缩装置、空气冷却装置、储气装置、第一储热装置、第二储热装置、空气加热装置、发电模块和冷却装置；空气压缩装置、空气冷却装置和储气装置依次连接；第一储热装置、空气冷却装置和第二储热装置依次连接；第二储热装置、空气加热装置和第一储热装置依次连接；储气装置、空气加热装置和发电模块依次连接；储气装置与第二储热装置之间设有第一换热管路，储气装置与第一储热装置之间设有第二换热管路；第一换热管路和第二换热管路分别与冷却装置连接。储气装置可以采用不同的温度调控，从而降低空气压缩装置的功耗，提高发电模块的功率，提升储气装置的储气容量。容量。容量。

【技术实现步骤摘要】
压缩空气储能系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及空气储能
，尤其涉及一种压缩空气储能系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]绝热压缩空气储能技术是一种新型的大规模储能技术，可广泛应用于可再生能源利用、电网峰谷调节等能源系统。绝热压缩空气储能技术一般分为两个阶段，压缩储能阶段和膨胀释能阶段。压缩储能阶段中，采用需要电能驱动压缩机压缩空气，通过压缩后定压冷却的方式将压缩过程中产生的压力势能和热能进行分离，并进行分别存储。膨胀释能阶段中，利用换热器将储存的热能归还给具有压力势能的空气，然后高温高压的空气膨胀做功，推动汽轮机发电。由于绝热压缩空气储能过程中使用了压缩后冷却储热的技术，因此在膨胀释能阶段无需补燃或者采用其它可再生能源供热。基于上述优点，绝热压缩空气储能技术是目前最具工业应用前景的压缩空气储能技术。
[0003]目前，工程上可实现的压缩空气的储气装置，例如盐穴、巷道、储气罐，一般为定容的储气装置。相较于定压储气装置而言，定容装置一般具有结构简单，成本低的优势。但是，定容储气装置在运行的过程中存在这如下不足：
[0004]压缩储能过程是一个将焓值转化为内能的过程，根据热力学原理可知，该过程是一个升温过程。升温过程会导致定压容器内部温度上升，同时导致其压力上升。储气装置压力的上升将直接导致各级压气机的压比上升，从而导致各级压气机的耗功显著上升。同时，温度的上升，也会降低相同容积的储气装置在相同储气终了压力时的储气量。
[0005]膨胀释能过程是一个将内能转化为焓值的过程，根据热力学原理可知，该过程是一个降温过程。膨胀释能阶段，降温过程会导致定压容器内部温度的下降，同时导致压力的快速下降。储气装置压力的下降将会导致各级膨胀机压比的下降，从而导致各级膨胀机的输出功率会显著下降。同时，温度的下降也会导致相同容积的储气装置在相同放气终了压力时的升高，即放气结束后储气罐中残余有更多质量的空气。
[0006]因此，亟需一种解决上述问题的压缩空气储能系统及其控制方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种压缩空气储能系统及其控制方法，用以解决现有技术中系统功耗高且储气装置的有效储气容量低的技术缺陷，降低空气压缩装置的功耗，并提升装置的储气容量。
[0008]本专利技术提供一种压缩空气储能系统，包括：空气压缩装置、空气冷却装置、储气装置、第一储热装置、第二储热装置、空气加热装置、发电模块和冷却装置；
[0009]所述空气压缩装置、所述空气冷却装置和所述储气装置依次连接；
[0010]所述第一储热装置、所述空气冷却装置和所述第二储热装置依次连接；
[0011]所述第二储热装置、所述空气加热装置和所述第一储热装置依次连接；
[0012]所述储气装置、所述空气加热装置和所述发电模块依次连接；
[0013]所述储气装置与所述第二储热装置之间设有第一换热管路，所述储气装置与所述第一储热装置之间设有第二换热管路，所述第一换热管路和所述第二换热管路分别与所述冷却装置连接。
[0014]根据本专利技术提供的压缩空气储能系统，所述第一换热管路与所述储气装置之间设有第一阀门，所述第二换热管路与所述储气装置之间设有第二阀门。
[0015]根据本专利技术提供的压缩空气储能系统，所述第一阀门和第二阀门为三通阀。
[0016]根据本专利技术提供的压缩空气储能系统，所述第一换热管路与所述冷却装置之间设有第三阀门，所述第二储热装置与所述冷却装置之间设有第四阀门。
[0017]根据本专利技术提供的压缩空气储能系统，所述第三阀门和第四阀门为三通阀。
[0018]根据本专利技术提供的压缩空气储能系统，所述发电模块包括膨胀机和发电机，所述储气装置、所述空气加热装置、所述膨胀机和所述发电机依次连接。
[0019]根据本专利技术提供的压缩空气储能系统，还包括用于驱动所述空气压缩装置的电动机，所述电动机、所述空气压缩装置、所述空气冷却装置和所述储气装置依次连接。
[0020]根据本专利技术提供的压缩空气储能系统，所述冷却装置为冷却塔。
[0021]本专利技术还提供一种基于如上任一项所述的压缩空气储能系统控制方法，包括压缩储能过程和膨胀释能过程：
[0022]压缩储能过程
[0023]关闭第一阀门和第二阀门，打开第三阀门和第四阀门；
[0024]启动电动机驱动所述空气压缩装置压缩空气；
