CN109340079B - 一种等温压缩空气储能系统及高效发电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于大容量储能领域的一种等温压缩空气储能系统及高效发电方法。储能系统中液体活塞的顶端分别通过F2、F3阀门与低压气体管道、高压气体管道相连；低压气体管道与压气机相连；高压气体管道的一端与压气机相连另一端通过F1与储气单元相连；液体活塞下方唯一的进水口通过F4与液压传动单元二次侧的一个液体出口相连，液压传动单元二次侧的另一个液体出口与四通相连，四通的另三个出口分别与低温水池、太阳能补热器的顶端和储热水箱相连，太阳能补热器的底端通过液压驱动装置与储热水箱相连，太阳能补热器的顶端还通过F8与补热水口相连。本发明利用温度预测与液体控温的控制算法，配置液体喷淋装置实现系统等温压缩或膨胀。

Description

一种等温压缩空气储能系统及高效发电方法
技术领域
本发明属于大容量储能技术领域，具体涉及一种等温压缩空气储能系统及高效发电方法。
背景技术
储能技术的研究和发展对推动可再生能源产业具有重大意义。大规模储能可以实现风能、光伏等可再生能源高比例接入电网。风电场配置一定容量的压缩空气储能设备，可以对风能出力进行平滑甚至搬移，让光风力发电系统的特性接近火力发电等同步发电机系统，保障电力系统稳定可靠和安全运行。
目前，大容量压缩空气储能电站一般采用绝热压缩技术或先进绝热压缩技术，配合燃气轮机发电。系统储能时，压缩机工作在变工况状态下，压缩效率低；发电时需要燃烧化石燃料，热资源损失严重，污染环境。
因此急需一种新的压缩空气储能系统以解决现有技术中压缩空气储能系统发电效率低，热资源利用不充分的缺点，并可以达到系统高效储能与发电的效果。
发明内容
为了克服背景技术中所提到的问题，本发明公开了一种等温压缩空气储能系统，一种等温压缩空气储能系统，其特征在于，包括：G抽蓄发电单元、D液压传动单元、B1液体活塞、C喷淋设备、A储气单元、L低温水池、H太阳能补热器、E储热水箱、高压气体管道、低压气体管道、X喷淋驱动装置、Y液压驱动装置和F1阀门～F9阀门；其中B1液体活塞的顶端分别通过F2阀门、F3阀门与低压气体管道、高压气体管道相连；低压气体管道与压气机相连；高压气体管道的一端与压气机相连另一端通过F1阀门与A储气单元相连；B1液体活塞下方唯一的进水口通过F4阀门与D液压传动单元二次侧的一个液体出口相连，D液压传动单元二次侧的另一个液体出口与四通相连，四通的另三个出口分别与F5阀门、F6阀门和F7阀门相连，其中F5阀门与L低温水池相连，F6阀门与H太阳能补热器的顶端相连，H太阳能补热器的底端通过Y液压驱动装置与E储热水箱相连，H太阳能补热器的顶端还通过F8阀门与补热水口相连；F7阀门与E储热水箱相连；L低温水池、D液压传动单元一次侧和G抽蓄发电单元构成回路；
所述B1液体活塞中设置温度和电子收集元件；
所述F1阀门～F9阀门、温度和电子收集元件都与控制系统相连；控制系统用于判断温度和决定工作流程。
所述B1液体活塞的顶端设有C喷淋设备，C喷淋设备的入口通过F9阀门与X喷淋驱动装置相连，然后接入B1液体活塞的底端。
本发明还公开了一种等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，包括：
步骤21、控制系统对H太阳能补热器中温度T进行判定；
当液体温度T达到设定值时，进入步骤22进行高效发电；
当液体温度T未达到设定值时，进入步骤23进行常规发电；
步骤22、进入等容高效发电状态，待B1液体活塞中充满气体后，进入步骤24；
步骤23、进入迁移常规发电状态，待B1液体活塞中充满气体后，进入步骤24；
步骤24、关闭所有阀门，等待下一次发电过程。
在所述步骤21之前，先进行储能方法，储能方法包括：
步骤11、初始状态，B1液体活塞内充满了压强为P1的气体；
步骤12、喷淋及等温压缩，打开F4阀门、F5阀门和F9阀门，其他阀门关闭；G抽蓄发电单元工作在抽水状态，从电网吸收功率，通过液体管道抽取L低温水池的液体，驱动D液压传动单元开始工作；做功后的液体返回L低温水池；D液压传动单元二次侧通过液体管道抽取L低温水池的液体至B1液体活塞中；液体在B1液体活塞中等温压缩活塞内的气体；同时X喷淋驱动装置驱动B1液体活塞内的液体至C喷淋设备；C喷淋设备利用液体降温压缩气体；当气压达到P2时停止压缩；
步骤13、等压迁移，打开F1阀门和F3阀门，关闭F9阀门停止液体喷淋，在G抽蓄发电单元的作用下，D液压传动单元继续将L低温水池中的液体抽入B1液体活塞中，通过高压气体管道将压缩气体等压迁移至A储气单元中；
