【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于压缩空气储能，具体涉及一种基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统及方法。
技术介绍
1、压缩空气储能的基本原理是：在储能过程中，通过电能驱动压缩机，产生高压空气并存储在储气装置中；在释能过程中，由储气装置中的空气膨胀推动发电机发电。压缩空气储能技术具有储能容量大、储能周期长、系统效率高、运行寿命长、比投资小等优点，被认为是最具有广阔发展前景的大规模储能技术之一。
2、压缩空气储能系统主要的技术路线有：补燃式压缩空气储能、绝热压缩空气储能、等温压缩空气储能、液态压缩空气储能。等温压缩空气储能路线的优点是运行参数低、理论效率较高，摒弃蓄热蓄冷，蓄热/蓄冷存在相变材料贵、储热介质难以存储及传热热阻高等问题。目前，等温压缩技术主要由液体活塞或固体活塞机构带动压缩和膨胀过程，在压缩期间喷射水雾(预混合水泡沫)或液体活塞进行大面积的热交换实现等温压缩，这部分热量储存在水或水泡沫中，在膨胀过程中再释放利用。由于需要充分的换热过程，无法高频率运转，单机单级容积流量有限，且喷液量影响活塞行程，而喷液量难以精确控制，导致其余隙容积大，效率下降，同时为实现周期性吸排气，需配有气阀易损件，导致可靠性下降。同时，采用喷水减温方式的活塞式等温压缩空气装置，由于压缩初期气缸底部喷出的水雾不能完全占据气缸容积，水雾与空气接触面积有限，不利于空气和水雾的两相换热，换热效率较低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储
2、为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
3、一种基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统，包括由多个压缩机连接组成的压缩机组，以及由多个膨胀机连接组成的膨胀机组；第一级压缩机的进气口通入从外界环境吸入的空气，压缩机组的排气口连接油分离器，油分离器得到的高压空气经第一气路阀门输送至储气罐，储气罐的排气口再经第二气路阀门连接膨胀机组的进气口；膨胀机组的级数与压缩机组的级数相等，且最后一级的膨胀机组由三通阀分为两个分支，第一分支的膨胀机通入冷空气作为换热工质，第二分支的膨胀机与其它各级膨胀机均通入油分离器得到的热油作为换热工质，三通阀向上打开时，各膨胀机内不通入热油，实现等熵膨胀，而三通阀向下打开时，各膨胀机内通入热油，实现近等温膨胀；第二分支的膨胀机与其它各级膨胀机的排气口连接油分离器，油分离器将分离得到油液再输送至压缩机组。
4、作为一种优选方案，所述第一级压缩机的进气口设置有第一空气过滤器，每一级压缩机的排气口均与油分离器相连，油分离器将分离得到的油液输送至第二储油罐进行存储，第二储油罐的出口管路经第二油路阀门和第二油泵连接膨胀机组中最后一级第二分支的膨胀机与其它各级膨胀机。
5、作为一种优选方案，所述第二储油罐的出口管路上设置有换热器，换热器与余热接通。
6、作为一种优选方案，最后一级压缩机所连接的油分离器与第一气路阀门之间设置有最小压力阀、止回阀以及干燥器。
7、作为一种优选方案，所述压缩机组中的各压缩机连接电动机，电动机通过第一开关连接电源；所述膨胀机组中的各膨胀机连接发电机，发电机通过第二开关连接电源。
8、作为一种优选方案，所述膨胀机组中最后一级第二分支的膨胀机与其它各级膨胀机的排气口均与油分离器相连，油分离器将分离得到的油液输送至第一储油罐进行存储，第一储油罐的出口管路经第一油路阀门和第一油泵连接压缩机组中的各压缩机。
9、作为一种优选方案，所述膨胀机组中第一级的膨胀机与第二气路阀门之间设置有第二空气过滤器。
10、一种基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统的控制方法：
11、根据用电的高峰期和低谷期来选择不同的系统工作模式；
12、所述的系统工作模式包括压缩储能模式和能量利用模式；
13、在压缩储能模式下，外界环境中的空气通入压缩机组，并经过压缩机组进行压缩，成为常温高压的空气储存到储气罐内；
14、在能量利用模式下，储存在储气罐内的常温高压空气进入膨胀机组进行释能，当需要冷量时，根据所需冷量多少控制三通阀选择膨胀机组的接通方式，三通阀向上打开时，各膨胀机内不通入热油，实现等熵膨胀，而三通阀向下打开时，各膨胀机内通入热油，实现近等温膨胀；经过膨胀机组释能之后得到的冷空气通入需冷场所。
15、作为一种优选的方案，在压缩储能模式下，将压缩机连接电源的第一开关闭合，将膨胀机连接电源的第二开关断开，将第一气路阀门打开，将第二气路阀门关闭，将第一储油罐连接压缩机组的第一油泵打开，将第二储油罐连接膨胀机组的第二油泵关闭，将第一储油罐出口的第一油路阀门打开，将第二储油罐出口的第二油路阀门关闭。
16、作为一种优选的方案，在能量利用模式下，将压缩机连接电源的第一开关断开，将膨胀机连接电源的第二开关闭合，将第一气路阀门关闭，将第二气路阀门打开，将第一储油罐连接压缩机组的第一油泵关闭，将第二储油罐连接膨胀机组的第二油泵打开，将第一储油罐出口的第一油路阀门关闭，将第二储油罐出口的第二油路阀门打开。
17、相较于现有技术，本专利技术至少具有如下的有益效果：
18、通过使油与空气充分混合，增大其接触面积，换热较充分，储能系统效率有明显提升。由于该储能循环采用的工质为空气，空气是一种无毒无害无污染的天然工质，可以直接从环境中获取，取之不尽用之不竭。以空气作为载冷介质，可以直接通入需冷场所，不需要回收。本专利技术系统安全无污染，节能高效。本专利技术系统有两种工作模式，在用电低谷期时，采用压缩储能模式，在用电高峰期时，采用能量利用模式。根据所需冷量多少控制三通阀选择膨胀机组的接通方式，三通阀向上打开时，各膨胀机内不通入热油，实现等熵膨胀，而三通阀向下打开时，各膨胀机内通入热油，实现近等温膨胀；经过膨胀机组释能之后得到的冷空气通入需冷场所，如此实现了电能的削峰填谷，达到了节能降成本的效果。总体来说，本专利技术系统的结构简单，耗电部件少，通过两种运行模式可以使整个系统耗能低，节约成本。