[0025]驱动压缩空气进入所述空气冷却装置中并通过所述第一储热装置中的储热介质冷却对压缩空气进行冷却，并将温度升高的换热介质通入所述第二储热装置中；
[0026]将冷却后的压缩空气通入所述储气装置中；
[0027]驱动所述冷却装置中的换热介质在所述第一换热管路和所述第二换热管路中流动并对所述储气装置中的压缩气体进行降温处理；
[0028]膨胀释能过程
[0029]打开第一阀门和第二阀门，关闭第三阀门和第四阀门；
[0030]驱动储存在所述第二储热装置中的储热介质对所述储气装置中的空气进行加热，并将温度降低的换热介质通入所述第一储热装置中；
[0031]驱动被加热后的高压空气进入所述膨胀机中做功，并推动所述发电机发电。
[0032]根据本专利技术提供的压缩空气储能系统控制方法，驱动储存在第二储热装置中的储热介质对储气装置中的空气进行加热的控制方法包括：
[0033]预设储气装置中的设定温度和设定压力；
[0034]采集位于储气装置中的气体的温度值信号；
[0035]当所述温度值信号低于所述设定温度时，储气装置保持设定压力；
[0036]当所述温度值信号达到设定温度时，储气装置保持设定温度，储气装置中的气体首先经过空气加热器，并在空气加热器中被来自第二储热装置中的储热介质加热。
[0037]根据本专利技术提供的压缩空气储能系统控制方法，所述膨胀释能过程结束后，关闭第一阀门和第二阀门，打开第三阀门和第四阀门，驱动第一换热管路和第二换热管路中的换热介质对冷却装置和储气装置中的空气进行冷却降温。
[0038]本专利技术提供的压缩空气储能系统及其控制方法，通过设置冷却装置、第一换热管路和第二换热管路，储气装置可以在压缩储能过程和膨胀释能过程中采用不同策略的温度调控，从而降低空气压缩装置的功耗，提高发电模块的功率，并有效提升储气装置的储气容量。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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。
[0040]图1是本专利技术提供的压缩空气储能系统实施例1的示意图。
[0041]附图标记：
[0042]1、空气压缩装置；2、空气冷却装置；3、储气装置；4、第一储热装置；5、第二储热装置；6、空气加热装置；7、膨胀机；8、发电装置；9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压缩空气储能系统，其特征在于，包括：空气压缩装置、空气冷却装置、储气装置、第一储热装置、第二储热装置、空气加热装置、发电模块和冷却装置；所述空气压缩装置、所述空气冷却装置和所述储气装置依次连接；所述第一储热装置、所述空气冷却装置和所述第二储热装置依次连接；所述第二储热装置、所述空气加热装置和所述第一储热装置依次连接；所述储气装置、所述空气加热装置和所述发电模块依次连接；所述储气装置与所述第二储热装置之间设有第一换热管路，所述储气装置与所述第一储热装置之间设有第二换热管路，所述第一换热管路和所述第二换热管路分别与所述冷却装置连接。2.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一换热管路与所述储气装置之间设有第一阀门，所述第二换热管路与所述储气装置之间设有第二阀门。3.根据权利要求2所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一阀门和第二阀门为三通阀。4.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一换热管路与所述冷却装置之间设有第三阀门，所述第二储热装置与所述冷却装置之间设有第四阀门。5.根据权利要求4所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第三阀门和第四阀门为三通阀。6.根据权利要求1
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5任一项所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述发电模块包括膨胀机和发电机，所述储气装置、所述空气加热装置、所述膨胀机和所述发电机依次连接。7.根据权利要求1
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5任一项所述的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括用于驱动所述空气压缩装置的电动机，所述电动机、所述空气压缩装置、所述空气冷却装置和所述储气装置依次连接。8.根据权利要求1
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5任一项所述的压缩空气储能系...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁若晨，梅生伟，孙长平，薛小代，卢强，王亚洲，雷肖，谢宁宁，尹立坤，郑志美，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：