步骤14、储能结束，关闭F1阀门和F3阀门，打开F2阀门；压气机将外界气体通过低压气体管道压入B1液体活塞；B1液体活塞内的液体通过下方的出口，经D液压传动单元、F4阀门和F5阀门返回L低温水池；
所述等压迁移为，A储气单元的进气流量等于B1液体活塞的出气流量，使得气体迁移过程中体积不变，从而压强不变；
所述步骤12的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温；
所述压强P1为常规发电低压，压强P2为常规发电高压。
所述步骤22包括：
步骤221、加热至额定温度的液体经液体管道和Y液压驱动装置流入E储热水箱中保温，在本次高效发电开始前，打开F4阀门和F7阀门，由D液压传动单元经液体管道抽入B1液体活塞，至B1液体活塞充满高温液体。
步骤222、气体迁移，打开F1阀门、F3阀门、F4阀门和F6阀门，其他阀门关闭，压缩空气从A储气单元中抽出，通过高压气体管道等压迁移到B1液体活塞中；B1液体活塞中相同体积的液体经D液压传动单元和液体管道抽入H太阳能补热器中加热；气体迁移完毕后，关闭F1阀门、F3阀门、F4阀门和F6阀门；
步骤223、等容加热，气体经B1液体活塞内的高温液体等容加热至压强P3时，打开F4阀门、F6阀门和F9阀门；
步骤224、喷淋及等温膨胀，高温气体等温膨胀推动B1液体活塞内的液体经液体管道驱动D液压传动单元工作，液体再经过液体管道流回H太阳能补热器中加热；同时X喷淋驱动装置驱动B1液体活塞内的液体至C喷淋设备，C喷淋设备利用液体升温膨胀气体；D液压传动单元抽取L低温水池的液体，驱动G抽蓄发电单元旋转发电；
步骤225、气体膨胀发电至压强P4，发电过程完毕，B1液体活塞中充满气体；
所述步骤224的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温；
所述压强P3为高效发电高压，压强P4为高效发电低压。
所述步骤23包括：
步骤231、打开F4阀门和F5阀门，L低温水池的液体经D液压传动单元抽入B1液体活塞中直至充满整个活塞。
步骤232、气体迁移，打开F1阀门、F3阀门、F4阀门和F5阀门，其他阀门关闭，压缩空气从A储气单元中抽出，通过高压气体管道等压迁移到B1液体活塞中；B1液体活塞中相同体积的液体经液体管道通过D液压传动单元流回L低温水池；气体迁移完毕，关闭F1阀门和F3阀门；
步骤233、气体做工，打开F9阀门，气体在B1液体活塞内等温膨胀推动B1液体活塞内的液体经液体管道驱动D液压传动单元工作，同时利用B1液体活塞内的液体对B1液体活塞内的气体进行喷淋升温；D液压传动单元抽取L低温水池的液体驱动G抽蓄发电单元旋转发电。
步骤234、气体膨胀发电至压强P1，做工结束后，B1液体活塞中充满气体，其中压强P1为常规发电低压；
所述步骤233的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温。
所述步骤21中，控制系统对H太阳能补热器中温度T进行判定分为以下步骤：
步骤211、使用神经网络算法模型，并确定网络隐含层的节点数、太阳辐照度G、外界风速vw、环境温度Ta，确定网络的隐含层为双层，网络的输入层与第一隐含层以及第二隐含层与输出层之间选择线性传递函数，而第一隐含层与第二隐含层之间选择S型传递函数；
H太阳能补热器上一时刻水温T(τ-1)为网络的输入参数，下一时刻的水温变化量dT(τ)为输出参数；
步骤212、对模型进行神经网络训练，以预测下一时刻的水温变化量dT(τ)与下一时刻的水温预测值T′(τ)＝T(τ-1)+dT(τ)；
步骤213、温度测量装置测量下一时刻的水温实测值T(τ)，对下一时刻的水温预测值进行修正，作为模型的水温输入参数；
所述网络隐含层的节点数为4与6的组合数；
所述水温实测值T(τ)为H太阳能补热器内各水温测量装置的平均值。
所述对B1液体活塞进行活塞液体的控温包括以下步骤：
步骤101、根据系统运行要求，输入本次的运行时间t，B1液体活塞进水口的液体流速v1，C喷淋设备入口的液体喷淋流速v2，气体的初始压强P1、初始体积V1、初始温度T1等系统运行参数；计算本次运行的气体最终温度Tair和液体最终温度Twater；
当ΔT＝|Tair-T1|未超过5℃时，进入步骤102；
当ΔT＝|Tair-T1|超过5℃时，进入步骤103；
步骤102、液体内循环，按照输入的系统运行参数进行液体控温，即通过改变液体喷淋量以控制控温B1液体活塞的气体与液体的终温，确保气体的压缩过程与膨胀过程近似于等温过程；
