CN103291455A - 热电联供的压缩空气储能方法及储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种热电联供的压缩空气储能方法及储能系统，该储能方法包括有：透平膨胀机的乏气及经过调压后的高压气体进入余热换热器，之后再依次通过蓄热器及燃烧室的加热，回到透平膨胀机；储气装置的高压气体与透平膨胀机的乏气从不同吸气口进入喷射器，储气装置的高压气体经过加速、降压后，使气体压力低于乏气的压力；压气机工作产生的热量经过冷却换热器，并通过所述冷却换热器的热量对水加热，产生热水。本发明能够充分利用可再生能源，减少不可再生能源的消耗；并通过喷射器调压，减小了压缩气体压力调节过程中的能量损失；并能够有效利用余热，实现热电联供。

Description

热电联供的压缩空气储能方法及储能系统
技术领域
本发明涉及电能储存技术领域，尤其涉及一种热电联供的压缩空气储能方法及储能系统。
背景技术
我国具有丰富的风能与太阳能资源储量，其中至2011年底风能发电装机总容量已经达到62.93GW，位居全球第一位。风能与太阳能属于可再生能源资源，一天当中白昼与黑夜期间风力的大小与太阳光照强度均存在明显的波动，因而相应的风电与太阳能发电电力具有间歇性与不稳定性。结合国家大力发展风电与太阳能发电的战略大局，同时考虑风能与太阳能本身的间歇性与不稳定性，研发具有风电与太阳能发电规模化储存能力的储能技术，将电网负荷需求低谷期间的风电与太阳能发电进行储存，进而在电网负荷需求高峰时段进行释放具有重要意义。
抽水蓄能技术与处于研发阶段的压缩空气储能技术均具有很好的电力规模化储存潜力，其中抽水蓄能技术已经具有多年的工程应用经历，技术相对成熟，但是抽水蓄能技术受水资源分布影响严重，不适合于我国内蒙古与新疆等水资源缺乏的地域使用。压缩空气储能技术不受水资源分布的影响，是一项匹配风力发电与太阳能发电的理想技术。截止目前，压缩空气储能技术已经先后于1978年在德国Huntorf以及1991年在美国阿拉巴马州应用，几十年的可靠运行经验验证了该技术的商业化运行可行性。现用的压缩空气储能技术虽然取得了可靠的商业化运行经验，但是在能量释放阶段，需要消耗过多的天然气，对可再生电力资源的电力没有达到充分的利用。
发明内容
本发明的发明目的是提供了一种热电联供的压缩空气储能方法及储能系统，其能够克服现有技术的缺陷，能够充分利用可再生能源，减少不可再生能源的消耗。
本发明的目的是这样实现的：
一种热电联供的压缩空气储能方法，包括有：透平膨胀机的乏气及经过调压后的高压气体进入余热换热器，之后再依次通过蓄热器及燃烧室的加热，回到透平膨胀机。
优选的是，所述蓄热器为电加热蓄热器，可再生能源产生的电量供所述电加热蓄热器使用。
优选的是，储气装置的高压气体与透平膨胀机的乏气从不同吸气口进入喷射器，储气装置的高压气体经过加速、降压后，使气体压力低于乏气的压力。
优选的是，储气装置的高压气体与透平膨胀机的乏气经过加速、降压后再经过升压成为中压气体，再进入所述余热换热器进行加热。
优选的是，压气机工作产生的热量经过冷却换热器，并通过所述冷却换热器的热量对水加热，产生热水。
一种热电联供的压缩空气储能系统，包括有余热换热器、燃烧室及蓄热器，所述蓄热器设于所述余热换热器与所述燃烧室之间。
优选的是，所述蓄热器为电加热蓄热器，其与可再生能源供电线路连接。
优选的是，还包括有喷射器，所述喷射器的出气口与所述余热换热器连接，所述喷射器的端部设有喷射口，周壁设有卷吸口，储气装置的出气口及透平膨胀机的出气口分别与所述喷射器的喷射口及卷吸口连通，分别从不同方向进入所述喷射器。
优选的是，还包括冷却换热器，所述冷却换热器与水管连接，所述水管与居民供热系统连接。
