CN108331618A - 一种10mw压缩空气储能方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及分布式压缩空气储能技术领域，公开了一种10MW压缩空气储能方法和系统，方法包括：储能时，通过三级压缩将空气压缩并储存至管线钢储气库中，同时在各级压缩机后收集压缩过程中产生的压缩热；释能时，管线钢储气库排出压缩空气进入预热器，再经级前回热、两级膨胀推动发电机，其中，预热和回热时的热量来源于储能过程中收集的压缩热。本发明中的储能系统及方法，系统结构紧凑，扩展性强，便于工程实施，有利于电网分布式储能及可再生能源电力就地消纳并网；同时，运用热能品位的分级存储和利用原则，该储能系统及方法可使中小型绝热压缩空气储能系统的电换电效率达到55％以上。

Description

一种10MW压缩空气储能方法和系统
技术领域
本发明涉及分布式压缩空气储能技术领域，特别是涉及一种10MW压缩空气储能方法和系统。
背景技术
压缩空气储能属于能量型规模化电网储能技术，其规模和经济性与抽水蓄能相当。相对于电池储能，压缩空气储能具有储能容量大、存储时间长、寿命长且无污染等优点，可用于削峰填谷、平抑可再生能源间歇性和参与电网二次调频等场景。压缩空气储能具备两大优势：首先，压缩空气储能装机容量可达100-300MW，规模仅次于抽水蓄能，便于开展大规模的商业化应用；其次，压缩空气储能在技术上较为成熟，其技术发展前景也较为广阔，其响应时间等特性适用于电网调峰。压缩空气储能几乎对地理条件无特殊要求，且建造成本与抽水蓄能电站相当(在地理条件对抽水蓄能电站的建设比较适合的条件下)。其建设周期较短，一般仅需3～5年时间，而建设一座同样规格的抽水蓄能电站则需要5～8年。压缩空气储能是寿命最长的一种储能方式，与抽水蓄能电厂的寿命相当，如果在使用的过程中注意维护，压缩空气储能电站的寿命也可达四五十年。
参与电网调峰时，百兆瓦级大规模压缩空气储能电站能够发挥极大的作用。但在促进分布式光伏、风电等可再生能源电力消纳并网方面，就需要采用与光伏或风电电厂容量相匹配的中小型压缩空气储能系统，以应对分布式可再生能源对分布式储能系统的需求。同时，如何精简分布式压缩空气储能系统结构、降低关键设备成本也是影响其可用性的关键问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种10MW压缩空气储能方法和系统，以解决现有技术中中小型压缩空气储能系统结构不合理、效能低、成本高的缺陷。
(二)技术方案
为了至少解决上述技术问题之一，本发明提供一种10MW压缩空气储能方法，包括：
储能时，一级空气压缩机压缩常压空气获得第一次压缩气，所述第一次压缩气在第一气路中经三次逐级冷却降温后输入至二级空气压缩机中进行压缩，获得第二次压缩气，并收集过程中所述第一次压缩气冷却排出的热量；所述第二次压缩气在第二气路中经三次逐级冷却降温后输入至三级空气压缩机进行压缩，获得第三次压缩气，并收集过程中所述第二次压缩气冷却排出的热量；所述第三次压缩气在第三气路中经两次逐级冷却降温后输入至管线钢储气库中储存；
释能时，所述管线钢储气库排出压缩气，排出的压缩气在第四气路经两级回热升温后输入至一级透平膨胀机膨胀做功；所述一级透平膨胀机输出的气体在第五气路中经一次回热升温后输入至二级透平膨胀机做功；
其中，释能过程回热时的热量来源于储能过程中收集储存的热量。
其中，所述第一气路上依次连通有一级高温换热器、一级中温换热器和一级冷却器的输气管路；所述第二气路上依次连通有二级高温换热器、二级中温换热器和二级冷却器的输气管路；所述第三气路上依次连通有三级中温换热器和三级冷却器的输气管路；所述第四气路上依次连通有预热器和一级高温回热器的输气管路；所述第五气路上连通有二级高温回热器的输气管路；
所述一级高温换热器、二级高温换热器、一级高温回热器、二级高温回热器通过油路中的导热油与气路中的压缩气进行换热；所述一级中温换热器、二级中温换热器、三级中温换热器、预热器通过水路中的水与气路中的压缩气进行换热；
