光热、水力稳压与压缩空气复合储能系统及储能放能方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光热、水力稳压与压缩空气复合储能系统及储能放能方法，包括蓄放水机构和压缩空气储能机构；压缩空气储能机构具有空气压缩机、电动机、发电机以及用于储存高压气体的气水共用仓；蓄放水机构具有高位水池和循环水泵；高位水池通过通水总管与气水共用仓底部相连接，第一通水电磁阀连接有电控装置，电控装置连接所述水池水位传感器、电动机、空气压缩机和循环水泵。本发明专利技术公开了相应的储能放能方法。本发明专利技术通过水气分别储能、联动释能，不需要采用水轮发电机组，对高位水池的容量的要求低，能够适应更多的地形和场合；水气分别储能、联动释能避免了空气压缩机在气压升高后能效显著下降的缺陷，具有水蓄能和压缩空气蓄能的优点，规避了两者的缺陷。规避了两者的缺陷。规避了两者的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
光热、水力稳压与压缩空气复合储能系统及储能放能方法


[0001]本专利技术涉及储能


技术介绍

[0002]近年来，我国能源生产和消费结构不断优化，传统能源利用方式转变加快，以新能源为主的新型电力系统，提高光伏、风电等可再生能源在能源结构中的占比不断提高。
[0003]光伏和风电具有间歇性、波动性、不确定性以及非周期性等特点，给电力系统安全运行和可靠供应带来了巨大的挑战。为从根本上解决问题，只有发展电能大规模储存技术。
[0004]储能技术可将具有不稳定特点的间歇能源转化成稳定、可控的优质能源，在电网需要时对外输出稳定的电能。目前，在诸多储能方式中，已工业化应用的大规模储能技术仅有抽水蓄能技术和压缩空气储能技术。
[0005]抽水蓄能系统及压缩空气储能系统与比起其他储能系统虽有诸多优势，但仍有不可避免的缺点。抽水蓄能系统对地形及水源有较高的要求，需要上下游水库筑坝储水来实现，给生态环境带来破坏，且投资成本高、经济性较差；具体地，抽水蓄能系统需要用到水轮发电机组。水轮发电机组要求的水容量很大，其本身的体积也较大，水轮发电机组以及配套设备成本很高，不适用于高位水池（抽水蓄能系统都必须要有高位水池）容量较小的场合，布置起来也相较小体积设备明显更不容易。
[0006]压缩空气储能系统通过膨胀机驱动发电机发电，体积较小，不需要高位水池配合，整体布置起来较为简单，成本相对于抽水蓄能系统较低。压缩空气储能系统内部换热环节多，且在工作过程中，不可避免的会存在压力降低、变工况运行、不可逆损失大等问题，大大降低了系统的发电效率。在压缩空气的压力接近空气压缩机的极限能力（所能实现的最大气体压力）时，通过空气压缩机提高空气压力以储能的性价比将会失去，空气压缩机消耗的功率将会远大于储存在高压气体中的能量。即便未接近空气压缩机的极限能力（所能实现的最大气体压力），空气压缩机也具有压力越高，能效越低的特点。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种蓄水与压缩空气复合储能系统，对高位水池容量要求小，避免气压较高后继续使用空气压缩机压气储能带来的能效过低的缺陷。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的一种光热、水力稳压与压缩空气复合储能系统包括蓄放水机构和压缩空气储能机构；压缩空气储能机构具有空气压缩机、电动机、发电机以及用于储存高压气体的气水共用仓；蓄放水机构具有高位水池和循环水泵；以流体的流动方向为下游方向；气水共用仓位于高位水池下方，高位水池具有水池死水位和水池限高水位，高位水池中具有水池水位传感器；高位水池通过通水总管与气水共用仓底部相连接并用于在气水共用仓内的压力超过预定值P1后提高气水共用仓内的气压，通水总管上设有第一通水电磁阀；第一通水电
磁阀与气水共用仓的中部位于同一水平高度；高位水池中的水位位于水池限高水位时第一通水电磁阀和气水共用仓处的水压为P0；P1＜P0；第一通水电磁阀连接有电控装置，电控装置连接所述水池水位传感器、电动机、空气压缩机和循环水泵；电控装置中预先存储有预定的P1值、P0值、水池死水位数据和水池限高水位数据。