19、进一步的，本专利技术系统可以利用目前已经十分成熟的双螺杆的喷油技术，双螺杆压缩机变工况性能较好，可大大改善目前压缩空气储能所使用的压缩机组变工况性能差的缺点。
20、进一步的，本专利技术系统第二储油罐的出口管路上设置有换热器，当此系统所处地段有余热时，可以接入余热提高系统的效率，增大系统的储能密度。
21、进一步的，本专利技术系统在用电低谷期时，采用压缩储能模式，气路系统：将通过压缩机组压缩后的高压常温空气储存在储气罐内，油路系统：将压缩热吸收后储存在第一储油罐内。而在用电高峰期时，采用能量利用模式，气路系统：储气罐内高压常温空气进入膨胀机组进行释能发电。油路系统：吸收的压缩热来保证膨胀过程的近等温。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，包括由多个压缩机(2)连接组成的压缩机组，以及由多个膨胀机(11)连接组成的膨胀机组；第一级压缩机(2)的进气口通入从外界环境吸入的空气，压缩机组的排气口连接油分离器(3)，油分离器(3)得到的高压空气经第一气路阀门(7)输送至储气罐(8)，储气罐(8)的排气口再经第二气路阀门(9)连接膨胀机组的进气口；膨胀机组的级数与压缩机组的级数相等，且最后一级的膨胀机组由三通阀分为两个分支，第一分支的膨胀机通入冷空气作为换热工质，第二分支的膨胀机(11)与其它各级膨胀机(11)均通入油分离器(3)得到的热油作为换热工质，三通阀向上打开时，各膨胀机内不通入热油，实现等熵膨胀，而三通阀向下打开时，各膨胀机内通入热油，实现近等温膨胀；第二分支的膨胀机(11)与其它各级膨胀机(11)的排气口连接油分离器(3)，油分离器(3)将分离得到油液再输送至压缩机组。
2.根据权利要求1所述基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一级压缩机(2)的进气口设置有第一空气过滤器(1)，每一级压缩机(2)的排气口均与油
3.根据权利要求2所述基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第二储油罐(21)的出口管路上设置有换热器(23)，换热器(23)与余热接通。
4.根据权利要求2所述基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，最后一级压缩机(2)所连接的油分离器(3)与第一气路阀门(7)之间设置有最小压力阀(4)、止回阀(5)以及干燥器(6)。
5.根据权利要求1所述基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩机组中的各压缩机(2)连接电动机(15)，电动机(15)通过第一开关(13)连接电源(14)；所述膨胀机组中的各膨胀机(11)连接发电机(16)，发电机(16)通过第二开关(17)连接电源(14)。
6.根据权利要求1所述基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述膨胀机组中最后一级第二分支的膨胀机(11)与其它各级膨胀机(11)的排气口均与油分离器(3)相连，油分离器(3)将分离得到的油液输送至第一储油罐(20)进行存储，第一储油罐(20)的出口管路经第一油路阀门(19)和第一油泵(18)连接压缩机组中的各压缩机(2)。
7.根据权利要求1所述基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述膨胀机组中第一级的膨胀机(11)与第二气路阀门(9)之间设置有第二空气过滤器(10)。
8.一种如权利要求1至7中任意一项所述基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统的控制方法，其特征在于：根据用电的高峰期和低谷期来选择不同的系统工作模式；
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，包括由多个压缩机(2)连接组成的压缩机组，以及由多个膨胀机(11)连接组成的膨胀机组；第一级压缩机(2)的进气口通入从外界环境吸入的空气，压缩机组的排气口连接油分离器(3)，油分离器(3)得到的高压空气经第一气路阀门(7)输送至储气罐(8)，储气罐(8)的排气口再经第二气路阀门(9)连接膨胀机组的进气口；膨胀机组的级数与压缩机组的级数相等，且最后一级的膨胀机组由三通阀分为两个分支，第一分支的膨胀机通入冷空气作为换热工质，第二分支的膨胀机(11)与其它各级膨胀机(11)均通入油分离器(3)得到的热油作为换热工质，三通阀向上打开时，各膨胀机内不通入热油，实现等熵膨胀，而三通阀向下打开时，各膨胀机内通入热油，实现近等温膨胀；第二分支的膨胀机(11)与其它各级膨胀机(11)的排气口连接油分离器(3)，油分离器(3)将分离得到油液再输送至压缩机组。
2.根据权利要求1所述基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一级压缩机(2)的进气口设置有第一空气过滤器(1)，每一级压缩机(2)的排气口均与油分离器(3)相连，油分离器(3)将分离得到的油液输送至第二储油罐(21)进行存储，第二储油罐(21)的出口管路经第二油路阀门(22)和第二油泵(24)连接膨胀机组中最后一级第二分支的膨胀机(11)与其它各级膨胀机(11)。
3.根据权利要求2所述基于近等温压缩及余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第二储油罐(21)的出口管路上设置有换热器(23)，换...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐天宇，张霄，刘威，张会明，赵宝国，李丹童，何志龙，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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