所述一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器的水路与冷水塔连通。
其中，所述一级空气压缩机由大气中吸气，进气压力为1atm，进气温度范围为-10℃～30℃；排气压力范围为7.9bar～8bar，排气温度范围为245℃～319℃；
所述二级空气压缩机进气压力范围为7.5bar～7.6bar，进气温度范围为39～41℃；排气压力范围为46.1bar～46.2bar，排气温度范围为286℃～287℃；
所述三级空气压缩机进气压力范围为44.8bar～44.9bar，进气温度范围为39℃～41℃；排气压力范围为45.9bar～102.0bar，排气温度范围为42℃～120℃；
其中，所述一级空气压缩机和二级空气压缩机同轴，采用定频电动机驱动，所述三级空气压缩机采用变频电动机驱动。
其中，所述一级透平膨胀机进气压力范围为45.2bar～45.3bar，进气温度范围为239℃～241℃；排气压力范围为6.8bar～6.9bar，排气温度范围为48℃～49℃；
所述二级透平膨胀机进气压力范围为6.8bar～6.9bar，进气温度范围为239℃～241℃；排气压力为1.04bar～1.06bar，排气温度范围为49℃～50℃。
其中，所述一级高温换热器的排气温度范围为89℃～91℃，导热油流量范围为23.1t/h～31.5t/h，进油温度范围为67℃～68℃，出油温度范围为240℃～260℃；
所述一级中温换热器的排气温度范围为64℃～66℃，循环水流量范围为9.8t/h～9.9t/h，进水温度范围为39℃～41℃，出水温度范围为69℃～71℃；
所述二级高温换热器的排气温度范围为89℃～91℃，导热油流量范围为27.8t/h～27.9t/h，进油温度范围为67℃～68℃，出油温度范围为259℃～261℃；
所述二级中温换热器的排气温度范围为64℃～66℃，循环水流量范围为10.1t/h～10.2t/h，进水温度范围为39℃～41℃，出水温度范围为69℃～71℃；
所述三级中温换热器在所述管线钢储气库压力达到61bar时开始上水，正常工作后排气温度范围为64℃～66℃，循环水流量范围为0t/h～30.8t/h，进水温度范围为39℃～41℃，出水温度范围为69℃～71℃；
所述一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器的排气温度范围为39℃～41℃。
其中，所述预热器的进气温度范围为23℃～30℃，排气温度范围为49℃～51℃，循环水流量范围为16.8t/h～22.8t/h，进水温度范围为69℃～70℃，出水温度范围为39℃～41℃；
所述一级高温回热器的导热油流量范围为52.7t/h～52.8t/h，进油温度范围为259℃～261℃，出油温度范围为69℃～71℃；
所述二级高温回热器的导热油流量范围为53.1t/h～53.2t/h，进油温度范围为259℃～261℃，出油温度范围为69℃～71℃。
其中，所述导热油存储在中温储油罐和高温储油罐内，压力范围为4bar-6bar，所述中温储油罐内导热油的温度范围为67℃～68℃，所述高温储油罐内导热油的温度范围为259℃～261℃；
水路中的部分水存储在常温储水罐和中温储水罐内，所述常温储水罐内水的温度范围为39℃～41℃，所述中温储水罐内水的温度范围为69℃～71℃。
其中，所述管线钢储气库进气流量为49.6t/h～49.7t/h，排气流量为99.2t/h～99.3t/h。
其中，所述管线钢储气库的输入端还连接有气水分离器和截止阀，所述管线钢储气库的输出端还连接有节流稳压阀。
本发明还提供一种10MW压缩空气储能系统，包括通过气路循环连通的空气压缩机组、管线钢储气库、透平膨胀机组，以及用于与所述气路进行热交换的油路和水路；
