CN107387376A - 微电网压缩空气储能系统 - Google Patents
微电网压缩空气储能系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107387376A CN107387376A CN201710769535.9A CN201710769535A CN107387376A CN 107387376 A CN107387376 A CN 107387376A CN 201710769535 A CN201710769535 A CN 201710769535A CN 107387376 A CN107387376 A CN 107387376A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- air
- energy
- storage system
- pressure
- compressed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
- F04B41/02—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids having reservoirs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/10—Heating, e.g. warming-up before starting
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
- F04B41/06—Combinations of two or more pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
- F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
本发明公开了微电网压缩空气储能系统,包括依次连接的电能储存系统、电能释放系统,以及位于电能储存系统、电能释放系统上的温调系统,电能储存系统包括压缩空气储能系统和热储能系统,电能释放系统包括调压系统和做功系统,压缩空气储能系统包括电动机,与电动机连接的若干台串联的空气压缩机,空气压缩机之间设置的离合器,以及与最后一个空气压缩机连接的压缩空气储罐,空气压缩机的压缩单元与压缩单元之间的管道上,均设置了与压缩空气储罐连接的压缩空气输出旁路管道,旁路管道上均设置了电动控制阀门,以便实现相应旁路管道的开启与关闭。本发明结构简单、可减少能耗、可自动调节、适应变参数工况,且可对膨胀机入口的空气进行升温,使空气达到更高的温度,大幅度提高膨胀机对外输出功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力储能领域,尤其涉及一种微电网压缩空气储能系统。
背景技术
微电网中较多的配置了风力发电与太阳能发电等可再生能源装机容量,同时还配置有燃气-蒸汽联合循环发电系统。由于微电网中配置了燃气-蒸汽联合循环系统,使得这种微电网已经具备了很好的天然气供应的条件。
风力发电与太阳能发电等可再生能源电能的品质不好,风力发电的电能品质受风速影响很大,一般夜间的风速较大,风力发电机输出的电能较多,但是夜间电网对电能的需求较弱。同时,风力发电的出力稳定性受风速波动影响很明显,风速的变化直接回引起风力发电机所输出电能的波动,风电的波动性使得电网很难大规模接纳风电。太阳能发电,包括太阳能光热发电与太阳能光伏发电等形式,太阳能发电机组的电力输出受太阳能光照强度的影响很明显,太阳光照强度大的时候,太阳能发电机组的电能输出就强,太阳光照强度弱的时候,太阳能发电机组的出力就弱。同时,阴雨天或者夜间没有太阳光的时候,太阳能发电机组就没有电能输出。因此,太阳能发电机组输出的电能的稳定性差,出力不可预测性大,对电网的冲击大,电网也很难对太阳能电能直接进行大规模接纳。
压缩空气储能技术能够实现电能的规模化储存,压缩空气储能技术在电能储存阶段以电能驱动压缩机做功获得高压力的压缩空气,将电能以压缩空气的压力能的形式进行储存。在储能系统对外输出电能期间,释放出压缩空气推动膨胀机进行做功,驱动发电机输出稳定的电能。