[0009]压缩空气储能机构包括储能装置、发电装置、气体总管和所述气水共用仓；储能装置包括所述电动机，电动机驱动连接所述空气压缩机，空气压缩机的出口通过储能气管与气体总管相连接，储能气管上设有储能电磁阀；发电装置包括与气体总管相连接的发电气管，发电气管连接有膨胀机，膨胀机的输出轴连接所述发电机；膨胀机与气体总管之间的发电气管上串联设有发电电磁阀和发电止回阀；气体总管上端通过环境电磁阀与环境空气相通；气水共用仓内具有气仓死水位和气仓限高水位，气水共用仓内设有气仓水位传感器和气压传感器；电控装置中预先存储有预定的气仓死水位和气仓限高水位数据；A容积与B容积相同，A容积是气仓死水位和气仓限高水位之间的气水共用仓的容积，B容积是水池死水位和水池限高水位之间的高位水池的容积；气体总管下端伸至气水共用仓底端并与气仓死水位下方的气水共用仓底部相连通；气体总管的底部串联设有气仓止回阀和注气电磁阀；注气电磁阀上方的气体总管通过放气发电管与气仓限高水位上方的气水共用仓顶部相连接，放气发电管上设有放气电磁阀；电控装置连接所述储能电磁阀、发电电磁阀、环境电磁阀、放气电磁阀、气仓水位传感器、气压传感器和注气电磁阀。
[0010]蓄放水机构包括所述高位水池、所述循环水泵、所述通水总管和所述第一通水电磁阀；所述循环水泵的出水管与第一通水电磁阀上方的通水总管相通，且出水管上设有出水电磁阀；循环水泵的进水管与气仓死水位下方的气水共用仓相连接，且进水管上设有进水电磁阀；气水共用仓设在地面下方，地面上方的通水总管上设有第二通水电磁阀，第二通水电磁阀、进水电磁阀和出水电磁阀均与所述电控装置相连接。
[0011]储能电磁阀上游方向的储能气管上设有储热用换热器；压缩空气流经储热用换热器的管程或壳程；储热用换热器的壳程或管程与蓄热机构相连接并用于将热量存储于蓄热机构中；膨胀机上游方向的发电气管上设有发电用换热器，压缩空气流经发电用换热器的壳程或管程，发电用换热器的管程或壳程与蓄热机构相连接并用于利用蓄热机构的热量加热压缩空气。
[0012]所述蓄热机构为熔融盐蓄热机构，包括油盐换热器，油盐换热器的管程或壳程用于通过导热油吸收储热用换热器中高温压缩空气的热量；油盐换热器的壳程或管程通过熔融盐循环管路与发电用换热器的管程或壳程循环连通；熔融盐循环管路上设有熔融盐循环泵和熔融盐槽，熔融盐循环泵与熔融盐槽相连接。
[0013]蓄热机构具体是：熔融盐循环泵包括熔融盐低温泵和熔融盐高温泵；熔融盐槽包括熔融盐低温槽和熔融盐高温槽；油盐换热器的壳程或管程串联连接在熔融盐循环管路上，油盐换热器下游方向的熔融盐循环管路上设有熔融盐出口电磁阀，熔融盐出口电磁阀下游方向的熔融盐循环管路与熔融盐低温槽相通；熔融盐低温槽出口下游方向的熔融盐循环管路上设有所述熔融盐低温泵，熔融盐低温泵下游方向的熔融盐循环管路上设有低温泵出口电磁阀，低温泵出口电磁阀下游方向的熔融盐循环管路与太阳能聚光集热器相通；太阳能聚光集热器下游方向的熔融盐循环管路通入所述熔融盐高温槽；熔融盐高温槽与太阳能聚光集热器之间的熔融盐循环管路上设有高温槽进口电磁阀；熔融盐高温槽下游方向的熔融盐循环管路上设有所述熔融盐高温泵，熔融盐高温泵下游方向的熔融盐循环管路上设有高温泵出口电磁阀；发电用换热器的管程或壳程串联连接在高温泵出口电磁阀与油盐换热器之间的熔融盐循环管路上；油盐换热器的管程或壳程串联连接在内导热油循环管路上；内导热油循环管路上设有高温导热油容器；高温导热油容器中存储有导热油；储热用换热器的壳程或管程通过外导热油循环管路与高温导热油容器循环连通；内导热油循环管路上串联有内导热油循环泵，外导热油循环管路上串联有外导热油循环泵；电控装置连接所述外导热油循环泵、熔融盐低温泵、熔融盐高温泵、熔融盐出口电磁阀、低温泵出口电磁阀、高温槽进口电磁阀、高温泵出口电磁阀和内导热油循环泵。
[0014]所述熔融盐高温槽内设有温度传感器和电加热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.光热、水力稳压与压缩空气复合储能系统，包括蓄放水机构和压缩空气储能机构； 压缩空气储能机构具有空气压缩机、电动机、发电机以及用于储存高压气体的气水共用仓；蓄放水机构具有高位水池和循环水泵；以流体的流动方向为下游方向；其特征在于：气水共用仓位于高位水池下方，高位水池具有水池死水位和水池限高水位，高位水池中具有水池水位传感器；高位水池通过通水总管与气水共用仓底部相连接并用于在气水共用仓内的压力超过预定值P1后提高气水共用仓内的气压，通水总管上设有第一通水电磁阀；第一通水电磁阀与气水共用仓的中部位于同一水平高度；高位水池中的水位位于水池限高水位时第一通水电磁阀和气水共用仓处的水压为P0；P1＜P0；第一通水电磁阀连接有电控装置，电控装置连接所述水池水位传感器、电动机、空气压缩机和循环水泵；电控装置中预先存储有预定的P1值、P0值、水池死水位数据和水池限高水位数据。