所述空气压缩机组包括一级空气压缩机、二级空气压缩机和三级空气压缩机；所述透平膨胀机组包括一级透平膨胀机和二级透平膨胀机；
所述一级空气压缩机的输出端和所述二级空气压缩机的输入端之间通过第一气路连通；所述二级空气压缩机的输出端和所述三级空气压缩机的输入端之间通过第二气路连通；所述三级空气压缩机的输出端与所述管线钢储气库的输入端之间通过第三气路连通；所述管线钢储气库的输出端与所述一级透平膨胀机组的输入端之间通过第四气路连通；所述一级透平膨胀机的输出端和二级透平膨胀机的输入端之间通过第五气路连通；
所述第一气路上依次连通有一级高温换热器、一级中温换热器和一级冷却器中的输气管路；所述第二气路上依次连通有二级高温换热器、二级中温换热器和二级冷却器中的输气管路；所述第三气路上依次连通有三级中温换热器和三级冷却器中的输气管路；所述第四气路上依次连通有预热器和一级高温回热器的输气管路；所述第五气路上连通有二级高温回热器的输气管路；
所述油路中的导热油存储在高温储油罐和中温储油罐中；所述高温储油罐的输入端和所述中温储油罐的输出端之间并联连通有所述一级高温换热器和所述二级高温换热器的油路；所述高温储油罐的输出端和所述中温储油罐的输入端之间并联连通有所述一级高温回热器和所述二级高温回热器的油路；
所述水路中的部分水存储在中温储水罐和常温储水罐中；所述中温储水罐的输入端和所述常温储水罐的输出端之间并联连通有所述一级中温换热器、二级中温换热器和三级中温换热器的水路；所述中温储水罐的输出端和所述常温储水罐的输入端之间连通有所述预热器的水路；
所述一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器的水路并联连通在冷水塔的两端。
(三)有益效果
本发明提供的10MW压缩空气储能方法和系统，通过两级稳定工况压缩和单级变工况增压，使变背压条件下的空气压缩机组的机械效率得到提升；在透平膨胀做功时，通过将一级透平膨胀机进气压力稳定在特定值，降低了中小型压缩空气储能系统透平膨胀单元的技术难度和成本；通过在压缩机单元采用导热油高温取热、循环水中温取热、冷却水低温散热三级梯度换热，在透平机单元采用循环水中温预热、导热油高温再热两级梯度回热，即降低了大温差换热设备的技术难度和成本，又使系统具有热电联供的能力，大大提升了系统的综合能效；最后，采用管线钢组代替单一大容积压力容器座位储气库，能够降低储气库投资成本，同时也便于系统容量的扩展。本发明中的储能系统及方法，系统结构紧凑，扩展性强，便于工程实施，有利于电网分布式储能及可再生能源电力就地消纳并网；同时，运用热能品位的分级存储和利用原则，该储能系统及方法可使中小型绝热压缩空气储能系统的电换电效率达到55％以上。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种10MW压缩空气储能系统示意图；
图中，1、一级空气压缩机；2、一级高温换热器；3、一级中温换热器；4、一级冷却器；5、二级空气压缩机；6、二级高温换热器；7、二级中温换热器；8、二级冷却器；9、三级空气压缩机；10、三级中温换热器；11、三级冷却器；12、气水分离器；13、截止阀；14、管线钢储气库；15、节流稳压阀；16、预热器；17、一级高温回热器；18、一级透平膨胀机；19、二级高温回热器；20、二级透平膨胀机；21、中温储油罐；22、高温储油罐；23、常温储水罐；24、中温储水罐；A、定频电动机；B、变频电动机；C、发电机；D、中温导热油泵；E、高温导热油泵；F、常温循环水泵；G、中温循环水泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供的10MW压缩空气储能方法，包括储能和释能两个步骤，具体包括：
