CN109469598A - 一种压缩空气储能压气机系统及其控制方法 - Google Patents

一种压缩空气储能压气机系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压缩空气储能压气机系统及其控制方法，包括至少一个高压级压气机，低压级压气机出口与1#换热器的热侧入口连通，1#换热器的热侧出口与至少一个高压级压气机入口连通，换热器的冷侧进口与蓄冷罐相连，换热器冷侧出口分别与蓄热罐入口相连，射气抽气器进口阀进口空气管道和旁路阀分别与所述2#换热器热侧出口管道相连，射气抽气器低压侧入口与空气进口门相连，空气进口门与空气入口过滤器b出口或所述2#换热器相连，所述射气抽气器、旁路阀出口与储气罐相连，在储气罐内压缩空气压力未达到额定压力前，通过射气抽气器的卷吸作用，使得压气机出口压力与储气罐压力相匹配，减少高压压缩空气能量损失。

Description

一种压缩空气储能压气机系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及压缩空气储能技术领域，特别是一种压缩空气储能压气机系统及其控制方法。
背景技术
压缩空气储能具有储能规模大、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。
压气机在压缩空气储能中具有重要作用，是将电能转换为空气内能的主要设备，在满足系统运行要求的情况下减少压气机出力对系统节能、提高电-电效率具有重要意义。目前多级压气机的运行方式是不管储气罐压力高低，全部压气机均投入运行，出口压力较高且压力恒定，但在储能初期，储气罐中的压力较低，高压压缩空气进入储气罐时由于压差较大，高压压缩空气膨胀做功，一方面使得储气罐内空气温度升高，影响压缩空气储能能力，另一方面也导致高压压缩空气的能量损失。
因此，针对压缩空气储能压气机系统存在较大能量损失的问题，尤其是在储能初期压气机系统高压压缩空气如何减少能量损失，提高电-气转换效率的问题，必须找到合理的解决方法，才能使压缩空气储能得到更广泛的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种压缩空气储能压气机系统及其控制方法，以解决现有具有多级压气机的压缩空气储能电站，储能初期，储气罐中的压力较低，高压压缩空气进入储气罐时由于压差较大，高压压缩空气膨胀做功，使得储气罐内空气温度升高，导致压缩空气储能能力下降的问题和高压压缩空气的能量损失的问题。
本发明的技术方案是：一种压缩空气储能压气机系统，包括空气入口过滤器a、蓄冷罐、至少一个低压级压气机和至少一个高压级压气机，所述低压级压气机和所述高压级压气机通过传动轴连接，所述高压级压气机和电动机通过传动轴连接，所述空气入口过滤器a出口和所述低压级压气机入口相连，所述低压级压气机出口与1#换热器的热侧入口连通，1#换热器的热侧出口与至少一个高压级压气机入口连通，1#换热器和2#换热器的冷侧进口分别与蓄冷罐相连，所述1#换热器和所述2#换热器冷侧出口分别与蓄热罐入口相连，射气抽气器进口阀进口空气管道和旁路阀分别与所述2#换热器热侧出口管道相连，射气抽气器低压侧入口与空气进口门相连，空气进口门与空气入口过滤器b出口或所述2#换热器相连，所述空气入口过滤器a和所述空气入口过滤器b与大气相通，所述射气抽气器、旁路阀出口与储气罐相连。
优选的，所述旁路阀、所述射气抽气器进口阀为全开全关型。
优选的，所述空气进口门为调节型，所述空气进口门为手动、电动、液动、电液动或电磁动操纵控制。
上述压缩空气储能压气机系统的控制方法，包括以下步骤：
当高压级压气机出口压缩空气压力po与储气罐压力ps之差大于2#换热器热侧出口至射气抽气器入口压损pl与射气抽气器最小压降pd之和时，即po-ps＞pl+pd时，旁路阀关闭，射气抽气器进口阀开启，所有压缩空气通过射气抽气器进入储气罐；在射气抽气器的卷吸作用下，一部分空气经空气进口门通过射气抽气器低压侧入口进入射气抽气器，与压缩空气一起进入储气罐，通过调整空气进口门的开度，使得射气抽气器出口压力pc大于储气罐压力ps，即pc＞ps；
当高压级压气机出口压缩空气压力po与储气罐压力ps之差小于等于2#换热器热侧出口至射气抽气器入口压损pl与射气抽气器最小压降pd之和时，即po-ps≤pl+pd时，打开旁路阀，关闭空气进口门，关闭射气抽气器进口阀，全部压缩空气通过旁路阀进入储气罐。
本发明的有益效果是提供一种压缩空气储能压气机系统及其控制方法，可以在储气罐内压缩空气压力未达到额定压力前的过程中，通过优化压气机系统，改变压缩空气流程，通过射气抽气器的卷吸作用，使得压气机出口压力与储气罐压力相匹配，减少高压压缩空气能量损失，同时，在不额外增加动力的情况下将部分空气或低压压缩空气变为高压压缩空气，提高压缩空气储能转换效率。