现有压缩空气储能技术存在以下缺点(1)储能系统的压缩机组呈现串联布置,空气自环境大气被吸入压缩机内进行逐级压缩,一直到高压状态进入储气罐储存。所有压缩机同时运行或者同时关闭,向储气罐内注入的压缩空气气流只有唯一的压力参数。高压参数在晚上储能白天对外释放能量的这种电网削峰填谷模式中,能够提高压缩空气储能内的能量密度;但是,当对波动性的风光电能进行在线质量平滑时,多级压缩机的投入却降低了储能系统的效率。(2)现有的压缩空气储能技术在储能阶段进行高压力参数的空气储存(例如8MPa以上),在电能释放阶段,通过节流阀降压阀来实现压缩空气压力的降压调节,存在很大的节流压力能损失,降低了压缩空气储能系统的效率。另外,在部分压缩空气储能系统中采用了喉部通流面积固定的压力匹配器进行调压过程中压力能回收,此种喉部固定的压力匹配器调压方式能够较好的回收空气降压过程中的压力能,但是在压力匹配器入口仍然需要配置一个降压阀进行空气压力的预先调节,因此上述压力匹配器只能够部分回收压缩空气降压调节过程中的压力能损失,仍然存在一部分压力能损失。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的缺陷,提供一种结构简单、可减少能耗、可自动调节、适应变参数工况,且可对膨胀机入口的空气进行升温,使空气达到更高的温度,大幅度提高膨胀机对外输出功率的微电网压缩空气储能系统。
本发明通过以下技术方案实现:
一种微电网压缩空气储能系统,包括依次连接的电能储存系统、电能释放系统,以及位于电能储存系统、电能释放系统上的温调系统,电能储存系统包括压缩空气储能系统和热储能系统,电能释放系统包括调压系统和做功系统,压缩空气储能系统包括电动机,与电动机连接的若干台串联的空气压缩机,空气压缩机之间或者空气压缩机压缩单元与动力传动轴之间设置的离合器,以及与最后一个空气压缩机连接的压缩空气储罐,空气压缩机的压缩单元与压缩单元之间的管道上,均设置了与压缩空气储罐连接的压缩空气输出旁路管道,旁路管道上均设置了电动控制阀门,以便实现相应旁路管道的开启与关闭。
进一步地,所述压缩机的第一个压缩单元的入口设置有第一换热装置,压缩机的压缩单元与压缩单元之间的管道上及压缩机的最后一个压缩单元与压缩空气储罐的管道上均设置有第二换热装置、第三换热装置,热储能系统与第二换热装置、第三换热装置连接。
进一步地,所述热储能系统包括至少三个相互连通并互相循环联通的加压水储罐,三个加压水储罐分别为高温加压水储罐,中温加压水储罐以及常温加压水储罐,其中,中温加压水储罐内储存的中温加压水用于所述第二换热装置换热,常温加压水储罐内储存的常温加压水用于所述第三换热装置换热。
进一步地,所述压缩机的最后一个压缩单元与压缩空气储罐连接的管道上,设置了与所述热储能系统连接的空气输送管道。
进一步地,所述调压系统包括可调式压力匹配器,可调式压力匹配器与所述压缩空气储罐连接并调压,做功系统包括与可调式压力匹配器连接的若干台串联的空气膨胀机,以及与空气膨胀机连接的发电机,温调系统设置在可调式压力匹配器、空气膨胀机的入口处。
进一步地,所述可调式压力匹配器与所述压缩空气储罐连接的管路上设置有压力监测器,压力监测器信号传递给自动控制装置控制可调式压力匹配器的喉部通流面积跟随压缩空气储罐内压力的变化进行自动调节。
进一步地,所述可调式压力匹配器的喉部通流面积跟随压缩空气储罐内压力的变化进行自动调节,且包括三路气流口,第一路气流口输入压缩空气储罐过来的高压气流;第二路气流口输入一台或几台空气膨胀机的排气气流,压力低于高压主射气流;第三路气流口输出由第一路气流口与第二路气流口输入的气流自动混合而成的中压气流,所述空气膨胀机的排气管道上设置有连通可调式压力匹配器的第二路气流口的抽气管道,空气膨胀机的排气管道抽气位置设置在温调系统之前,各个抽气管道上都设置了电动控制阀门,以实现各个管道开闭的自动控制。
进一步地,所述温调系统包括第一温调装置和第二温调装置,第一温调装置设置在可调式压力匹配器的入口处,第二温调装置设置在空气膨胀机的入口处。
进一步地,所述第一温调装置为换热器,所述第二温调装置为天然气燃烧器,换热器的高温换热介质采用最后一台空气膨胀机的排气,天然气燃烧器与天然气调压站一端出口连接,天然气调压站另一端出口与燃气轮机组连接。
进一步地,所述第一温调装置和所述第二温调装置均为换热器,换热器与所述热储能系统连接。
本发明有益效果:一种微电网压缩空气储能系统,包括依次连接的电能储存系统、电能释放系统,以及位于电能储存系统、电能释放系统上的温调系统,电能储存系统包括压缩空气储能系统和热储能系统,电能释放系统包括调压系统和做功系统,压缩空气储能系统包括电动机,与电动机连接的若干台串联的空气压缩机,空气压缩机之间或者空气压缩机压缩单元与动力传动轴之间设置的离合器,以及与最后一个空气压缩机连接的压缩空气储罐,空气压缩机的压缩单元与压缩单元之间的管道上,均设置了与压缩空气储罐连接的压缩空气输出旁路管道,旁路管道上均设置了电动控制阀门,以便实现相应旁路管道的开启与关闭。本发明结构简单、可减少能耗、可自动调节、适应变参数工况,且可对膨胀机入口的空气进行升温,使空气达到更高的温度,大幅度提高膨胀机对外输出功率。
附图说明
图1为本发明一种微电网压缩空气储能系统结构示意图一;
图2为本发明一种微电网压缩空气储能系统的电能储存系统结构示意图;
图3为本发明一种微电网压缩空气储能系统的电能释放系统结构示意图一;
图4本发明一种微电网压缩空气储能系统结构示意图二;