储能时，一级空气压缩机压缩常压空气获得第一次压缩气，第一次压缩气在第一气路中经三次逐级冷却降温后输入至二级空气压缩机中进行压缩，获得第二次压缩气，并收集过程中第一次压缩气冷却排出的热量。第二次压缩气在第二气路中经三次逐级冷却降温后输入至三级空气压缩机进行压缩，获得第三次压缩气，并收集过程中第二次压缩气冷却排出的热量；第三次压缩气在第三气路中经两次逐级冷却降温后输入至管线钢储气库中储存。
具体地，采用如图1所示的10MW压缩空气储能系统实现。如图1中所示，一级空气压缩机的输出端和二级空气压缩机的输入端之间通过第一气路连通；二级空气压缩机的输出端和三级空气压缩机的输入端之间通过第二气路连通；三级空气压缩机的输出端与管线钢储气库的输入端之间通过第三气路连通。第一气路上依次连通有一级高温换热器、一级中温换热器和一级冷却器的输气管路；第二气路上依次连通有二级高温换热器、二级中温换热器和二级冷却器的输气管路；第三气路上依次连通有三级中温换热器和三级冷却器的输气管路。
一级空气压缩机和二级空气压缩机同轴设置，采用定频电动机驱动，三级空气压缩机采用变频电动机驱动。
释能时，管线钢储气库排出压缩气，排出的压缩气在第四气路经两级回热升温后输入至一级透平膨胀机膨胀做功；一级透平膨胀机输出的气体在第五气路中经一次回热升温后输入至二级透平膨胀机做功。
具体地，管线钢储气库的输出端与一级透平膨胀机的输入端之间通过第四气路连通；一级透平膨胀机的输出端与二级透平膨胀机的输入端之间通过第五气路连通。第四气路上依次连通有预热器和一级高温回热器的输气管路；第五气路上连通有二级高温回热器的输气管路。
释能过程回热时的热量来源于储能过程中收集储存的热量，热量储存通过热交换实现，具体通过导热油和水作为换热介质，通过导热油和水的循环流动，先将第一气路、第二气路、第三气路中压缩气降温放出的热量存储在油罐或水罐中，再通过循环将热量传递至第四气路、第五气路中的压缩气中，使其升温，实现压缩气的回热。其中，一级高温换热器、二级高温换热器、一级高温回热器、二级高温回热器通过油路中的导热油与气路中的压缩气进行换热；一级中温换热器、二级中温换热器、三级中温换热器、预热器通过水路中的软化循环水水与气路中的压缩气进行换热；一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器的水路与冷水塔连通。
储能过程中，一级空气压缩机由大气中吸气，进气压力为1atm，进气温度范围为-10℃～30℃；排气压力范围为7.9bar～8bar，排气温度范围为245℃～319℃。二级空气压缩机进气压力范围为7.5bar～7.6bar，进气温度范围为39～41℃；排气压力范围为46.1bar～46.2bar，排气温度范围为286℃～287℃。
三级空气压缩机进气压力范围为44.8bar～44.9bar，进气温度范围为39℃～41℃；排气压力范围为45.9bar～102.0bar，排气温度范围为42℃～120℃。
一级透平膨胀机进气压力范围为45.2bar～45.3bar，进气温度范围为239℃～241℃；排气压力范围为6.8bar～6.9bar，排气温度范围为48℃～49℃。
二级透平膨胀机进气压力范围为6.8bar～6.9bar，进气温度范围为239℃～241℃；排气压力为1.04bar～1.06bar，排气温度范围为49℃～50℃。
一级高温换热器的排气温度范围为89℃～91℃，导热油流量范围为23.1t/h～31.5t/h，进油温度范围为67℃～68℃，出油温度范围为240℃～260℃。
一级中温换热器的排气温度范围为64℃～66℃，循环水流量范围为9.8t/h～9.9t/h，进水温度范围为39℃～41℃，出水温度范围为69℃～71℃。
二级高温换热器的排气温度范围为89℃～91℃，导热油流量范围为27.8t/h～27.9t/h，进油温度范围为67℃～68℃，出油温度范围为259℃～261℃。
二级中温换热器的排气温度范围为64℃～66℃，循环水流量范围为10.1t/h～10.2t/h，进水温度范围为39℃～41℃，出水温度范围为69℃～71℃。