步骤103、调整运行参数，根据系统的运行状态重新设定B1液体活塞进水口的液体流速v1、C喷淋设备入口的液体喷淋流速v2系统运行参数，随后返回步骤101重新计算。
所述步骤101中，液体最终温度Twater的计算方法为：
步骤10111、计算气体在微小过程中由进水口进入B1液体活塞的液体流量微元dm1＝ρv1S1；
其中ρ为液体密度，v1为进水口液体流速，S1为进水口截面积；
步骤10112、计算在微小过程中由喷淋口进入B1液体活塞的液体流量微元dm2＝ερv2S2；
其中v2为喷淋口液体流速，S2为喷淋口截面积，ε为收缩系数；
步骤10113、计算在微小过程中进入B1液体活塞的液体总流量微元的内能dmu＝dm1u1+dm2u2＝(dm1+dm2)CwaterT0；
其中Cwater为液体的定容比热，T0为液体流量微元的初始温度，u1为进水口进入的流量微元的内能，u2为喷淋口进入的流量微元的内能；
步骤10114、根据开口系第一定律计算在微小过程中B1液体活塞内的液体温度Tw′ater＝(msysCwaterT+Q+dmu)/(msys+dm)；
其中Q为气液传热量，msys为当前B1液体活塞内的液体质量，T为液体温度；
步骤10115、若此时B1液体活塞内的气体压强，则返回步骤10111，若此时B1液体活塞内的气体压强P＞P5，则液体最终温度Twater等于当前微小过程的液体温度Tw′ater，并输出液体最终温度Twater；
所述微小过程是将B1液体活塞进行的气体压缩或膨胀过程划分为无限多的微分压缩或膨胀过程；
当进行储能方法时P5＝P2；当进行等容高效发电时，P5＝P4；当进行迁移常规发电时，P5＝P1；其中压强P1为常规发电低压，压强P2为常规发电高压，压强P4为高效发电低压。
所述步骤101中，气体最终温度Tair的计算方法为：
步骤10121、根据理想气体状态方程计算液体活塞内气体物质量
其中，P1为气体压缩或膨胀前的初始压强，V1为气体压缩或膨胀前的初始体积，T1为气体压缩或膨胀前的初始温度，R为理想气体常数；
步骤10122、计算B1液体活塞内气体的质量m＝n·M；
其中M为气体摩尔质量；
步骤10123、根据对流换热公式和液体温度Tw′ater、换热系数h、换热面积S与微小过程中的气体初始温度T，计算微小过程中气液传热量Q＝hS(T-T′water)；
所述换热系数h由B1液体活塞内的物质特性和条件决定，换热面积S由B1液体活塞内填料的内表面积和决定；
步骤10124、根据热力学第一定律，计算气体微小过程中的温度变化量
其中Cv为空气的定容比热，Δt为微小过程经过的时间，当气体的体积改变微小量dV时，外界对B1液体活塞中气体所做的功为-pdV；
步骤10125、气体微小过程的最终温度T′＝dT+T；
步骤10126、气体微小过程的最终压强微小过程的最终体积V′＝V+dV；
步骤10127、若此时B1液体活塞内的气体压强P＜P6，则返回步骤10123，若此时B1液体活塞内的气体压强P＞P6，则气体最终温度Tair等于当前微小过程的最终温度T′，并输出气体最终温度Tair；
当进行储能方法时P6＝P2；当进行等容高效发电时，P6＝P4；当进行迁移常规发电时，P6＝P1，其中压强P1为常规发电低压，压强P2为常规发电高压，压强P4为高效发电低压。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用等温压缩技术，储能和释能过程中气体温度保持不变，提高气体压缩效率和系统发电效率，降低压缩空气储能电站的电能转化损失和热能损失。
(2)本发明可以作为风电场、光伏电站的配套建设，避免可再生能源出力不稳定导致弃风弃光的问题，并利用太阳能补热，降低化石能源消耗，可以提高风电场、光伏电站的经济效益和减少温室气体排放。
(3)本发明结合压缩空气储能和抽水蓄能的优点，降低电站的综合建设成本，取消了对地势的要求，降低建设难度。
附图说明
图1为本发明一种等温压缩空气储能系统及高效发电方法实施例的装置连接图。
图2为本发明实施例中液体温度计算的流程图。
图3为本发明实施例中气体温度计算的流程图。
图4为本发明实施例中太阳能补热器液体温度的判定方法的流程图。
图中：
A-储气单元，B1-液体活塞，C-喷淋设备，G-抽蓄发电单元，D-液压传动单元，L-低温水池，H-太阳能补热器，E-储热水箱，1-高压气体管道，2-低压气体管道，F1～F9-阀门，X-喷淋驱动装置，Y-液压驱动装置。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例作详细说明；