图5为本发明一种微电网压缩空气储能系统的电能释放系统结构示意图二;
图6为本发明一种微电网压缩空气储能系统的电能释放系统结构示意图三;
图7为本发明一种微电网压缩空气储能系统的单个喉部通流面积可调的可调式压力匹配器的结构示意图;
图8为本发明一种微电网压缩空气储能系统的多个喉部通流面积可调的可调式压力匹配器的结构示意图;
图9为现有技术中采用的喉部通流面积固定的固定式压力匹配器的结构示意图。
其中:1-电能储存系统,11-压缩空气储能系统,111-电动机,112-空气压缩机,113-离合器,114-压缩空气储罐;12-热储能系统,121-高温加压水储罐,122-中温加压水储罐,123-常温加压水储罐,124-高温换热介质储罐,125-低温换热介质储罐;13-第一换热装置,14-第二换热装置,15-第三换热装置,16-电动调节阀门,17-空气输送管道,2-电能释放系统,21-可调式压力匹配器,211-第一路气流口,212-第二路气流口,213-第三路气流口,22-做功系统,221-空气膨胀机,222-发电机,23-天然气调压站,24-燃气轮机组,3-压力监测器,4-抽气管道,5-换热器,6-天然气燃烧器。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明,在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
实施例一:
如图1至3所示,一种微电网压缩空气储能系统11,包括依次连接的电能储存系统1、电能释放系统2,以及位于电能储存系统1、电能释放系统2上的温调系统,电能储存系统1包括压缩空气储能系统11和热储能系统12,电能释放系统2包括调压系统和做功系统22。
如图1、2所示,电能储存系统1包括压缩空气储能系统11和热储能系统12,压缩空气储能系统11包括电动机111,与电动机111连接的若干台串联的空气压缩机112,空气压缩机112之间设置的离合器113,以及与最后一个空气压缩机112连接的压缩空气储罐114,空气压缩机112的压缩单元与压缩单元之间的管道上,均设置了与压缩空气储罐114连接的压缩空气输出旁路管道16,旁路管道16上均设置了电动控制阀门,以便实现相应旁路管道16的开启与关闭。空气压缩机112的第一个压缩单元的入口设置有第一换热装置13,空气压缩机112的压缩单元与压缩单元之间的管道上及空气压缩机112的最后一个压缩单元与压缩空气储罐114的管道上均设置有第二换热装置14、第三换热装置15,热储能系统12与第二换热装置14、第三换热装置15连接。第一换热装置13、第二换热装置14、第三换热装置15均为换热器。
热储能系统12包括至少三个相互连通并互相循环联通的加压水储罐,三个加压水储罐分别为高温加压水储罐121,中温加压水储罐122以及常温加压水储罐123,其中,中温加压水储罐122内储存的中温加压水用于第二换热装置14换热,常温加压水储罐123内储存的常温加压水用于第三换热装置15换热。
进一步地,如图2所示,空气压缩机112的最后一个压缩单元与压缩空气储罐114连接的管道上,设置了与热储能系统12连接的空气输送管道17。
如图1、3所示,调压系统包括可调式压力匹配器21,可调式压力匹配器21与压缩空气储罐114连接并调压,做功系统22包括与可调式压力匹配器21连接的若干台串联的空气膨胀机221,以及与空气膨胀机221连接的发电机222,温调系统设置在可调式压力匹配器21、空气膨胀机221的入口处,可调式压力匹配器21与压缩空气储罐114连接的管路上设置有压力监测器3,压力监测器3信号传递给自动控制装置控制可调式压力匹配器21的喉部通流面积跟随压缩空气储罐114内压力的变化进行自动调节。
进一步地,可调式压力匹配器21的喉部通流面积跟随压缩空气储罐114内压力的变化进行自动调节,且包括三路气流口,第一路气流口211输入压缩空气储罐114过来的高压气流;第二路气流口212输入一台或几台空气膨胀机221的排气气流,压力低于高压主射气流;第三路气流口213输出由第一路气流口211与第二路气流口212输入的气流自动混合而成的中压气流,进一步地,在可调式压力匹配器21喉部通流面积跟随压力监测器信号进行自动调整时,可调式压力匹配器21第二路气流口212自空气膨胀机221排气口的抽气来源也可以进行相应调整。
空气膨胀机221的排气管道上设置有连通可调式压力匹配器21的第二路气流口212的抽气管道4,空气膨胀机221的排气管道抽气位置设置在温调系统之前,各个抽气管道4上都设置了电动控制阀门,以实现各个管道开闭的自动控制。可调式压力匹配器21的喉部通流面积能够通过电动执行机构进行调整,以让可调式压力匹配器21始终处于最优的性能状态,实现最大的引射系数。可调式压力匹配器21由三路气流,第一路气流为高压主射气流,从可调式压力匹配器21的高压入口流入,高压入口与压缩空气储罐114的出气口相连。第二路为低压卷吸气流,可调式压力匹配器21的低压卷吸气流入口与空气膨胀机221的排气管道相连,能够根据实际需要选择不同空气膨胀机221的排气作为卷吸气流来源。第三路为中压气流,这路气流由高压气流与低压气流自动混合而成,中压气流流入空气膨胀机221进行膨胀做功,空气膨胀机221输出轴功,驱动发电机222输出电能。