三级中温换热器在管线钢储气库压力达到61bar时开始上水，正常工作后排气温度范围为64℃～66℃，循环水流量范围为0t/h～30.8t/h，进水温度范围为39℃～41℃，出水温度范围为69℃～71℃。
一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器的排气温度范围为39℃～41℃。
预热器的进气温度范围为23℃～30℃，排气温度范围为49℃～51℃，循环水流量范围为16.8t/h～22.8t/h，进水温度范围为69℃～70℃，出水温度范围为39℃～41℃。
一级高温回热器的导热油流量范围为52.7t/h～52.8t/h，进油温度范围为259℃～261℃，出油温度范围为69℃～71℃。
二级高温回热器的导热油流量范围为53.1t/h～53.2t/h，进油温度范围为259℃～261℃，出油温度范围为69℃～71℃。
导热油存储在中温储油罐和高温储油罐内，压力范围为4bar-6bar，中温储油罐内导热油的温度范围为67℃～68℃，高温储油罐内导热油的温度范围为259℃～261℃。
水路中的部分软化循环水水存储在常温储水罐和中温储水罐内，常温储水罐内软化循环水水的温度范围为39℃～41℃，中温储水罐内软化循环水水的温度范围为69℃～71℃。
管线钢储气库进气流量为49.6t/h～49.7t/h，排气流量为99.2t/h～99.3t/h。
管线钢储气库的输入端还连接有气水分离器和截止阀，气水分离器和截止阀连通在第三气路上，管线钢储气库的输出端还连接有节流稳压阀，节流稳压阀连通在第四气路上。中温储油罐、高温储油罐的出口管路上均设有导热油泵，常温储水罐、中温储水罐的出口管路上均设有循环水泵。在空气压缩过程中，一级冷却器和二级冷却器后无气水分离，仅在三级冷却器后进行气水分离，在减少储气库积水风险的同时，带水湿压缩能够有效降低压缩机的能耗，从而提升系统电换电效率。
管线钢储气库由多个管线钢管并联组成，工作压力范围为45.53bar～100bar。
例如，储能时，打开截止阀13；一级空气压缩机1由大气中吸气，环境压力为1atm，环境温度为15℃，相对湿度10％，经绝热压缩后排出一次压缩气，压力7.968bar，温度292℃；一次压缩气进入一级高温换热器2与导热油换热降温至90℃，后进入一级中温换热器3与循环水换热降温至65℃，再进入一级冷却器4与冷却水换热降温至40℃，压力7.508bar，最终进入二级空气压缩机5，绝热压缩后排出二次压缩气，压力46.18bar，温度293.85℃；二次压缩气进入二级高温换热器6与导热油换热降温至90℃，后进入二级中温换热器7与循环水换热降温至65℃，再进入二级冷却器8降温至40℃，压力44.82bar，最终进入三级空气压缩机9绝热压缩后排出三次压缩气，压力45.99bar～102bar，温度42.5℃～132.3℃；三次压缩气温度低于90℃时，通过三级中温换热器10但无循环水上水换热降温，后进入三级冷却器11时与冷却水换热降温至40℃，再进入气水分离器12中将液态水分离排出，最终经截止阀13进入管线钢储气库14，三次压缩气温度高于90℃后三级中温换热器10开始上水换热，使三次压缩气温度将至65℃后进入三级冷却器11；同时，中温储油罐21中68℃的导热油经中温导热油泵D泵至一级高温换热器2、二级高温换热器6与一次压缩气、二次压缩气换热，导热油吸收压缩热升温至260℃后进入高温储油罐22储存，高温储油罐22内带压6bar；常温储水罐23中40℃的循环水则经常温循环水泵F泵至一级中温换热器3、二级中温换热器7和三级中温换热器10中，分别与一次压缩气、二次压缩气和三次压缩气换热，循环水吸收压缩热后升温至70℃后进入中温储水罐24储存。