如图1所示的本发明实施例，包括：G抽蓄发电单元、D液压传动单元、B1液体活塞、C喷淋设备、A储气单元、L低温水池、H太阳能补热器、E储热水箱、高压气体管道1、低压气体管道2、X喷淋驱动装置、Y液压驱动装置和F1阀门～F9阀门；其中B1液体活塞的顶端分别通过F2阀门、F3阀门与低压气体管道2、高压气体管道1相连，且B1液体活塞的顶端设有C喷淋设备；低压气体管道2与压气机相连；高压气体管道1的一端与压气机相连，高压气体管道1的另一端通过F1阀门与A储气单元相连；C喷淋设备的入口通过F9阀门与X喷淋驱动装置相连，然后接入B1液体活塞的底端；B1液体活塞下方唯一的进水口通过F4阀门与D液压传动单元二次侧的一个液体出口相连，D液压传动单元二次侧的另一个液体出口与四通相连，四通的另三个出口分别与F5阀门、F6阀门和F7阀门相连，其中F5阀门与L低温水池相连，F6阀门与H太阳能补热器的顶端相连，H太阳能补热器的底端通过Y液压驱动装置与E储热水箱相连，H太阳能补热器的顶端还通过F8阀门与补热水口相连；F7阀门与E储热水箱相连；L低温水池、D液压传动单元低压端和G抽蓄发电单元构成回路。
F1阀门～F9阀门及其他所有的温度和电子收集元件都与控制系统相连；控制系统用于判断温度和决定工作流程。
在本实施例工作时，需先进入实施例1的储能状态，将A储气单元内存入压缩气体；随后在有需求时进入实施例2的发电(膨胀)状态进行等温压缩空气储能高效发电；
在实施例1和实施例2的工作过程中，压强P1为常规发电低压，压强P1的范围0.1～0.4MPa；压强P2为常规发电高压，压强P2的范围1.2～1.6MPa；压强P3为高效发电高压，压强P3的范围为1.6～2.0MPa；压强P4为高效发电低压，压强P4的范围为0.2～0.5MPa。
在实施例1的储能状态时，工作流程为：
步骤11、初始状态，B1液体活塞内充满了压强为P1的气体；
步骤12、喷淋及等温压缩，打开F4、F5和F9阀门，其他阀门关闭。G抽蓄发电单元工作在抽水状态，从电网吸收功率，通过液体管道抽取L低温水池的液体，驱动D液压传动单元开始工作。做功后的液体返回L低温水池。D液压传动单元二次侧通过液体管道抽取L低温水池的液体至B1液体活塞中。液体在B1液体活塞中等温压缩活塞内的气体。同时X喷淋驱动装置驱动B1液体活塞内的液体至C喷淋设备。C喷淋设备利用液体降温压缩气体。当气压达到P2时停止压缩；
步骤13、等压迁移，打开F1阀门和F3阀门，关闭F9阀门停止液体喷淋，在G抽蓄发电单元的作用下，D液压传动单元继续将L低温水池中的液体抽入B1液体活塞中，通过高压气体管道将压缩气体等压迁移至A储气单元中；
等压迁移时，A储气单元的进气流量等于B1液体活塞的出气流量，使得气体迁移过程中体积不变，从而压强不变；
步骤14、储能结束，在储能过程结束后，关闭F1阀门和F3阀门，打开F2阀门。压气机将外界气体通过低压气体管道压入B1液体活塞。B1液体活塞内的液体通过下方的出口，经D液压传动单元、F4阀门和F5阀门返回L低温水池；
在步骤12的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温；
在本实施例的储能状态过程中，当进行液体在B1液体活塞中等温压缩时，B1液体活塞内压缩气体的温度来源于B1液体活塞中的液体。
在实施例2的发电(膨胀)状态时，工作流程为：
步骤21、控制系统对H太阳能补热器中温度T进行判定；
当液体温度T达到设定值时，进入步骤22进行高效发电；
当液体温度T未达到设定值时，进入步骤23进行常规发电。
步骤22、进入高效发电状态，具体分为：
步骤221、加热至设定温度的液体经液体管道和Y液压驱动装置流入E储热水箱中保温，在本次高效发电开始前，打开F4和F7阀门，由D液压传动单元经液体管道抽入B1液体活塞，B1液体活塞充满高温液体。
步骤222、气体迁移，打开F1阀门、F3阀门、F4阀门和F6阀门，其他阀门关闭，一定体积的压缩空气从A储气单元中抽出，通过高压气体管道等压迁移到B1液体活塞中。B1液体活塞中相同体积的液体经D液压传动单元和液体管道抽入H太阳能补热器中加热。气体迁移完毕后，关闭F1阀门、F3阀门、F4阀门和F6阀门。
步骤223、等容加热，气体经B1液体活塞内的高温液体等容加热至压强P3时，打开F4阀门、F6阀门和F9阀门；
步骤224、喷淋及等温膨胀，高温气体等温膨胀推动B1液体活塞内的液体经液体管道驱动D液压传动单元工作，液体再经过液体管道流回H太阳能补热器中加热。同时X喷淋驱动装置驱动B1液体活塞内的液体至C喷淋设备，C喷淋设备利用液体升温膨胀气体。D液压传动单元抽取L低温水池的液体，驱动G抽蓄发电单元旋转发电；