在压缩空气储能系统11对外输出电能的初始阶段,压缩空气储罐114内的空气处于高压力状态,此时低压卷吸气流选用第二台或者第三台空气膨胀机221排气气流作为卷吸气源,以最大程度的实现低压气流的升压;随着压缩空气储罐114持续输出压缩空气,储罐内压力下降,此时将低压卷吸气源切换至第一台空气膨胀机221排气,以继续回收调压过程中的压力能。
温调系统包括第一温调装置和第二温调装置,第一温调装置设置在可调式压力匹配器21的入口处,第二温调装置设置在空气膨胀机221的入口处。第一温调装置为换热器5,第二温调装置为天然气燃烧器6,换热器5的高温换热介质采用最后一台空气膨胀机221的排气,天然气燃烧器6与天然气调压站23一端出口连接,天然气调压站23另一端出口与燃气轮机组24连接。在微电网中,已经配置了燃气轮机组24,配置了相应的天然气调压站23。外部天然气管道输送来的天然气经过天然气调压站23将天然气的压力与温度调节到适应的参数,调压站出口的一路天然气通往燃气轮机组24的燃烧器进行燃烧,加热燃气轮机组24做功气流。从天然气调压站23出来的另一路天然气输送至压缩空气储能做功系统22,分别进入空气膨胀机221之前的天然气燃烧器6燃烧,加热空气膨胀机221入口的空气,提升空气膨胀机221的做功能力,进而提升发电机222输出电能的能力。
本实施例在压缩空气储能系统11的配置上,配置了多台空气压缩机112,空气压缩机112之间安装了离合器113,可以根据系统运行的要求,让高压空气压缩机112处于停运状态,以减少电能储存阶段的耗能。在压缩空气输送管道的配置上,从第二台空气压缩机112起,在空气压缩机112入口设置了压缩空气输送管道旁路,可以通过压缩空气输送旁路管道16将空气直接输送至压缩空气储罐114内。压缩空气输出旁路管道16,以在输出中低压力空气时,可以通过离合器113脱离高压力参数的空气压缩机112压缩单元,减少压缩过程的能耗。旁路管道16上都设置了电动控制阀门,以便实现相应旁路管道16的开启与关闭。当只需要中低压力的压缩空气时,启用旁路管道16,关闭高压力的压缩单元入口管道上的阀门,同时通过离合器113断开高压力的压缩单元,这样就能够减少压缩阶段的能耗。在空气压缩机112与空气压缩机112之间,同时配置了第二换热装置14、第三换热装置15,即配置两台换热器,第二换热装置14,即第一台换热器,第一台换热器主要用于获得尽可能高的加压水出口温度,实现压缩热更高品质的储存,第一台换热器以中温加压水储罐122内的中温水为第一台换热器的吸热介质,回收压缩空气携带的压缩热,输出高温水,将高温水输送至高温加压水储罐121进行储存。当第一台换热器出口加压水的温度低于设计温度时,此时可以将其输送回中温加压水储罐122,通过进一步的换热来提高第一台换热器51的出口水温。当第一台换热器51的出口水温达到设计温度时,将其通入高温加热水储罐进行储存,以便在需要的时候导出储存热量进行再次利用。第三换热装置15,即第二台换热器,第二台换热器用于控制后续压缩单元入口空气的温度,实现压缩单元入口温度的可控调节,第二台换热器以常温加压水储罐123内的加压水为换热介质,以让空气温度在进入后续空气压缩机112时达到允许的温度返回。第二台换热器输出的加压水,根据水温特点可以输回至常温加压水储罐123或者是中温加压水储罐122内。加压水储罐内储存的热量即可以用于对微点网区域用户进行供热,也可以根据压缩空气储能系统11的需求,加热空气膨胀机221入口的空气。
在电能释放系统2的配置上,配置了可调式压力匹配器21,多台空气膨胀机221,发电机222,以及多台换热器。可调式压力匹配器21能够根据压缩空气储罐114内的压力信号进行自动调节,在储罐内压力信号反馈下,通过可调式压力匹配器21的电动执行机构驱动压力匹配器改变喉部通流面积,与之同时,根据最佳运行性能原则选择不同空气膨胀机221的排气作为低压卷吸气流,以最大程度的实现低压气流的升压。
在换热器的配置上,可调式压力匹配器21的入口配置了换热器5,回收最后一台空气膨胀机221做功排气的余热;每一台空气膨胀机221的入口都配置了天然气燃烧器6,天然气燃烧器6需要的天然气来自微电网中天然气发电机组配置的天然气调压站23。通过天然气燃烧器6中燃烧的天然气的量来控制空气膨胀机221入口空气的温度,进而实现空气膨胀机221输出轴功的有效调节。
下面就本实施例在削峰填谷模式与电能品质在线平滑模式的两种模式下的运行方式进行分别阐述。