释能时，节流稳压阀15开启；管线钢储气库14所储压缩气经节流稳压阀15稳定在45.53bar后进入预热器16，与循环水换热升温至50℃，再进入一级高温回热器17与导热油换热升温至240℃，压力44.81bar，获得一次再热气；一次再热气进入一级透平膨胀机18膨胀做功，降压降温至6.893bar、48.54℃后进入二级高温回热器19与导热油换热升温至240℃，压力6.825bar，获得二次再热气；二次再热气进入二级透平膨胀机20膨胀做功，降压降温至1.05bar、49.07℃后排入大气，二级透平膨胀机20连接发电机C进行发电；同时，中温储水罐24中70℃的循环水经中温循环水泵G泵至预热器中，与节流稳压阀15排气换热，循环水放热后降温至40℃后进入常温储水罐23储存；高温导热油罐22中240℃的导热油经高温导热油泵E泵至一级高温回热器17、二级高温回热器19中，加热来流获得一次再热气、二次再热气，导热油分别放热降温至66℃和70℃后进入中温储油罐21储存。
中温导热油泵D、高温导热油泵E和常温循环水泵F、中温循环水泵G的通流量可根据相应换热器出口温度进行调节。
一级冷却器4、二级冷却器8和三级冷却器11由冷却水塔提供冷却水，且冷却水量根据相应换热器的空气出口温度进行调节。
一级空气压缩机和二级空气压缩机同轴，采用定频电动机A驱动，三级空气压缩机采用变频电动机B驱动。
管线钢储气库进气流量为49.6t/h～49.7t/h，充气时间为8h，管线钢储气库排气流量为99.2t/h～99.3t/h，排气时长为4h。
本发明还提供一种10MW压缩空气储能系统，如图1中所示，包括通过气路循环连通的空气压缩机组、管线钢储气库、透平膨胀机组，以及用于与气路进行热交换的油路和水路。
空气压缩机组包括一级空气压缩机、二级空气压缩机和三级空气压缩机；透平膨胀机组包括一级透平膨胀机和二级透平膨胀机。
一级空气压缩机的输出端和二级空气压缩机的输入端之间通过第一气路连通，二级空气压缩机的输出端和三级空气压缩机的输入端之间通过第二气路连通；三级空气压缩机的输出端与管线钢储气库的输入端之间通过第三气路连通；管线钢储气库的输出端与一级透平膨胀机组的输入端之间通过第四气路连通；一级透平膨胀机的输出端和二级透平膨胀机的输入端之间通过第五气路连通。
第一气路上依次连通有一级高温换热器、一级中温换热器和一级冷却器中的输气管路；第二气路上依次连通有二级高温换热器、二级中温换热器和二级冷却器中的输气管路；第三气路上依次连通有三级中温换热器和三级冷却器中的输气管路；第四气路上依次连通有预热器和一级高温回热器的输气管路；第五气路上连通有二级高温回热器的输气管路。
油路中的导热油存储在高温储油罐和中温储油罐中；高温储油罐的输入端和中温储油罐的输出端之间并联连通有一级高温换热器和二级高温换热器的油路；高温储油罐的输出端和中温储油罐的输入端之间并联连通有一级高温回热器和二级高温回热器的油路。
水路中的部分水存储在中温储水罐和常温储水罐中；中温储水罐的输入端和常温储水罐的输出端之间并联连通有一级中温换热器、二级中温换热器和三级中温换热器的水路；中温储水罐的输出端和常温储水罐的输入端之间连通有预热器的水路。
一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器的水路并联连通在冷水塔的两端。
本发明提供的10MW压缩空气储能方法和系统，通过两级稳定工况压缩和单级变工况增压，使变背压条件下的空气压缩机组的机械效率得到提升；在透平膨胀做功时，通过将一级透平膨胀机进气压力稳定在特定值，降低了中小型压缩空气储能系统透平膨胀单元的技术难度和成本；通过在压缩机单元采用导热油高温取热、循环水中温取热、冷却水低温散热三级梯度换热，在透平机单元采用循环水中温预热、导热油高温再热两级梯度回热，即降低了大温差换热设备的技术难度和成本，又使系统具有热电联供的能力，大大提升了系统的综合能效；最后，采用管线钢组代替单一大容积压力容器座位储气库，能够降低储气库投资成本，同时也便于系统容量的扩展。本发明中的储能系统及方法，系统结构紧凑，扩展性强，便于工程实施，有利于电网分布式储能及可再生能源电力就地消纳并网；同时，运用热能品位的分级存储和利用原则，该储能系统及方法可使中小型绝热压缩空气储能系统的电换电效率达到55％以上。