步骤225、气体膨胀发电至压强P4，B1液体活塞内充满气体，进入步骤24；
在步骤224的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温。
步骤23、进入常规发电状态，具体分为：
步骤231、打开F4阀门和F5阀门，L低温水池的液体经D液压传动单元抽入B1液体活塞中直至充满整个活塞。
步骤232、气体迁移，打开F1阀门、F3阀门、F4阀门和F5阀门，其他阀门关闭，压缩空气从A储气单元中抽出，通过高压气体管道等压迁移到B1液体活塞中；B1液体活塞中相同体积的液体经液体管道通过D液压传动单元流回L低温水池；气体迁移完毕，关闭F1阀门和F3阀门；
步骤233、气体做工，打开F9阀门，气体在B1液体活塞内等温膨胀推动B1液体活塞内的液体经液体管道驱动D液压传动单元工作，同时利用B1液体活塞内的液体对B1液体活塞内的气体进行喷淋升温；D液压传动单元抽取L低温水池的液体驱动G抽蓄发电单元旋转发电；
步骤234、气体膨胀发电至压强P1，气体做工结束后，B1液体活塞充满气体，进入步骤24；
在步骤233的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温。
步骤24、关闭所有阀门，等待下一次发电过程；
在实施例1和实施例2的等温压缩和等温膨胀过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温，该温控的具体操作为：
步骤101、根据系统运行要求，输入本次的运行时间t，B1液体活塞进水口的液体流速v1，C喷淋设备入口的液体喷淋流速v2，气体的初始压强P1、初始体积V1、初始温度T1等系统运行参数；计算本次运行的气体最终温度Tair和液体最终温度Twater；
当ΔT＝|Tair-T1|未超过5℃时，进入步骤102；
当ΔT＝|Tair-T1|超过5℃时，进入步骤103；
步骤102、液体内循环，按照输入的系统运行参数进行液体控温，即通过改变液体喷淋量以控制控温B1液体活塞的气体与液体的终温，确保气体的压缩过程与膨胀过程近似于等温过程。若液体喷淋量过小，则装置控温效果变差，气体压缩过程消耗的电能增加而膨胀过程发出的电能减少，系统发电效率降低。若液体喷淋量过大，则喷淋能耗增加，同样系统发电效率降低。
步骤103、调整运行参数，根据系统的运行状态重新设定B1液体活塞进水口的液体流速v1、C喷淋设备入口的液体喷淋流速v2等系统运行参数，返回步骤101重新计算。
如图2所示，在步骤101中，液体最终温度Twater的计算方法为：
步骤10111、将气体压缩或膨胀的过程划分为无限多的微小压缩或膨胀的过程，根据液体密度ρ，进水口液体流速v1，进水口截面积S1，计算在气体压缩或膨胀(发电)微小过程中由进水口进入B1液体活塞的液体流量微元dm1＝ρv1S1；
步骤10112、根据液体密度ρ，喷淋口液体流速v2，喷淋口截面积S2，收缩系数ε，计算在气体压缩或膨胀(发电)微小过程中由喷淋口进入B1液体活塞的液体流量微元dm2＝ερv2S2；
步骤10113、根据液体的定容比热Cwater，液体流量微元的初始温度T0，计算在气体压缩或膨胀(发电)微小过程中进入B1液体活塞的液体总流量微元的内能dmu＝dm1u1+dm2u2＝(dm1+dm2)CwaterT0；
步骤10114、根据开口系热力学第一定律，气液传热量Q，当前B1液体活塞内的液体质量msys以及液体温度T，计算单次微小过程后B1液体活塞内的液体温度Tw′ater＝(msysCwaterT+Q+dmu)/(msys+dm)；
步骤10115、若此时B1液体活塞内的气体压强P＜P5，则返回步骤10111，若此时B1液体活塞内的气体压强P＞P5，则液体最终温度Twater等于当前微小过程的液体温度Tw′ater，并输出液体最终温度Twater；
当进行储能方法时P5＝P2；当进行等容高效发电时，P5＝P4；当进行迁移常规发电时，P5＝P1。
如图3所示，在步骤101中，气体最终温度Tair的计算方法为：
步骤10121、根据理想气体状态方程和气体初始压强p1、初始体积V1与初始温度T1，计算气体物质量
步骤10122、计算B1液体活塞内气体的质量m＝n·M；
其中M为气体摩尔质量；
步骤10123、根据对流换热公式和液体温度Tw′ater、换热系数h、换热面积S与微小过程中的气体初始温度T，计算微小过程中气液传热量Q＝hS(T-T′water)；
