CN108386235A - 一种压缩空气储能蓄热回热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压缩空气储能蓄热回热系统，包括压缩空气储气罐、蓄热换热器和回热换热器，所述压缩空气储气罐出口与进气阀连接，所述进气阀与最右侧回热换热器的冷侧入口连接，所述回热换热器的热侧出口与回热温控阀连接，所述回热温控阀与蓄冷罐入口连接；所述蓄热换热器的冷侧出口与蓄热温控阀连接，所述蓄热温控阀与蓄热罐入口连接，通过蓄热阶段调节蓄热换热器带走压气机在压缩空气时产生的热量，实现降低压气机出口温度的目的，通过回热阶段调节回热温控阀调整膨胀机的进气温度和排气温度，提高所有膨胀机整体效率。

Description

一种压缩空气储能蓄热回热系统
技术领域
本发明涉及压缩空气储能领域，尤其涉及一种利用温控阀实现压缩空气储能发电系统蓄热/回热优化配置的领域。
背景技术
压缩空气储能目前储能技术中较为先进的一种储能方式，其主要特点是在用电低谷时消耗电力储存能力，用电高峰时通过膨胀机做功带动发电机发电，具有储能规模大、存储周期长、对环境污染小等优点，被认为是最有发展前景的大规模电力储能技术之一。
利用压缩空气储能系统能更好地利用能量，使得能量合理分配，对环境友好，但由于该系统在储能过程中储气罐内压力逐渐升高，压气机的压缩比逐渐降低，单位质量的压缩空气的温升不同，压气机出口温度是在变化的；同时膨胀机做功时一般处于用电高峰期，压缩空气的参数变化较大，膨胀机的最佳效率点在系统设计时也已经确认，不能随压缩空气的参数变化而变化，当压缩空气的参数如压力、温度偏离设计值较大时，膨胀机的效率就会快速下降，使得整个系统运行效率降低；特别是对于热电冷三联产的压缩空气储能系统，对能源的温度实现按需调节，提供稳定可靠的冷源供应，也是压缩空气储能发电系统的重点。
因此，针对压缩空气储能运行中压气机出口和膨胀机进口温度变化大，压气机和膨胀机在整个过程中不能完全适应工况变换的问题，必须找到合理的解决方法，才能有效提高压缩空气储能电-电转换效率，增加压缩空气储能发电的经济性和实用性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：该系统利用调节阀的调节特性，在各个压气机蓄热换热器冷侧出口设置蓄热温控阀，控制在压缩空气在储能阶段换热器冷侧的冷却介质流量，在膨胀机回热换热器热侧出口设置回热温控阀，使得热能在各个膨胀机换热器合理分配，有效提高压缩空气储能电-电转换效率，增加压缩空气储能发电系统的实用性，以解决压缩空气储能运行中压气机出口、膨胀机进口温度变化大，压气机、膨胀机在整个过程中不能完全适应工况变换的问题。
本发明的技术方案是：一种压缩空气储能蓄热回热系统，包括压缩空气储气罐、蓄热换热器和回热换热器，所述压缩空气储气罐出口与进气阀连接，所述进气阀与最右侧回热换热器的冷侧入口连接，所述回热换热器的热侧出口与回热温控阀连接，所述回热温控阀与蓄冷罐入口连接，所述回热换热器的热侧入口与蓄热罐出口连接，所述回热换热器的冷侧出口与膨胀机的进气口连接，除最左边的膨胀机外的其它膨胀机排气口与所述回热换热器的冷侧入口连接，最左边的膨胀机设置有排气口，所述膨胀机之间传动轴连接，发电机与最右侧膨胀机传动轴连接；
蓄冷罐出口与所述蓄热换热器的冷侧入口连接，所述蓄热换热器的冷侧出口与蓄热温控阀连接，所述蓄热温控阀与蓄热罐入口连接，所述蓄热换热器的热侧进口与压气机出口连接，除最右边的蓄热换热器外的其它蓄热换热器热侧出口与压气机入口连接，最右边的蓄热换热器热侧出口与压缩空气罐入口连接，所述压气机之间传动轴连接，最右侧的压气机与电动机传动轴连接。
所述膨胀机数量大于等于两个。
所述回热换热器数量大于等于两个。
所述压气机数量大于等于两个。
所述蓄热换热器大于等于两个。
所述蓄热温控阀为手动、电动、气动或液动操纵控制方式。
所述回热温控阀为手动、电动、气动或液动操纵控制方式。
所述蓄热温控阀为调节阀类型，可以在任意开度运行和保持。