2.根据权利要求1所述的光热、水力稳压与压缩空气复合储能系统，其特征在于：压缩空气储能机构包括储能装置、发电装置、气体总管和所述气水共用仓；储能装置包括所述电动机，电动机驱动连接所述空气压缩机，空气压缩机的出口通过储能气管与气体总管相连接，储能气管上设有储能电磁阀；发电装置包括与气体总管相连接的发电气管，发电气管连接有膨胀机，膨胀机的输出轴连接所述发电机；膨胀机与气体总管之间的发电气管上串联设有发电电磁阀和发电止回阀；气体总管上端通过环境电磁阀与环境空气相通；气水共用仓内具有气仓死水位和气仓限高水位，气水共用仓内设有气仓水位传感器和气压传感器；电控装置中预先存储有预定的气仓死水位和气仓限高水位数据；A容积与B容积相同，A容积是气仓死水位和气仓限高水位之间的气水共用仓的容积，B容积是水池死水位和水池限高水位之间的高位水池的容积；气体总管下端伸至气水共用仓底端并与气仓死水位下方的气水共用仓底部相连通；气体总管的底部串联设有气仓止回阀和注气电磁阀；注气电磁阀上方的气体总管通过放气发电管与气仓限高水位上方的气水共用仓顶部相连接，放气发电管上设有放气电磁阀；电控装置连接所述储能电磁阀、发电电磁阀、环境电磁阀、放气电磁阀、气仓水位传感器、气压传感器和注气电磁阀。3.根据权利要求2所述的光热、水力稳压与压缩空气复合储能系统，其特征在于：蓄放水机构包括所述高位水池、所述循环水泵、所述通水总管和所述第一通水电磁阀；所述循环水泵的出水管与第一通水电磁阀上方的通水总管相通，且出水管上设有出水电磁阀；循环水泵的进水管与气仓死水位下方的气水共用仓相连接，且进水管上设有进水电磁阀；气水共用仓设在地面下方，地面上方的通水总管上设有第二通水电磁阀，第二通水电磁阀、进水电磁阀和出水电磁阀均与所述电控装置相连接。4.根据权利要求3所述的光热、水力稳压与压缩空气复合储能系统，其特征在于：储能电磁阀上游方向的储能气管上设有储热用换热器；压缩空气流经储热用换热器的管程或壳程；储热用换热器的壳程或管程与蓄热机构相连接并用于将热量存储于蓄热机构中；
膨胀机上游方向的发电气管上设有发电用换热器，压缩空气流经发电用换热器的壳程或管程，发电用换热器的管程或壳程与蓄热机构相连接并用于利用蓄热机构的热量加热压缩空气。5.根据权利要求4所述的光热、水力稳压与压缩空气复合储能系统，其特征在于：所述蓄热机构为熔融盐蓄热机构，包括油盐换热器，油盐换热器的管程或壳程用于通过导热油吸收储热用换热器中高温压缩空气的热量；油盐换热器的壳程或管程通过熔融盐循环管路与发电用换热器的管程或壳程循环连通；熔融盐循环管路上设有熔融盐循环泵和熔融盐槽，熔融盐循环泵与熔融盐槽相连接。6.根据权利要求5所述的光热、水力稳压与压缩空气复合储能系统，其特征在于：蓄热机构具体是：熔融盐循环泵包括熔融盐低温泵和熔融盐高温泵；熔融盐槽包括熔融盐低温槽和熔融盐高温槽；油盐换热器的壳程或管程串联连接在熔融盐循环管路上，油盐换热器下游方向的熔融盐循环管路上设有熔融盐出口电磁阀，熔融盐出口电磁阀下游方向的熔融盐循环管路与熔融盐低温槽相通；熔融盐低温槽出口下游方向的熔融盐循环管路上设有所述熔融盐低温泵，熔融盐低温泵下游方向的熔融盐循环管路上设有低温泵出口电磁阀，低温泵出口电磁阀下游方向的熔融盐循环管路与太阳能聚光集热器相通；太阳能聚光集热器下游方向的熔融盐循环管路通入所述熔融盐高温槽；熔融盐高温槽与太阳能聚光集热器之间的熔融盐循环管路上设有高温槽进口电磁阀；熔融盐高温槽下游方向的熔融盐循环管路上设有所述熔融盐高温泵，熔融盐高温泵下游方向的熔融盐循环管路上设有高温泵出口电磁阀；发电用换热器的管程或壳程串联连接在高温泵出口电磁阀与油盐换热器之间的熔融盐循环管路上；油盐换热器的管程或壳程串联连接在内导热油循环管路上；内导热油循环管路上设有高温导热油容器；高温导热油容器中存储有导热油；储...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫鹏飞，李正阳，王林森，张昌娟，高保彬，蒋建锋，胡俊超，曹永静，张森，周洪亭，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：