CN106907203A - 风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统,包括压缩空气储能系统、圧缩热蓄热系统、膨胀机发电系统以及太阳能蓄热系统，压缩空气储能系统包括多级空气压缩机和储气罐,圧缩热蓄热系统包括冷罐、热罐、第一换热器以及第二换热器，冷罐通过第一换热器与热罐连接，热罐通过第二换热器与冷罐相连；包括风力发电系统，风力发电系统带动空气压缩机工作，压缩后的空气通过第一换热器后储存至储气罐，储气罐中的压缩空气通过第二换热器加热后为膨胀机提供高温高压空气；太阳能蓄热系统为为膨胀机输入空气提供热量。该系统可满足可再生能源的利用，也将低谷电能用在高峰时段，起到了节能减排的作用。

Description

风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统
技术领域
本发明涉及发电设备领域，特别是一种风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统。
背景技术
目前已有的电力储能系统有抽水蓄能电站、压缩空气储能系统、蓄电池、超导磁能等，其中抽水蓄能和压缩空气储能系统是比较适合大规模储能的两种系统，他们都具有储存能量大、输出功率大等特点，其他形式储能虽也能达到同一目的，但相对来说初始投资更高，运行费用更高，储存性能也不如前面两种储能方式。
传统的压缩空气储能系统（CAES系统）电站，由压缩机、储气室（地下洞穴）、燃烧室、膨胀机、发电机/电动机组成。化石燃料的燃烧，消耗能源，污染环境。而且现有的压缩空气储能系统，需要通过电力带动压缩机工作，将电能储存为压缩空气，当用电高峰时，再将压缩空气转化为电能，在这个过程中产生大量的热量损耗，造成了能源的浪费。传统的压缩空气储能电站选址需在有地下洞穴的地理位置，因此建造受到了限制，而且为增加压缩空气储能系统的电能容纳能力，需要增大储气的容积，这就使得压缩空气储能电站对储气条件的要求非正常苛刻。
风能是地球表面空气流动所产生的动能，太阳能是太阳光辐射产生的能源，这两种年能源资源丰富，而且对环境无污染，越来越多被用来发电。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统，可以克服风力发电的间歇性，将风力发电与压缩空气发电以及太阳能发电相结合，可以节约能源，发电效率高。
为解决上述技术问题，所采用的的技术方案是：风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统,包括压缩空气储能系统、圧缩热蓄热系统、膨胀机发电系统以及太阳能蓄热系统，压缩空气储能系统包括多级空气压缩机和储气罐,圧缩热蓄热系统包括冷罐、热罐、第一换热器以及第二换热器，冷罐通过第一换热器与热罐连接，热罐通过第二换热器与冷罐相连；还包括风力发电系统，风力发电系统带动空气压缩机工作，压缩后的空气通过第一换热器后储存至储气罐，储气罐中的压缩空气通过第二换热器加热后为膨胀机提供高温高压空气；太阳能蓄热系统为为膨胀机输入空气提供热量。
优选的方案中，所述储气罐为恒压储气罐。
优选的方案中，所述太阳能蓄热系统包括集热器、蓄热器和循环水泵, 集热器通过水管连接蓄热器，水管中设置循环水泵。
进一步的，所述太阳能蓄热系统还包括辅助热源。
优选的方案中，所述空气压缩机和膨胀机为四级。
本发明提供的风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统，通过采用以上结构，将风力发电、太阳能发电以及压缩空气蓄能系统有机结合，该系统不含燃烧室，结合了风能和太阳能两种可再生能源的互补性，即可满足可再生能源的利用，也将低谷电能用在高峰时段，起到了节能减排的作用。优选的方案中，设置的恒压储气罐，能够保持电站的高效运行以及减小存储体积。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的太阳能蓄热系统示意图。
图3为本发明的圧缩热蓄热系统示意图。
图中：风力发电系统1，空气压缩机2，储气罐3,冷罐4，热罐5，第一换热器6，第二换热器7，膨胀机8，集热器9，蓄热器10，循环水泵11。
具体实施方式