所述回热温控阀为调节阀类型，可以在任意开度运行和保持。
压缩空气储能蓄热回热系统的控制方法，包括如下步骤：
蓄热阶段，压缩空气储气罐的压力逐渐提高，压气机压比逐渐增大，压气机出口温度逐渐升高，所需的冷却介质逐渐增加，逐渐开大蓄热温控阀，带走压气机在压缩空气时产生的热量，实现降低压气机出口温度的目的；
回热阶段，对排气口温度的控制为：排气口需要温度为Td，实际排气口温度为Te，当Te＞Td时，关小回热温控阀，降低排气口温度，当Te≤Td时，开大回热温控阀，提高膨胀机排气口的出气温度，使其排气满足供冷工况的要求；
回热阶段，对进气口温度的控制为：随着压缩空气储气罐压力的降低，膨胀机进气量减少时，关小回热温控阀，稳定了膨胀机的进气温度，提高所有膨胀机整体效率。
本发明的有益效果是：蓄热阶段，一方面防止压缩空气过度冷却，浪费冷却介质。另一方面使各换热器冷侧出口温度尽量保持一致，减少蓄热罐内工质因熵增引起的损失；回热阶段，根据发电的需要，利用回热温控阀的调节特性，改变各膨胀机前压缩空气的温度，压缩空气储能做功调节灵活性提高，实现压缩空气膨胀机系统的优化配置，提高系统工作效率，提高压缩空气储能电-电转化效率。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置“实施例1” 的结构示意图；
图3为本发明装置“实施例2” 的结构示意图
图中：1、进气阀，2、蓄热调节阀，3、回热调节阀。
具体实施方式
下面结合附图1-3及具体的实施例对发明进行进一步介绍：
实施例1
参考图1和图2，本发明一种压缩空气储能蓄热回热系统，包括压缩空气储气罐、蓄热换热器和回热换热器，所述压缩空气储气罐出口与进气阀1连接，所述进气阀1与最右侧回热换热器的冷侧入口连接，所述回热换热器的热侧出口与回热温控阀3连接，所述回热温控阀3与蓄冷罐入口连接，所述回热换热器的热侧入口与蓄热罐出口连接，所述回热换热器的冷侧出口与膨胀机的进气口连接，除最左边的膨胀机外的其它膨胀机排气口与所述回热换热器的冷侧入口连接，最左边的膨胀机设置有排气口，所述膨胀机之间传动轴连接，发电机与最右侧膨胀机传动轴连接；
蓄冷罐出口与所述蓄热换热器的冷侧入口连接，所述蓄热换热器的冷侧出口与蓄热温控阀2连接，所述蓄热温控阀2与蓄热罐入口连接，所述蓄热换热器的热侧进口与压气机出口连接，除最右边的蓄热换热器外的其它蓄热换热器热侧出口与压气机入口连接，最右边的蓄热换热器热侧出口与压缩空气罐入口连接，所述压气机之间传动轴连接，最右侧的压气机与电动机传动轴连接。
所述膨胀机数量为两个。
所述回热换热器数量为两个。
所述压气机数量为两个。
所述蓄热换热器为两个。
所述蓄热温控阀2为手动、电动、气动或液动操纵控制方式。
所述回热温控阀3为手动、电动、气动或液动操纵控制方式。
所述蓄热温控阀2为调节阀类型，可以在任意开度运行和保持。
所述回热温控阀3为调节阀类型，可以在任意开度运行和保持。
实施例2
参考图1和图3，本发明一种压缩空气储能蓄热回热系统，包括压缩空气储气罐、蓄热换热器和回热换热器，所述压缩空气储气罐出口与进气阀1连接，所述进气阀1与最右侧回热换热器的冷侧入口连接，所述回热换热器的热侧出口与回热温控阀3连接，所述回热温控阀3与蓄冷罐入口连接，所述回热换热器的热侧入口与蓄热罐出口连接，所述回热换热器的冷侧出口与膨胀机的进气口连接，除最左边的膨胀机外的其它膨胀机排气口与所述回热换热器的冷侧入口连接，最左边的膨胀机设置有排气口，所述膨胀机之间传动轴连接，发电机与最右侧膨胀机传动轴连接；
蓄冷罐出口与所述蓄热换热器的冷侧入口连接，所述蓄热换热器的冷侧出口与蓄热温控阀2连接，所述蓄热温控阀2与蓄热罐入口连接，所述蓄热换热器的热侧进口与压气机出口连接，除最右边的蓄热换热器外的其它蓄热换热器热侧出口与压气机入口连接，最右边的蓄热换热器热侧出口与压缩空气罐入口连接，所述压气机之间传动轴连接，最右侧的压气机与电动机传动轴连接。
所述膨胀机数量为三个。