在削峰填谷模式下,为提高电能的储存量,压缩空气储罐114内压缩空气需要进行高压储存(9MPa或者更高压力)以提高储能密度,此时关闭每台空气压缩机112入口的压缩空气输送旁路管道16,让空气连续通过多台空气压缩机112,从最后一台空气压缩机112输出,然后进入压缩空气储罐114内进行储存。在电能输出阶段,通过储罐内的实时压力测量信号控制可调式压力匹配器21喉部通流面积,让可调式压力匹配器21随着压缩空气储罐114内压力的变化而自动改变喉部通流面积。在对外电能输出过程中,还可以根据储罐内空气压力监测信号,改变空气膨胀机221排气的抽气位置。在储罐内压缩空气处于高压状态时,以第二台或者第三台空气膨胀机221的排气作为低压卷吸气流的来源,在储罐内压力下降到一定程度时,以第一台空气膨胀机221的排气作为低压卷吸气流来源。
电能品质在线平滑模式下,压缩空气储能系统11以新能源电能品质的实时改善为目的,不需要进行大规模的储存。此时,通过离合器113脱开高压力的空气压缩机112,同时使用压缩空气旁路管道16将压缩空气输送至储罐内进行储存(例如6MPa甚至更低压力)。与此同时,通过可调式压力匹配器21实时跟踪储罐内压力变化趋势,通过电动执行机构改变压力匹配器的喉部通流面积,同时选用第一台空气膨胀机221排气作为可调式压力匹配器21的低压卷吸气流。通过天然气燃烧器6对空气膨胀机221入口的空气进行升温,提高空气膨胀机221对外输出电能的能力。随着持续对外输出电能,当压缩空气储罐114内的空气压力下降达一定值后,关闭可调式压力匹配器21调压系统,启动装有电动阀门的旁路管道16,以进一步增加储能系统对外做功的时间。在线平滑模式下,将高压力参数的空气压缩机112进行关停,减少了储能阶段的耗能。与此同时,通过可调式压力匹配器21的使用,在压力匹配器之前无需采用降压阀对压缩空气进行提前降压,减少了压力能损失,提高了整个压缩空气储能系统11的效率。
实施例二:
如图4所示,第一温调装置和所述第二温调装置均为换热器5,换热器5与热储能系统12连接。热储能系统12包括至少三个相互连通并互相循环联通的加压水储罐,三个加压水储罐分别为高温加压水储罐121,中温加压水储罐122以及常温加压水储罐123,其中,高温加压水储罐121内储存的高温加压水用于换热器5换热。本实施例与上一个实施例相比,在空气膨胀机221之前取消了天然气燃烧器6,取而代之的是使用换热器,将储能阶段储存在高温加压水储罐121内的压缩热用于加热空气膨胀机221入口空气的温度,进而提高空气膨胀机221出力。本实施例中的压缩空气储能系统既可以用于电网的削峰填谷模式,也可以用于风电与光伏发电等新能源电能品质改善的在线平滑。
如图5所示,第一温调装置和第二温调装置均为换热器5,换热器5与热储能系统12连接。热储能系统12包括高温换热介质储罐124以及通过换热管道与高温换热介质储罐124的低温换热介质储罐125,换热器5的高温换热介质来自换热管道。
如图6所示,第一温调装置和第二温调装置均为换热器5,换热器5与热储能系统12连接。换热器5的换热介质的热源也可以来自工厂废气的余热或者太能能储热等形式;
如图7和8所示,本发明可调式压力匹配器21可采用单喉部通流面积可调的可调式压力匹配器,也可以采用多喉部通流面积可调的可调式压力匹配器,同时还可以采用两级可调式压力匹配器进行串联,从而使第一级可调式压力匹配器的输出的中压气流作为第二级可调式压力匹配器的低压气流,进而增强可调式压力匹配器21的配置灵活性。
本发明:电能储存系统1在空气压缩机112压缩单元与压缩单元之间的连通输气管道上配置了两台换热器,两台换热器的功能不同。第一台换热器实现空气压缩然的高温与高品质储存,第二台换热器实现后续压缩单元入口空气温度的可控调节;同时配置了连通压缩空气储罐114的旁路输出管道;旁路管道16直接与压缩空气储罐114连通,相应管道上都配置了电动控制阀。保护采用旁路管道16输出压缩空气时,旁路管道16之后的空气压缩机112高压力压缩单元可以通过离合器113断开,不消耗压缩功,减少了电能储存阶段的能耗。压缩热储存系统同时配置了高温加压水储罐121、中温加压水储罐122以及常温加压水储罐123这三类加压水储罐,实现了压缩然的高温与高品质储存;电能释放系统2的压缩空气调压系统配置了可调式压力匹配器21调压系统,可调式压力匹配器21的喉部通流面积能够通过储罐内空气压力监测信号进行自动跟踪与调整,在储罐空气出口与可调式压力匹配器21高压空气入口之没有调压损失;保护同一电能输出阶段,可调式压力匹配器21的低压卷吸气源来源能够根据储罐内压力监测信号进行自动调整,在储罐内空气处于高压力状态时使用第二台或者第三台空气膨胀机221排气为低压卷吸气源来源;在压缩空气储罐114内压力下降达一定程度时,切换至第一台空气膨胀机221排气为低压卷吸气源。电能释放系统2在有天然气调压站23供应天然气的场景下,能够采用天然气燃烧器6提升空气膨胀机221入口空气温度,提升电能输出能力;在没有天然气供应的场景下,能够采用储能阶段压缩然加热空气膨胀机221入口空气温度,提升电能输出能力,提高储能系统效率。