所述换热系数h由B1液体活塞内的物质特性和条件决定，换热面积S由B1液体活塞内填料的内表面积和决定；
步骤10124、根据热力学第一定律，计算气体微小过程中的温度变化量
其中Cv为空气的定容比热，Δt为微小过程经过的时间，当气体的体积改变微小量dV时，外界对B1液体活塞中气体所做的功为-pdV；
步骤10125、气体微小过程的最终温度T′＝dT+T；
步骤10126、气体微小压缩或膨胀(发电)过程的最终压强最终体积V′＝V+dV(气体压缩时dV为负，气体膨胀时dV为正)；
步骤10127、若此时B1液体活塞内的气体压强P＜P6，则返回步骤10123，若此时B1液体活塞内的气体压强P＞P6，则气体最终温度Tair等于当前微小过程的最终温度T′，并输出气体最终温度Tair。
当进行储能方法时P6＝P2；当进行等容高效发电时，P6＝P4；当进行迁移常规发电时，P6＝P1。
如图4所示，在步骤21中，H太阳能补热器内液体温度T的判定方法为：
步骤211、使用神经网络算法模型，并确定网络隐含层的节点数(4与6的组合数)、太阳辐照度G、外界风速vw、环境温度Ta，确定网络的隐含层为双层，网络的输入层与第一隐含层以及第二隐含层与输出层之间选择线性传递函数，而第一隐含层与第二隐含层之间选择S型传递函数；
H太阳能补热器当前时刻水温T(τ-1)为网络的输入参数，下一时刻的水温变化量dT(τ)为输出参数；
步骤212、对模型进行神经网络训练，以预测下一时刻的水温变化量dT(τ)与下一时刻的水温预测值T′(τ)＝T(τ-1)+dT(τ)；
步骤213、温度测量装置测量下一时刻的水温实测值T(τ)，对下一时刻的水温预测值进行修正，作为模型的水温输入参数。
在本实施例H太阳能补热器内液体温度的判定方法中，H太阳能补热器内安装有3个水温测量装置，分别位于水箱水位高度的1/4、1/2与3/4处，取其平均值为水温实测值T(τ)。

Claims (10)

1.一种等温压缩空气储能系统，其特征在于，包括：G抽蓄发电单元、D液压传动单元、B1液体活塞、C喷淋设备、A储气单元、L低温水池、H太阳能补热器、E储热水箱、高压气体管道(1)、低压气体管道(2)、X喷淋驱动装置、Y液压驱动装置和F1阀门～F9阀门；其中B1液体活塞的顶端分别通过F2阀门、F3阀门与低压气体管道(2)、高压气体管道(1)相连；低压气体管道(2)与压气机相连；高压气体管道(1)的一端与压气机相连另一端通过F1阀门与A储气单元相连；B1液体活塞下方唯一的进水口通过F4阀门与D液压传动单元二次侧的一个液体出口相连，D液压传动单元二次侧的另一个液体出口与四通相连，四通的另三个出口分别与F5阀门、F6阀门和F7阀门相连，其中F5阀门与L低温水池相连，F6阀门与H太阳能补热器的顶端相连，H太阳能补热器的底端通过Y液压驱动装置与E储热水箱相连，H太阳能补热器的顶端还通过F8阀门与补热水口相连；F7阀门与E储热水箱相连；L低温水池、D液压传动单元一次侧和G抽蓄发电单元构成回路；
所述B1液体活塞中设置温度和电子收集元件；
所述F1阀门～F9阀门、温度和电子收集元件都与控制系统相连；控制系统用于判断温度和决定工作流程。
2.根据权利要求1所述的一种等温压缩空气储能系统，其特征在于，所述B1液体活塞的顶端设有C喷淋设备，C喷淋设备的入口通过F9阀门与X喷淋驱动装置相连，然后接入B1液体活塞的底端。
3.一种基于权利要求1所述的一种等温压缩空气储能系统的等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，包括：
步骤21、控制系统对H太阳能补热器中温度T进行判定；
当液体温度T达到设定值时，进入步骤22进行高效发电；
当液体温度T未达到设定值时，进入步骤23进行常规发电；
步骤22、进入等容高效发电状态，待B1液体活塞中充满气体后，进入步骤24；
步骤23、进入迁移常规发电状态，待B1液体活塞中充满气体后，进入步骤24；
步骤24、关闭所有阀门，等待下一次发电过程。
4.根据权利要求3所述一种等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，在所述步骤21之前，先进行储能方法，储能方法包括：
步骤11、初始状态，B1液体活塞内充满了压强为P1的气体；
步骤12、喷淋及等温压缩，打开F4阀门、F5阀门和F9阀门，其他阀门关闭；G抽蓄发电单元工作在抽水状态，从电网吸收功率，通过液体管道抽取L低温水池的液体，驱动D液压传动单元开始工作；做功后的液体返回L低温水池；D液压传动单元二次侧通过液体管道抽取L低温水池的液体至B1液体活塞中；液体在B1液体活塞中等温压缩活塞内的气体；同时X喷淋驱动装置驱动B1液体活塞内的液体至C喷淋设备；C喷淋设备利用液体降温压缩气体；当气压达到P2时停止压缩；