本发明热电联供的压缩空气储能方法及储能系统与现有技术相比，具有如下有益效果：
采用余热换热器、蓄热器及燃烧室串联连接的布置方式对进入透平膨胀机的气体进行加热。经过调压之后的低温气体，首先经过余热换热器将较低温度的气体进行初步加热，之后再经过电加热蓄热器加热，最后才使用燃料为天然气的燃烧室进行加热。电加热蓄热器采用风力、太阳能等可再生能源产生的电量进行加热，不仅能够获得更高的温度，节省了燃烧室的燃料用量，且能够利用过剩的电力，大大节省了成本。
储气装置释放的高压气体通过喷射口进入喷射器，并在喷射器内加速并降压，此时与喷射器的卷吸口连通的透平膨胀机的乏气的压力高于经过经加速降压后的气体的压力，从而形成了高压压缩气体气流对卷吸入口处气流的卷吸现象，两部分气体在喷射器内部经过充分混合后并在喷射器的升压段实现升压，最后通过高压气体与低压气体混合的方式获得中压气体。通过压缩气体压力调压方法，减小了压缩空气压力调节过程的能量损失，同时还以一定系数放大了可作功工质总量，对于提高储能系统的整体效率具有积极作用。
在能量储存阶段，压气机压缩空气会产生热量，其温度通常可以达到260℃至300℃之间，此部分热量在冷却换热器中传递给水，实现居民供热，最大可能的利用剩余热量，在供电的同时，还能够供热，使输出产品形式多样性，提高了热电联供压缩空气储能系统的经济性。
附图说明
图1为本发明热电联供压缩空气储能系统的结构示意图；
图2为本发明喷射器的结构示意图。
具体实施方式
本发明一种热电联供压缩空气储能方法，包括有：透平膨胀机的乏气及经过调压后的高压气体进入余热换热器，之后再依次通过蓄热器及燃烧室的加热，回到透平膨胀机。
其中，储气装置的高压气体与透平膨胀机的乏气从不同吸气口进入喷射器，储气装置的高压气体经过加速、降压后，使气体压力低于乏气的压力；并且储气装置的高压气体与透平膨胀机的乏气经过加速、降压后再经过升压成为中压气体，再进入所述余热换热器进行加热。
优选的是，压气机工作产生的热量经过冷却换热器，并通过所述冷却换热器的热量对水加热，产生热水。
如图1所示，热电联供压缩空气储能系统，包括有能量储存阶段及能量释放阶段。
在能量储存阶段，电动机10带动压气机压缩空气至高压状态，并储存到储气装置18内。所述储气装置18为位于地下400米以下的高压储气溶洞。在压缩过程中，压气机将常压空气向高压空气压缩过程中会产生压缩热，通过水泵17提供水源，利用此部分热量对水进行加热，再以热水的形式将热量传递至居民生活区，实现对居民生活区的供热。
其中，所述压气机设置有三台，分别为压气机11-13，三台压气机11-13串联连接；包括有冷却换热器也设置有三台，分别为冷却换热器14-16，经过所述压气机11-13压缩后的气体，再分别通过所述冷却换热器14-16；而水泵17提供的水分别通过管道与所述冷却换热器14-16连接，利用冷却换热器14-16将压缩热传递给水，产生热水，再通过管网将热水传递至居民生活区供热。充分利用压缩空气产生的压缩热，在提供供电的同时，可实现供热。
在能量释放阶段，高压储气溶洞18内的高压气体经过截止阀101进入喷射器19的喷射口31，压缩气体喷射器19内加速并降压，最后释放出中压工质气流；之后再依次通过余热换热器20、电加热蓄热器23及燃烧室24，再进入透平膨胀机作功，在透平膨胀机内作功工质的内能转变为膨胀机驱动轴的机械能并带动发电机25运转，输出电力。其中，电加热蓄热器23以无法并网的风电或者太阳能发电电力驱动电加热丝发热并储存热能，在高压储气溶洞18释放压缩气体驱动透平膨胀机作功的过程中，将自身蓄热传递给作功气体。中压工质气流依次经过余热换热器20、电加热蓄热器23及燃烧室24三种加热方式的串联组合及加热次序的安排，可以最大程度的减小燃烧室内天然气的消耗量，提高整个热电联供压缩空气储能系统的经济性。