以上对发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只适用于帮助理解发明实施例的原理;同时,对于本领域的一般技术人员,依据发明实施例,在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对发明的限制。
Claims (10)
1.微电网压缩空气储能系统,其特征在于:包括依次连接的电能储存系统、电能释放系统,以及位于电能储存系统、电能释放系统上的温调系统,电能储存系统包括压缩空气储能系统和热储能系统,电能释放系统包括调压系统和做功系统,压缩空气储能系统包括电动机,与电动机连接的若干台串联的空气压缩机,空气压缩机之间或者空气压缩机压缩单元与动力传动轴之间设置的离合器,以及与最后一个空气压缩机连接的压缩空气储罐,空气压缩机的压缩单元与压缩单元之间的管道上,均设置了与压缩空气储罐连接的压缩空气输出旁路管道,旁路管道上均设置了电动控制阀门,以便实现相应旁路管道的开启与关闭。
2.根据权利要求1所述的微电网压缩空气储能系统,其特征在于:所述压缩机的第一个压缩单元的入口设置有第一换热装置,压缩机的压缩单元与压缩单元之间的管道上及压缩机的最后一个压缩单元与压缩空气储罐的管道上均设置有第二换热装置、第三换热装置,热储能系统与第二换热装置、第三换热装置连接。
3.根据权利要求2所述的微电网压缩空气储能系统,其特征在于:所述热储能系统包括至少三个相互连通并互相循环联通的加压水储罐,三个加压水储罐分别为高温加压水储罐,中温加压水储罐以及常温加压水储罐,其中,中温加压水储罐内储存的中温加压水用于所述第二换热装置换热,常温加压水储罐内储存的常温加压水用于所述第三换热装置换热。
4.根据权利要求3所述的微电网压缩空气储能系统,其特征在于:所述压缩机的最后一个压缩单元与压缩空气储罐连接的管道上,设置了与所述热储能系统连接的空气输送管道。
5.根据权利要求1所述的微电网压缩空气储能系统,其特征在于:所述调压系统包括可调式压力匹配器,可调式压力匹配器与所述压缩空气储罐连接并调压,做功系统包括与可调式压力匹配器连接的若干台串联的空气膨胀机,以及与空气膨胀机连接的发电机,温调系统设置在可调式压力匹配器、空气膨胀机的入口处。
6.根据权利要求5所述的微电网压缩空气储能系统,其特征在于:所述可调式压力匹配器与所述压缩空气储罐连接的管路上设置有压力监测器,压力监测器信号传递给自动控制装置控制可调式压力匹配器的喉部通流面积跟随压缩空气储罐内压力的变化进行自动调节。
7.根据权利要求6所述的微电网压缩空气储能系统,其特征在于:所述可调式压力匹配器的喉部通流面积跟随压缩空气储罐内压力的变化进行自动调节,且包括三路气流口,第一路气流口输入压缩空气储罐过来的高压气流;第二路气流口输入一台或几台空气膨胀机的排气气流,压力低于高压主射气流;第三路气流口输出由第一路气流口与第二路气流口输入的气流自动混合而成的中压气流,所述空气膨胀机的排气管道上设置有连通可调式压力匹配器的第二路气流口的抽气管道,空气膨胀机的排气管道抽气位置设置在温调系统之前,各个抽气管道上都设置了电动控制阀门,以实现各个管道开闭的自动控制。
8.根据权利要求5或6所述的微电网压缩空气储能系统,其特征在于:所述温调系统包括第一温调装置和第二温调装置,第一温调装置设置在可调式压力匹配器的入口处,第二温调装置设置在空气膨胀机的入口处。
9.根据权利要求8所述的微电网压缩空气储能系统,其特征在于:所述第一温调装置为换热器,所述第二温调装置为天然气燃烧器,换热器的高温换热介质采用最后一台空气膨胀机的排气,天然气燃烧器与天然气调压站一端出口连接,天然气调压站另一端出口与燃气轮机组连接。
10.根据权利要求5或6所述的微电网压缩空气储能系统,其特征在于:所述第一温调装置和所述第二温调装置均为换热器,换热器与所述热储能系统连接。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710769535.9A CN107387376A (zh) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | 微电网压缩空气储能系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710769535.9A CN107387376A (zh) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | 微电网压缩空气储能系统 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107387376A true CN107387376A (zh) | 2017-11-24 |
