CN107975392A - 一种压缩空气储能多级压缩方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压缩空气储能技术领域，尤其涉及一种压缩空气储能多级压缩方法，方法包括：常压空气经一级空气压缩机、二级空气压缩机、三级空气压缩机三次压缩后输入至储气室，一级空气压缩机和二级空气压缩机通过定频驱动器驱动，三级空气压缩机通过变频驱动器驱动；其中，储气室的储气压力范围为9.835MPa～13.3MPa，储气室的最低储气压力高于二级空气压缩机的排气压力，储气室的最高储气压力与三级空气压缩机的最高排气压力相等；一级空气压缩机、所述二级空气压缩机和所述三级空气压缩机依次串联相接。本发明的压缩空气储能多级压缩方法，使得系统设备最大程度接近最优工作状态，进而节省大量能耗，延长设备使用寿命，提高制取压缩气的效率，且降低了生产成本。

Description

一种压缩空气储能多级压缩方法
技术领域
本发明涉及压缩空气储能技术领域，尤其涉及一种压缩空气储能多级压缩方法。
背景技术
储能技术尤其是电能的存储对于能源系统的优化和调节具有重大意义。压缩空气储能技术利用空气作为储能介质进行电能的存储。
储能时，空气压缩机组在电机带动下从大气中吸气，经逐级压缩空气由一个大气压被压缩至10MPa-30MPa，电能以高压空气的形式存储在储气室中；发电时，高压空气由储气室中释放并进入空气透平机中做功，带动发电机输出电力，空气势能重新转化为电能。
由于空气透平机对入口压力有最低限制，储气室也存在最低循环压力，即储气室放气到某一压力后需要停止放气，进一步，在下次储能时空气压缩机组的背压也即该最低循环压力。压缩空气储能系统中的空气压缩机一般选用离心式压缩机，常规空气压缩机针对某一静态工况进行设计加工，因而存在最佳工作曲线，当进气参数或者排气参数发生变化时将影响压缩机的效率，从而影响压缩空气储能系统整体的效率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种压缩空气储能多级压缩方法，以解决压缩空气储能系统中空气压缩机组偏离工况时效率下降的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种压缩空气储能多级压缩方法，所述方法包括：
S1、经一级空气压缩机压缩常压空气得到的一次压缩气冷却后输入至二级空气压缩机；所述一级空气压缩机通过第一定频驱动器驱动；
S2、经所述二级空气压缩机压缩后得到的二次压缩气冷却后输入至三级空气压缩机；所述二级空气压缩机通过第二定频驱动器驱动；
S3、经所述二级空气压缩机压缩后得到的三次压缩气冷却后输入至储气室；所述三级空气压缩机通过变频驱动器驱动；
其中，所述储气室的储气压力范围为9.835MPa～13.3MPa，所述储气室的最低储气压力高于所述二级空气压缩机的排气压力，所述储气室的最高储气压力与所述三级空气压缩机的最高排气压力相等；所述一级空气压缩机、所述二级空气压缩机和所述三级空气压缩机依次串联相接。
在上述方案的基础上，各级空气压缩机均采用绝热压缩。
在上述方案的基础上，各级空气压缩机之后均设有换热装置，用于对各级空气压缩机排出的压缩气进行冷却。
在上述方案的基础上，各级压缩机的输入端和输出端配置有用于检测气体参数的传感器。
在上述方案的基础上，所述气体参数包括压力和/或温度。
在上述方案的基础上，所述二级空气压缩机的排气压力为9.235MPa。
在上述方案的基础上，所述储气室内设有压力传感器。
在上述方案的基础上，各级空气压缩机均采用离心式空气压缩机。
(三)有益效果
本发明提供的压缩空气储能多级压缩方法，通过使用定频驱动器驱动一级空气压缩机和二级空气压缩机，而通过使用变频驱动器驱动三级空气压缩机，使得一级空气压缩机和二级空气压缩机能稳定工作在设计工况内，不会受储气室压力变化的影响，并通过调整三级空气压缩机的工作曲线来跟随储气室压力的变化，使得系统设备最大程度接近最优工作状态，进而节省大量能耗，延长设备使用寿命，提高制取压缩气的效率，且降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例中压缩空气储能多级压缩方法一较佳实施例的系统流程示意图；