步骤13、等压迁移，打开F1阀门和F3阀门，关闭F9阀门停止液体喷淋，在G抽蓄发电单元的作用下，D液压传动单元继续将L低温水池中的液体抽入B1液体活塞中，通过高压气体管道将压缩气体等压迁移至A储气单元中；
步骤14、储能结束，关闭F1阀门和F3阀门，打开F2阀门；压气机将外界气体通过低压气体管道压入B1液体活塞；B1液体活塞内的液体通过下方的出口，经D液压传动单元、F4阀门和F5阀门返回L低温水池；
所述等压迁移为，A储气单元的进气流量等于B1液体活塞的出气流量，使得气体迁移过程中体积不变，从而压强不变；
所述步骤12的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温；
所述压强P1为常规发电低压，压强P2为常规发电高压。
5.根据权利要求3所述的一种等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，所述步骤22包括：
步骤221、加热至额定温度的液体经液体管道和Y液压驱动装置流入E储热水箱中保温，在本次高效发电开始前，打开F4阀门和F7阀门，由D液压传动单元经液体管道抽入B1液体活塞，至B1液体活塞充满高温液体；
步骤222、气体迁移，打开F1阀门、F3阀门、F4阀门和F6阀门，其他阀门关闭，压缩空气从A储气单元中抽出，通过高压气体管道等压迁移到B1液体活塞中；B1液体活塞中相同体积的液体经D液压传动单元和液体管道抽入H太阳能补热器中加热；气体迁移完毕后，关闭F1阀门、F3阀门、F4阀门和F6阀门；
步骤223、等容加热，气体经B1液体活塞内的高温液体等容加热至压强P3时，打开F4阀门、F6阀门和F9阀门；
步骤224、喷淋及等温膨胀，高温气体等温膨胀推动B1液体活塞内的液体经液体管道驱动D液压传动单元工作，液体再经过液体管道流回H太阳能补热器中加热；同时X喷淋驱动装置驱动B1液体活塞内的液体至C喷淋设备，C喷淋设备利用液体升温膨胀气体；D液压传动单元抽取L低温水池的液体，驱动G抽蓄发电单元旋转发电；
步骤225、气体膨胀发电至压强P4，发电过程完毕，B1液体活塞中充满气体；
所述步骤224的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温；
所述压强P3为高效发电高压，压强P4为高效发电低压。
6.根据权利要求3所述的一种等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，所述步骤23包括：
步骤231、打开F4阀门和F5阀门，L低温水池的液体经D液压传动单元抽入B1液体活塞中直至充满整个活塞；
步骤232、气体迁移，打开F1阀门、F3阀门、F4阀门和F5阀门，其他阀门关闭，压缩空气从A储气单元中抽出，通过高压气体管道等压迁移到B1液体活塞中；B1液体活塞中相同体积的液体经液体管道通过D液压传动单元流回L低温水池；气体迁移完毕，关闭F1阀门和F3阀门；
步骤233、气体做工，打开F9阀门，气体在B1液体活塞内等温膨胀推动B1液体活塞内的液体经液体管道驱动D液压传动单元工作，同时利用B1液体活塞内的液体对B1液体活塞内的气体进行喷淋升温；D液压传动单元抽取L低温水池的液体驱动G抽蓄发电单元旋转发电；
步骤234、气体膨胀发电至压强P1，做工结束后，B1液体活塞中充满气体，其中压强P1为常规发电低压；
所述步骤233的过程中需对B1液体活塞进行活塞液体的控温。
7.根据权利要求3所述的一种等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，所述步骤21中，控制系统对H太阳能补热器中温度T进行判定分为以下步骤：
步骤211、使用神经网络算法模型，并确定网络隐含层的节点数、太阳辐照度G、外界风速vw、环境温度Ta，确定网络的隐含层为双层，网络的输入层与第一隐含层以及第二隐含层与输出层之间选择线性传递函数，而第一隐含层与第二隐含层之间选择S型传递函数；
H太阳能补热器上一时刻水温T(τ-1)为网络的输入参数，下一时刻的水温变化量dT(τ)为输出参数；
步骤212、对模型进行神经网络训练，以预测下一时刻的水温变化量dT(τ)与下一时刻的水温预测值T′(τ)＝T(τ-1)+dT(τ)；
步骤213、温度测量装置测量下一时刻的水温实测值T(τ)，对下一时刻的水温预测值进行修正，作为模型的水温输入参数；