Family
ID=60347264
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710769535.9A Withdrawn CN107387376A (zh) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | 微电网压缩空气储能系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107387376A (zh) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107834575A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-03-23 | 清华大学 | 压缩空气储能系统轴系扭振的抑制装置及方法 |
CN108680260A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-10-19 | 华北电力大学(保定) | 一种用于压缩空气储能系统测量与性能分析系统 |
CN109519231A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-03-26 | 贵州电网有限责任公司 | 一种分阶段启动控制的膨胀发电机系统及方法 |
CN109519230A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-03-26 | 贵州电网有限责任公司 | 一种膨胀发电机转精细调节系统及方法 |
CN109973162A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-07-05 | 贵州电网有限责任公司 | 一种多级切换的压缩空气储能系统和方法 |
CN109973161A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-07-05 | 贵州电网有限责任公司 | 一种多级切换的膨胀发电机进气系统和方法 |
CN112682296A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-20 | 中国核电工程有限公司 | 一种核电厂用的应急动力系统、以及核电厂动力系统 |
CN113565589A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-10-29 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 喷射补燃压缩空气储能系统 |
CN116316724A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-06-23 | 中国华电科工集团有限公司 | 压缩空气储能发电热回收系统及方法 |
-
2017
- 2017-08-31 CN CN201710769535.9A patent/CN107387376A/zh not_active Withdrawn
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107834575B (zh) * | 2017-12-04 | 2019-07-26 | 清华大学 | 压缩空气储能系统轴系扭振的抑制装置及方法 |
CN107834575A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-03-23 | 清华大学 | 压缩空气储能系统轴系扭振的抑制装置及方法 |
CN108680260A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-10-19 | 华北电力大学(保定) | 一种用于压缩空气储能系统测量与性能分析系统 |
CN108680260B (zh) * | 2018-06-29 | 2020-03-17 | 华北电力大学(保定) | 一种用于压缩空气储能系统测量与性能分析系统 |
CN109519230A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-03-26 | 贵州电网有限责任公司 | 一种膨胀发电机转精细调节系统及方法 |
CN109519231A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-03-26 | 贵州电网有限责任公司 | 一种分阶段启动控制的膨胀发电机系统及方法 |