图2是本发明实施例中压缩空气储能多级压缩方法一较佳实施例的压力曲线图；
图中，1：一级空气压缩机；2：二级空气压缩机；3：三级空气压缩机；4：变频驱动器；5：第一定频驱动器；6：第二定频驱动器；7：一级换热器；8：二级换热器；9：三级换热器；10：储气室。
具体实施例
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1是本发明实施例中压缩空气储能多级压缩方法一较佳实施例的系统流程示意图；图2是本发明实施例中压缩空气储能多级压缩方法一较佳实施例的压力曲线图。
请参阅图1和图2，本发明实施例提供的压缩空气储能多级压缩方法，能够解决储气室压力变化导致各级空气压缩机偏离工况的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种压缩空气储能多级压缩方法，包括：
S1、经一级空气压缩机1压缩常压空气得到的一次压缩气冷却后输入至二级空气压缩机2；一级空气压缩机1通过第一定频驱动器5驱动。
具体地，如图1中所示，在第一定频驱动器5的驱动下，处于大气中的常温常压空气通过输入端进入一级空气压缩机1中进行一次压缩，输出的一次压缩气先通过一级换热器7进行冷却，一次压缩气的温度降低，换热器中的传热介质温度升高，降低了温度的压缩气输入至二级空气压缩机2中进行二次压缩，此过程实现的是如图1中的a-b-c过程。
S2、经二级空气压缩机2压缩后得到的二次压缩气冷却后输入至三级空气压缩机3；二级空气压缩机2通过第二定频驱动器6驱动。
具体地，如图1中，二级空气压缩机2通过第二定频驱动器6驱动，对吸入的经冷却后的一次压缩气进行二次压缩，输出二次压缩气，压缩气的压力和温度再次升高，然后在二级换热器8中进行热交换，二次压缩气的温度降低，冷却后的二次压缩气输入至三级空气压缩机3，完成如图1中的c-d-e的过程。
S3、经二级空气压缩机2压缩后得到的三次压缩气冷却后输入至储气室10；三级空气压缩机3通过变频驱动器4驱动。
具体地，通过变频驱动器4驱动三级空气压缩机3，经二级空气压缩机2压缩后得到的三次压缩气先在三级换热器9中换热降温，然后输入至储气室10中进行储存。储气室10中的压力并非恒定不变的，当储能系统释能时，储气室10的压力逐渐降低，储能时，储气室10压力逐渐升高。这样就造成了三级空气压缩机3的输出端连接在一个压力动态变化的环境中。传统的空气压缩机始终保持相同的工作频率，无论储气室10处于较低压力还是较高压力，压缩机输出的气压始终不变。这样，储气室10处于较低压力时，压缩机输出的气压与储气室10的气压之间的压差较大，容易对储气室10内的压缩空气造成很大的冲击，且较大的压差会造成压缩机浪费不必要的能耗。本发明中通过采用变频驱动器4驱动三级空气压缩机3，使得一级空气压缩机1和二级空气压缩机2能稳定工作在设计工况内，不会受储气室10压力变化的影响，而通过调整三级空气压缩机3的工作曲线来跟随储气室10压力的变化，进而起到节能的效果。
其中，储气室10的储气压力范围为9.835MPa～13.3MPa。储气室10的最低储气压力高于二级空气压缩机2的排气压力，储气室10的最高储气压力与三级空气压缩机3的最高排气压力相等。具体地，储气室10最低储气压力为9.835MPa，不低于二级空气压缩机2的排气压力9.235MPa，储气室10最高储气压力13.3MPa，与三级空气压缩机3设计工况的最高排气压力相等。一级空气压缩机1、二级空气压缩机2和三级空气压缩机3依次串联相接。
例如，各级压缩机及储气室10在日循环压缩空气储能系统中，如图2中所示，横坐标为二十四小时制的时间，纵坐标为压力值。夜晚用电低谷时压缩空气8小时，白天用电高峰发电5小时，储气室10为日循环储气室10。晚上22点至凌晨6点注气，注气质量流量稳定，储气室10压力由最低储气压力9.835MPa直线上升至最高储气压力13.3MPa，如直线D-E所示；凌晨6点至上午10点储气，储气室10保持最高储气压力13.3MPa，如直线A-B所示；上午10点至下午15点采气，采气质量流量稳定，储气室10压力由最高储气压力13.3MPa直线下降至最低储气压力9.835MPa，如直线B-C所示；下午15点至晚上22点备储，储气室10保持最低储气压力9.835MPa，如直线C-D所示。