如图1中，风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统,包括压缩空气储能系统、圧缩热蓄热系统、膨胀机发电系统以及太阳能蓄热系统，压缩空气储能系统包括多级空气压缩机2和储气罐3,圧缩热蓄热系统包括冷罐4、热罐5、第一换热器6以及第二换热器7，冷罐4通过第一换热器6与热罐5连接，热罐5通过第二换热器7与冷罐4相连；还包括风力发电系统1，风力发电系统1发出的间歇性电能带动空气压缩机2压缩空气；太阳能蓄热系统为为膨胀机8输入空气提供热量。
如图2中，太阳能蓄热系统包括集热器9、蓄热器10和循环水泵11, 集热器9通过管道连接蓄热器10，管道中设置循环水泵11。集热器9将太阳能聚集成高能流密度的中高温热能，加热来自蓄热器10的蓄热介质，蓄热介质采用导热油，温度可达500℃左右。
用电低估时，利用风电将空气压缩至80×105～200×105Pa，高温高压空气经过第一换热器6降温后储存至储气罐3，冷罐4中的蓄热介质经过第一换热器6加热进入热罐5中储存。当用电高峰时，储气罐3中的高压低温空气经过第二换热器7，热罐5中的蓄热介质流经第二换热器7，对高压低温空气加热，同时，蓄热器10中的高温蓄热介质将热量提供给膨胀机8进口的高压空气，当高压空气达到200～450℃，然后到膨胀机8膨胀做功，输出稳定的电能。
优选的方案如图3中，空气压缩机2和膨胀机8为四级。从储气罐3输出的高压空气经空气压缩机级间排热或透平排气余热、太阳能加热到200～450℃，然后到膨胀机8膨胀做功，输出稳定的电能，为了提高系统的储能效率，当系统储电时，回收空气压缩机2级间排热并将其储存在热罐5中，当系统发电时，利用存储的级间排热加热高压空气，增加膨胀机8出功。随着太阳能集热温度的升高，膨胀机8进口温度和出口温度均升高，当膨胀机8出口温度高于空气压缩机2级间排热温度时，系统只需回收利用透平排气余热，从储气罐3输出的高压空气经压缩机级间排热或膨胀机排气余热、太阳能加热到200～450℃，然后到膨胀机8膨胀做功，输出稳定的电能。
优选的方案中，所述储气罐3为恒压储气罐。采用恒压式储气装置能够保持电站的高效运行以及减小存储体积。当储能系统容量、空气压缩机2出口压力以及膨胀机8进口温度相同时，恒压时的热效率大于恒容时的热效率，因为在恒容储气罐中压力不断变化，目前的压缩空气储能电站都会控制节流阀控制透平入口压力，但相对恒压储气罐仍会损失更多的压力能。而恒容时的储能密度远小于恒压时的储能密度，导致恒容时所需要的储气罐的体积非常大。
优选的方案中，所述太阳能蓄热系统还包括辅助热源。当部分地区由于条件限制，无法充足利用太阳能或是太阳能提供有限，可以利用辅助热源对蓄热器10中的蓄热介质加热。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统,包括压缩空气储能系统、圧缩热蓄热系统、膨胀机发电系统以及太阳能蓄热系统，压缩空气储能系统包括多级空气压缩机（2）和储气罐（3）,其特征在于：圧缩热蓄热系统包括冷罐（4）、热罐（5）、第一换热器（6）以及第二换热器（7），冷罐（4）通过第一换热器（6）与热罐（5）连接，热罐（5）通过第二换热器（7）与冷罐（4）相连；还包括风力发电系统（1），风力发电系统（1）带动空气压缩机（2）工作，压缩后的空气通过第一换热器（6）后储存至储气罐（3），储气罐（3）中的压缩空气通过第二换热器第二换热器（7）加热后为膨胀机（8）提供高温高压空气；太阳能蓄热系统为为膨胀机（8）输入空气提供热量。
2.根据权利要求1所述的一种风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统，其特征在于：所述储气罐（3）为恒压储气罐。
3.根据权利要求1所述的一种风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统，其特征在于：所述太阳能蓄热系统包括集热器（9）、蓄热器（10）和循环水泵（11）, 集热器（9）通过管道连接蓄热器（10），管道中设置循环水泵（11）。
4.根据权利要求3所述的一种风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统，其特征在于：所述太阳能蓄热系统还包括辅助热源。
5.根据权利要求1所述的一种风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统，其特征在于：所述压缩机（2）和膨胀机（8）为四级。
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