本实施例优选设置有两台透平膨胀机21、22，两台透平膨胀机串联连接，且气体在进入下一级透平膨胀机作工之前还需要经过燃烧室26的加热。如图2所示，末级透平膨胀机22与喷射器19的卷吸口32连接，末级透平膨胀机22的作功乏气与通过喷射器19的喷射口31进入的高压气体在喷射器的卷吸室30内混合，经过喷射器水平混合段33后进入喷射器的渐扩增压段34升压。储气装置释放出的高压气体在喷射器19内加速并降压，喷射器卷吸口32入口的气体压力高于喷射器卷吸室30内加速后压缩气体气流的压力，从而形成了高压压缩气体气流对卷吸口32处气流的卷吸现象，两部分气体在喷射器19的水平混合段33经过充分混合并在喷射器的渐扩增压段34内升压，最后通过高压气体与低压气体混合的方式获取了中压工质气流。相比于高压储气溶洞18释放的高压气体气流来说，中压气体的流量等于高压储溶洞18释放的高压气体流量跟被卷吸低压气流流量之和，因而可作功中压工质气流的流量要大于高压储气溶洞18释放出来的高压气流的流量。优选在所述透平膨胀机21与所述喷射器19的卷吸口之间设有流量调节阀102。当所述透平膨胀机为多台时，除了末级透平膨胀机之外，其余透平膨胀机的作功乏气均通过喷射器的卷吸口32进入喷射器19与高压气体混合，末级透平膨胀机的作功乏气进入余热换热器加热。
由高压气体与卷吸低压气体混合获取的中压作功气流经过喷射器19出口流出，先经过余热换热器20和电加热蓄热器23加热升温，最后通过燃烧室24内天然气燃烧进一步提升作功气流温度。从燃烧室24流出的中压、高温作功气流首先流入首级透平膨胀机21作功，输出膨胀功；首级透平膨胀机21作功乏气一部分作为卷吸气源进入喷射器19，另外一部分经过燃烧室26后继续进入透平膨胀机22作功，以膨胀功驱动发电机输出电力，透平膨胀机22的作功乏气进入余热换热器20加热。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种热电联供的压缩空气储能方法，其特征在于，包括有：透平膨胀机的乏气及经过调压后的高压气体进入余热换热器，之后再依次通过蓄热器及燃烧室的加热，回到所述透平膨胀机。
2.根据权利要求1所述的热电联供压缩空气储能方法，其特征在于，所述蓄热器为电加热蓄热器，可再生能源产生的电量供所述电加热蓄热器使用。
3.根据权利要求1所述的热电联供压缩空气储能方法，其特征在于，储气装置的高压气体与透平膨胀机的乏气从不同吸气口进入喷射器，储气装置的高压气体经过加速、降压后，使气体压力低于乏气的压力。
4.根据权利要求3所述的热电联供压缩空气储能方法，其特征在于，储气装置的高压气体与透平膨胀机的乏气经过加速、降压后再经过升压成为中压气体，再进入所述余热换热器进行加热。
5.根据权利要求1所述的热电联供压缩空气储能方法，其特征在于，压气机工作产生的热量经过冷却换热器，并通过所述冷却换热器的热量对水加热，产生热水。
6.一种热电联供的压缩空气储能系统，包括有余热换热器及燃烧室，其特征在于，还包括有蓄热器，所述蓄热器设于所述余热换热器与所述燃烧室之间。
7.根据权利要求6所述的热电联供压缩空气储能系统，其特征在于，所述蓄热器为电加热蓄热器，其与可再生能源供电线路连接。
8.根据权利要求6所述的热电联供压缩空气储能系统，其特征在于，还包括有喷射器，所述喷射器的出气口与所述余热换热器连接，所述喷射器的端部设有喷射口，周壁设有卷吸口，储气装置的出气口及透平膨胀机的出气口分别与所述喷射器的喷射口及卷吸口连通，分别从不同方向进入所述喷射器。
9.根据权利要求6所述的热电联供压缩空气储能系统，其特征在于，还包括冷却换热器，所述冷却换热器与水管连接，所述水管与居民供热系统连接。
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