所述网络隐含层的节点数为4与6的组合数；
所述水温实测值T(τ)为H太阳能补热器内各水温测量装置的平均值。
8.根据权利要求4、5或6之一所述的一种等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，所述对B1液体活塞进行活塞液体的控温包括以下步骤：
步骤101、根据系统运行要求，输入本次的运行时间t，B1液体活塞进水口的液体流速v1，C喷淋设备入口的液体喷淋流速v2，气体的初始压强P1、初始体积V1、初始温度T1等系统运行参数；计算本次运行的气体最终温度Tair和液体最终温度Twater；
当ΔT＝|Tair-T1|未超过5℃时，进入步骤102；
当ΔT＝|Tair-T1|超过5℃时，进入步骤103；
步骤102、液体内循环，按照输入的系统运行参数进行液体控温，即通过改变液体喷淋量以控制控温B1液体活塞的气体与液体的终温，确保气体的压缩过程与膨胀过程近似于等温过程；
步骤103、调整运行参数，根据系统的运行状态重新设定B1液体活塞进水口的液体流速v1、C喷淋设备入口的液体喷淋流速v2系统运行参数，随后返回步骤101重新计算。
9.根据权利要求8所述的一种等温压缩空气储能高效发电方法，其特征在于，所述步骤101中，液体最终温度Twater的计算方法为：
步骤10111、计算气体在微小过程中由进水口进入B1液体活塞的液体流量微元dm1＝ρv1S1；
其中ρ为液体密度，v1为进水口液体流速，S1为进水口截面积；
步骤10112、计算在微小过程中由喷淋口进入B1液体活塞的液体流量微元dm2＝ερv2S2；
其中v2为喷淋口液体流速，S2为喷淋口截面积，ε为收缩系数；
步骤10113、计算在微小过程中进入B1液体活塞的液体总流量微元的内能dmu＝dm1u1+dm2u2＝(dm1+dm2)CwaterT0；
其中Cwater为液体的定容比热，T0为液体流量微元的初始温度，u1为进水口进入的流量微元的内能，u2为喷淋口进入的流量微元的内能；
步骤10114、根据开口系第一定律计算在微小过程中B1液体活塞内的液体温度T′water＝(msysCwaterT+Q+dmu)/(msys+dm)；
其中Q为气液传热量，msys为当前B1液体活塞内的液体质量，T为液体温度；
步骤10115、若此时B1液体活塞内的气体压强，则返回步骤10111，若此时B1液体活塞内的气体压强P＞P5，则液体最终温度Twater等于当前微小过程的液体温度T′water，并输出液体最终温度Twater；
所述微小过程是将B1液体活塞进行的气体压缩或膨胀过程划分为无限多的微分压缩或膨胀过程；
当进行储能方法时P5＝P2；当进行等容高效发电时，P5＝P4；当进行迁移常规发电时，P5＝P1；其中压强P1为常规发电低压，压强P2为常规发电高压，压强P4为高效发电低压。
10.根据权利要求8所述的一种高效发电方法，其特征在于，所述步骤101中，气体最终温度Tair的计算方法为：
步骤10121、根据理想气体状态方程计算液体活塞内气体物质量
其中，P1为气体压缩或膨胀前的初始压强，V1为气体压缩或膨胀前的初始体积，T1为气体压缩或膨胀前的初始温度，R为理想气体常数；
步骤10122、计算B1液体活塞内气体的质量m＝n·M；
其中M为气体摩尔质量；
步骤10123、根据对流换热公式和液体温度T′water、换热系数h、换热面积S与微小过程中的气体初始温度T，计算微小过程中气液传热量Q＝hS(T-T′water)；
所述换热系数h由B1液体活塞内的物质特性和条件决定，换热面积S由B1液体活塞内填料的内表面积和决定；
步骤10124、根据热力学第一定律，计算气体微小过程中的温度变化量
其中Cv为空气的定容比热，Δt为微小过程经过的时间，当气体的体积改变微小量dV时，外界对B1液体活塞中气体所做的功为-pdV；
步骤10125、气体微小过程的最终温度T′＝dT+T；
步骤10126、气体微小过程的最终压强微小过程的最终体积V′＝V+dV；
步骤10127、若此时B1液体活塞内的气体压强P＜P6，则返回步骤10123，若此时B1液体活塞内的气体压强P＞P6，则气体最终温度Tair等于当前微小过程的最终温度T′，并输出气体最终温度Tair；
当进行储能方法时P6＝P2；当进行等容高效发电时，P6＝P4；当进行迁移常规发电时，P6＝P1，其中压强P1为常规发电低压，压强P2为常规发电高压，压强P4为高效发电低压。
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