最后应声明的是：以上所述仅为本发明一种10MW压缩空气储能系统及方法的实施例，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 (10)

1.一种10MW压缩空气储能方法，其特征在于，包括：
储能时，一级空气压缩机压缩常压空气获得第一次压缩气，所述第一次压缩气在第一气路中经三次逐级冷却降温后输入至二级空气压缩机中进行压缩，获得第二次压缩气，并收集过程中所述第一次压缩气冷却排出的热量；所述第二次压缩气在第二气路中经三次逐级冷却降温后输入至三级空气压缩机进行压缩，获得第三次压缩气，并收集过程中所述第二次压缩气冷却排出的热量；所述第三次压缩气在第三气路中经两次逐级冷却降温后输入至管线钢储气库中储存；
释能时，所述管线钢储气库排出压缩气，排出的压缩气在第四气路经两级回热升温后输入至一级透平膨胀机膨胀做功；所述一级透平膨胀机输出的气体在第五气路中经一次回热升温后输入至二级透平膨胀机做功；
其中，释能过程回热时的热量来源于储能过程中收集储存的热量。
2.如权利要求1所述的10MW压缩空气储能方法，其特征在于，所述第一气路上依次连通有一级高温换热器、一级中温换热器和一级冷却器的输气管路；所述第二气路上依次连通有二级高温换热器、二级中温换热器和二级冷却器的输气管路；所述第三气路上依次连通有三级中温换热器和三级冷却器的输气管路；所述第四气路上依次连通有预热器和一级高温回热器的输气管路；所述第五气路上连通有二级高温回热器的输气管路；
所述一级高温换热器、二级高温换热器、一级高温回热器、二级高温回热器通过油路中的导热油与气路中的压缩气进行换热；所述一级中温换热器、二级中温换热器、三级中温换热器、预热器通过水路中的水与气路中的压缩气进行换热；
所述一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器的水路与冷水塔连通。
3.如权利要求1所述的10MW压缩空气储能方法，其特征在于，所述一级空气压缩机由大气中吸气，进气压力为1atm，进气温度范围为-10℃～30℃；排气压力范围为7.9bar～8bar，排气温度范围为245℃～319℃；
所述二级空气压缩机进气压力范围为7.5bar～7.6bar，进气温度范围为39～41℃；排气压力范围为46.1bar～46.2bar，排气温度范围为286℃～287℃；
所述三级空气压缩机进气压力范围为44.8bar～44.9bar，进气温度范围为39℃～41℃；排气压力范围为45.9bar～102.0bar，排气温度范围为42℃～120℃；
其中，所述一级空气压缩机和二级空气压缩机同轴，采用定频电动机驱动，所述三级空气压缩机采用变频电动机驱动。
4.如权利要求1所述的10MW压缩空气储能方法，其特征在于，所述一级透平膨胀机进气压力范围为45.2bar～45.3bar，进气温度范围为239℃～241℃；排气压力范围为6.8bar～6.9bar，排气温度范围为48℃～49℃；
所述二级透平膨胀机进气压力范围为6.8bar～6.9bar，进气温度范围为239℃～241℃；排气压力为1.04bar～1.06bar，排气温度范围为49℃～50℃。
5.如权利要求2所述的10MW压缩空气储能方法，其特征在于，所述一级高温换热器的排气温度范围为89℃～91℃，导热油流量范围为23.1t/h～31.5t/h，进油温度范围为67℃～68℃，出油温度范围为240℃～260℃；
所述一级中温换热器的排气温度范围为64℃～66℃，循环水流量范围为9.8t/h～9.9t/h，进水温度范围为39℃～41℃，出水温度范围为69℃～71℃；
所述二级高温换热器的排气温度范围为89℃～91℃，导热油流量范围为27.8t/h～27.9t/h，进油温度范围为67℃～68℃，出油温度范围为259℃～261℃；
所述二级中温换热器的排气温度范围为64℃～66℃，循环水流量范围为10.1t/h～10.2t/h，进水温度范围为39℃～41℃，出水温度范围为69℃～71℃；