空气压缩机在晚上22点至凌晨6点工作时，一级空气压缩机1在第一定频驱动器5的驱动下稳定工作，入口压力为大气压，出口压力曲线如F-G所示，即输出稳定的压力。经一级空气压缩机1压缩后的一次压缩气再进入二级空气压缩机2中压缩，二级空气压缩机2稳定工作，入口压力曲线如F-G所示，出口压力曲线如H-I所示；三级空气压缩机3在变频驱动器4控制下工作，入口压力稳定，入口压力曲线如H-I所示，出口压力随储气室10压力变化而变化，变化曲线如D-E所示；各级空气压缩机中空气质量流量稳定不变，并由一级空气压缩机1的吸气流量决定。
本发明提供的压缩空气储能多级压缩方法，通过使用定频驱动器驱动一级空气压缩机和二级空气压缩机，而通过使用变频驱动器驱动三级空气压缩机，使得一级空气压缩机和二级空气压缩机能稳定工作在设计工况内，不会受储气室压力变化的影响，并通过调整三级空气压缩机的工作曲线来跟随储气室压力的变化，使得系统设备最大程度接近最优工作状态，进而节省大量能耗，延长设备使用寿命，提高制取压缩气的效率，且降低了生产成本。
在上述方案的基础上，各级空气压缩机均采用绝热压缩，以产生高温高压空气。
在上述方案的基础上，各级空气压缩机之后均设有换热装置，用于对各级空气压缩机排出的压缩气进行冷却。本实施例中，在一级空气压缩机1和二级空气压缩机2设置一级换热器7，在二级空气压缩机2和三级空气压缩机3设置二级换热器8，在三级空气压缩机3和储气室10之间设置三级换热器9。
优选地，各级压缩机的输入端和输出端配置有用于检测气体参数的传感器。气体参数包括压力、温度等。例如配置有用于检测输出气体压力的压力传感器，以及用于检测输出气体温度的温度传感器，还可以配置用于监测压缩气湿度的湿度传感器等。
更优选地，在储气室10内设有压力传感器，用于监测储气室10内的压力值。
其中，各级空气压缩机均采用离心式空气压缩机。
本发明中，各级空气压缩机指一级空气压缩机、二级空气压缩机和三级空气压缩机，本发明中的所有“各级空气压缩机”均同时指代这三个级的压缩机。
最后应声明的是：以上所述仅为本发明一种压缩空气储能多级压缩方法的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种压缩空气储能多级压缩方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、经一级空气压缩机压缩常压空气得到的一次压缩气冷却后输入至二级空气压缩机；所述一级空气压缩机通过第一定频驱动器驱动；
S2、经所述二级空气压缩机压缩后得到的二次压缩气冷却后输入至三级空气压缩机；所述二级空气压缩机通过第二定频驱动器驱动；
S3、经所述三级空气压缩机压缩后得到的三次压缩气冷却后输入至储气室；所述三级空气压缩机通过变频驱动器驱动；
其中，所述储气室的储气压力范围为9.835MPa～13.3MPa，所述储气室的最低储气压力高于所述二级空气压缩机的排气压力，所述储气室的最高储气压力与所述三级空气压缩机的最高排气压力相等；所述一级空气压缩机、所述二级空气压缩机和所述三级空气压缩机依次串联相接。
2.根据权利要求1所述的压缩空气储能多级压缩方法，其特征在于，各级空气压缩机均采用绝热压缩。
3.根据权利要求2所述的压缩空气储能多级压缩方法，其特征在于，各级空气压缩机之后均设有换热装置，用于对各级空气压缩机排出的压缩气进行冷却。
4.根据权利要求1所述的压缩空气储能多级压缩方法，其特征在于，各级压缩机的输入端和输出端配置有用于检测气体参数的传感器。
5.根据权利要求4所述的压缩空气储能多级压缩方法，其特征在于，所述气体参数包括压力和/或温度。
6.根据权利要求1所述的压缩空气储能多级压缩方法，其特征在于，所述二级空气压缩机的排气压力为9.235MPa。
7.根据权利要求1所述的压缩空气储能多级压缩方法，其特征在于，所述储气室内设有压力传感器。
8.根据权利要求1-7任一项所述的压缩空气储能多级压缩方法，其特征在于，各级空气压缩机均采用离心式空气压缩机。
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