所述回热换热器数量为三个。
所述压气机数量为三个。
所述蓄热换热器为三个。
所述蓄热温控阀2为手动、电动、气动或液动操纵控制方式。
所述回热温控阀3为手动、电动、气动或液动操纵控制方式。
所述蓄热温控阀2为调节阀类型，可以在任意开度运行和保持。
所述回热温控阀3为调节阀类型，可以在任意开度运行和保持。
实施例1和2的压缩空气储能蓄热回热系统的控制方法，包括如下步骤：
蓄热阶段，压缩空气储气罐的压力逐渐提高，压气机压比逐渐增大，压气机出口温度逐渐升高，所需的冷却介质逐渐增加，逐渐开大蓄热温控阀2，带走压气机在压缩空气时产生的热量，实现降低压气机出口温度的目的；
回热阶段，对排气口温度的控制为：排气口需要温度为Td，实际排气口温度为Te，当Te＞Td时，关小回热温控阀3，降低排气口温度，当Te≤Td时，开大回热温控阀3，提高膨胀机排气口的出气温度，使其排气满足供冷工况的要求；
回热阶段，对进气口温度的控制为：随着压缩空气储气罐压力的降低，膨胀机进气量减少时，关小回热温控阀3，稳定了膨胀机的进气温度，提高所有膨胀机整体效率。

Claims (9)

1.一种压缩空气储能蓄热回热系统，包括压缩空气储气罐，其特征在于：还包括蓄热换热器和回热换热器，所述压缩空气储气罐出口与进气阀（1）连接，所述进气阀（1）与最右侧回热换热器的冷侧入口连接，所述回热换热器的热侧出口与回热温控阀（3）连接，所述回热温控阀（3）与蓄冷罐入口连接，所述回热换热器的热侧入口与蓄热罐出口连接，所述回热换热器的冷侧出口与膨胀机的进气口连接，除最左边的膨胀机外的其它膨胀机排气口与所述回热换热器的冷侧入口连接，最左边的膨胀机设置有排气口，所述膨胀机之间传动轴连接，发电机与最右侧膨胀机传动轴连接；
蓄冷罐出口与所述蓄热换热器的冷侧入口连接，所述蓄热换热器的冷侧出口与蓄热温控阀（2）连接，所述蓄热温控阀（2）与蓄热罐入口连接，所述蓄热换热器的热侧进口与压气机出口连接，除最右边的蓄热换热器外的其它蓄热换热器热侧出口与压气机入口连接，最右边的蓄热换热器热侧出口与压缩空气罐入口连接，所述压气机之间传动轴连接，最右侧的压气机与电动机传动轴连接。
2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能蓄热回热系统，其特征在于：所述膨胀机数量大于等于两个。
3.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能蓄热回热系统，其特征在于：所述回热换热器数量大于等于两个。
4.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能蓄热回热系统，其特征在于：所述压气机数量大于等于两个。
5.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能蓄热回热系统，其特征在于：所述蓄热换热器大于等于两个。
6.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能蓄热回热系统，其特征在于：所述蓄热温控阀（2）为手动、电动、气动或液动操纵控制方式。
7.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能蓄热回热系统，其特征在于：所述回热温控阀（3）为手动、电动、气动或液动操纵控制方式。
8.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能蓄热回热系统，其特征在于：所述蓄热温控阀（2）为调节阀类型，可以在任意开度运行和保持。
9.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能蓄热回热系统，其特征在于：所述回热温控阀（3）为调节阀类型，可以在任意开度运行和保持。
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