所述三级中温换热器在所述管线钢储气库压力达到61bar时开始上水，正常工作后排气温度范围为64℃～66℃，循环水流量范围为0t/h～30.8t/h，进水温度范围为39℃～41℃，出水温度范围为69℃～71℃；
所述一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器的排气温度范围为39℃～41℃。
6.如权利要求2所述的10MW压缩空气储能方法，其特征在于，所述预热器的进气温度范围为23℃～30℃，排气温度范围为49℃～51℃，循环水流量范围为16.8t/h～22.8t/h，进水温度范围为69℃～70℃，出水温度范围为39℃～41℃；
所述一级高温回热器的导热油流量范围为52.7t/h～52.8t/h，进油温度范围为259℃～261℃，出油温度范围为69℃～71℃；
所述二级高温回热器的导热油流量范围为53.1t/h～53.2t/h，进油温度范围为259℃～261℃，出油温度范围为69℃～71℃。
7.如权利要求2所述的10MW压缩空气储能方法，其特征在于，所述导热油存储在中温储油罐和高温储油罐内，压力范围为4bar-6bar，所述中温储油罐内导热油的温度范围为67℃～68℃，所述高温储油罐内导热油的温度范围为259℃～261℃；
水路中的部分水存储在常温储水罐和中温储水罐内，所述常温储水罐内水的温度范围为39℃～41℃，所述中温储水罐内水的温度范围为69℃～71℃。
8.如权利要求1所述的10MW压缩空气储能方法，其特征在于，所述管线钢储气库进气流量为49.6t/h～49.7t/h，排气流量为99.2t/h～99.3t/h。
9.如权利要求1-8任一项所述的10MW压缩空气储能方法，其特征在于，所述管线钢储气库的输入端还连接有气水分离器和截止阀，所述管线钢储气库的输出端还连接有节流稳压阀。
10.一种10MW压缩空气储能系统，其特征在于，包括通过气路循环连通的空气压缩机组、管线钢储气库、透平膨胀机组，以及用于与所述气路进行热交换的油路和水路；
所述空气压缩机组包括一级空气压缩机、二级空气压缩机和三级空气压缩机；所述透平膨胀机组包括一级透平膨胀机和二级透平膨胀机；
所述一级空气压缩机的输出端和所述二级空气压缩机的输入端之间通过第一气路连通；所述二级空气压缩机的输出端和所述三级空气压缩机的输入端之间通过第二气路连通；所述三级空气压缩机的输出端与所述管线钢储气库的输入端之间通过第三气路连通；所述管线钢储气库的输出端与所述一级透平膨胀机组的输入端之间通过第四气路连通；所述一级透平膨胀机的输出端和二级透平膨胀机的输入端之间通过第五气路连通；
所述第一气路上依次连通有一级高温换热器、一级中温换热器和一级冷却器中的输气管路；所述第二气路上依次连通有二级高温换热器、二级中温换热器和二级冷却器中的输气管路；所述第三气路上依次连通有三级中温换热器和三级冷却器中的输气管路；所述第四气路上依次连通有预热器和一级高温回热器的输气管路；所述第五气路上连通有二级高温回热器的输气管路；
所述油路中的导热油存储在高温储油罐和中温储油罐中；所述高温储油罐的输入端和所述中温储油罐的输出端之间并联连通有所述一级高温换热器和所述二级高温换热器的油路；所述高温储油罐的输出端和所述中温储油罐的输入端之间并联连通有所述一级高温回热器和所述二级高温回热器的油路；
所述水路中的部分水存储在中温储水罐和常温储水罐中；所述中温储水罐的输入端和所述常温储水罐的输出端之间并联连通有所述一级中温换热器、二级中温换热器和三级中温换热器的水路；所述中温储水罐的输出端和所述常温储水罐的输入端之间连通有所述预热器的水路；
所述一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器的水路并联连通在冷水塔的两端。
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