CN109519230B (zh) * | 2019-01-07 | 2024-03-26 | 贵州电网有限责任公司 | 一种膨胀发电机转精细调节系统及方法 |
CN109519231B (zh) * | 2019-01-07 | 2024-03-26 | 贵州电网有限责任公司 | 一种分阶段启动控制的膨胀发电机系统及方法 |
CN109973161A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-07-05 | 贵州电网有限责任公司 | 一种多级切换的膨胀发电机进气系统和方法 |
CN109973162A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-07-05 | 贵州电网有限责任公司 | 一种多级切换的压缩空气储能系统和方法 |
CN112682296A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-20 | 中国核电工程有限公司 | 一种核电厂用的应急动力系统、以及核电厂动力系统 |
CN113565589A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-10-29 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 喷射补燃压缩空气储能系统 |
CN116316724A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-06-23 | 中国华电科工集团有限公司 | 压缩空气储能发电热回收系统及方法 |
CN116316724B (zh) * | 2023-02-23 | 2023-10-27 | 中国华电科工集团有限公司 | 压缩空气储能发电热回收系统及方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107387376A (zh) | 微电网压缩空气储能系统 | |
CN106677848B (zh) | 一种以空气及水为储能工质的联合储能系统及方法 | |
JP3178961B2 (ja) | 圧縮空気エネルギー貯蔵方法及びシステム | |
CN112855293B (zh) | 集成储热的工业供汽热电联产调峰调频系统及运行方法 | |
CN103080503B (zh) | 太阳热利用联合循环发电站 | |
US20010000091A1 (en) | Method of operating a combustion turbine power plant at full power at high ambient temperature or at low air density using supplemental compressed air | |
CN104485469B (zh) | 基于余热余压利用的燃料电池空气供给系统 | |
CN105863751A (zh) | 一种闭式低温压缩空气储能系统和方法 | |
CN104088703A (zh) | 间冷热预热汽轮机的压缩空气蓄能-联合循环集成系统 | |
CN104395583A (zh) | 压缩空气能量存储系统 | |
CN109441741A (zh) | 一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统及其控制方法 | |
CN104564344A (zh) | 压缩空气储能系统 | |
CN100999999A (zh) | 单循环热泵发电装置 | |
CN204476566U (zh) | 压缩空气储能系统 | |
CN112432275A (zh) | 一种新型空调系统 | |
CN109915345A (zh) | 一种带喷射器多级优化的压缩空气储能系统及方法 | |
CN201407075Y (zh) | 太阳能、燃料能混合热源的二氧化碳动力输出装置 | |
CN107387177A (zh) | 高效无补燃新型压缩空气储能系统 | |
CN108386235A (zh) | 一种压缩空气储能蓄热回热系统 | |
CN207278472U (zh) | 无补燃压缩空气储能系统 | |
CN105351022B (zh) | 一种分布式供能压缩气体储能系统 | |
CN207879412U (zh) | 一种适用于电网调峰带喷射器的绝热压缩空气储能系统 | |
CN207278470U (zh) | 微电网压缩空气储能系统 | |
CN206545528U (zh) | 一种非节流增湿增焓的压缩空气储能系统 | |
CN208441894U (zh) | 一种压缩空气储能蓄热回热装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20171124 |