附图说明
图1为本发明测量装置的一种连接示意图；
图2为本发明测量装置的另一种连接示意图；
其中：1、空气入口过滤器a，2、低压级压气机，3、高压级压气机，4、电动机，5、蓄冷罐，6、蓄热罐，7、1#换热器，8、2#换热器，9、射气抽气器，10、旁路门，11、储气罐，12、传动轴，13、空气进口门，14、射气抽气器进口阀，111、空气入口过滤器b。
具体实施方式
实施例1：
参考图1，一种压缩空气储能压气机系统，包括空气入口过滤器a1、蓄冷罐5、至少一个低压级压气机2和至少一个高压级压气机3，所述低压级压气机2和所述高压级压气机3通过传动轴12连接，所述高压级压气机3和电动机4通过传动轴12连接，所述空气入口过滤器a1出口和所述低压级压气机2入口相连，所述低压级压气机2出口与1#换热器7热侧入口连通，1#换热器7热侧出口与至少一个高压级压气机3入口连通，1#换热器7和2#换热器8冷侧进口分别与蓄冷罐5相连，所述1#换热器7和所述2#换热器8冷侧出口分别与蓄热罐6入口相连，射气抽气器进口阀14进口空气管道和旁路阀10分别与所述2#换热器8热侧出口管道相连，射气抽气器9低压侧入口与空气进口门13相连，空气进口门13与空气入口过滤器b111出口，所述空气入口过滤器a1和所述空气入口过滤器b111与大气相通，所述射气抽气器9、旁路阀10出口与储气罐11相连。
所述旁路阀10、所述射气抽气器进口阀14为全开全关型。
所述空气进口门13为调节型，所述空气进口门13为手动、电动、液动、电液动或电磁动操纵控制。
上述压缩空气储能压气机系统的控制方法，包括以下步骤：
当高压级压气机3出口压缩空气压力po与储气罐11压力ps之差大于2#换热器8热侧出口至射气抽气器9入口压损pl与射气抽气器最小压降pd之和时，即po-ps＞pl+pd时，旁路阀10关闭，射气抽气器进口阀14开启，所有压缩空气通过射气抽气器9进入储气罐11；在射气抽气器9的卷吸作用下，一部分空气经空气进口门13通过射气抽气器9低压侧入口进入射气抽气器9，与压缩空气一起进入储气罐11，通过调整空气进口门13的开度，使得射气抽气器9出口压力pc大于储气罐11压力ps，即pc＞ps；
当高压级压气机3出口压缩空气压力po与储气罐11压力ps之差小于等于2#换热器8热侧出口至射气抽气器9入口压损pl与射气抽气器最小压降pd之和时，即po-ps≤pl+pd时，打开旁路阀10，关闭空气进口门13，关闭射气抽气器进口阀14，全部压缩空气通过旁路阀10进入储气罐11。
实施例2：
参考图2，一种压缩空气储能压气机系统，包括空气入口过滤器a1、蓄冷罐5、至少一个低压级压气机2和至少一个高压级压气机3，所述低压级压气机2和所述高压级压气机3通过传动轴12连接，所述高压级压气机3和电动机4通过传动轴12连接，所述空气入口过滤器a1出口和所述低压级压气机2入口相连，所述低压级压气机2出口与1#换热器7热侧入口连通，1#换热器7热侧出口与至少一个高压级压气机3入口连通，1#换热器7和2#换热器8冷侧进口分别与蓄冷罐5相连，所述1#换热器7和所述2#换热器8冷侧出口分别与蓄热罐6入口相连，射气抽气器进口阀14进口空气管道和旁路阀10分别与所述2#换热器8热侧出口管道相连，射气抽气器9低压侧入口与空气进口门13相连，空气进口门13与所述2#换热器8相连，所述空气入口过滤器a1与大气相通，所述射气抽气器9、旁路阀10出口与储气罐11相连。部分低压换热器7出口的低压压缩空气通过射气抽气器9低压侧入口进入射气抽气器9，与压缩空气一起进入储气罐11。
所述旁路阀10、所述射气抽气器进口阀14为全开全关型。
所述空气进口门13为调节型，所述空气进口门13为手动、电动、液动、电液动或电磁动操纵控制。
上述压缩空气储能压气机系统的控制方法，包括以下步骤：
当高压级压气机3出口压缩空气压力po与储气罐11压力ps之差大于2#换热器8热侧出口至射气抽气器9入口压损pl与射气抽气器最小压降pd之和时，即po-ps＞pl+pd时，旁路阀10关闭，射气抽气器进口阀14开启，所有压缩空气通过射气抽气器9进入储气罐11；在射气抽气器9的卷吸作用下，一部分空气经空气进口门13通过射气抽气器9低压侧入口进入射气抽气器9，与压缩空气一起进入储气罐11，通过调整空气进口门13的开度，使得射气抽气器9出口压力pc大于储气罐11压力ps，即pc＞ps；
当高压级压气机3出口压缩空气压力po与储气罐11压力ps之差小于等于2#换热器8热侧出口至射气抽气器9入口压损pl与射气抽气器最小压降pd之和时，即po-ps≤pl+pd时，打开旁路阀10，关闭空气进口门13，关闭射气抽气器进口阀14，全部压缩空气通过旁路阀10进入储气罐11。

Claims (4)

1.一种压缩空气储能压气机系统，包括空气入口过滤器a(1)和蓄冷罐(5)，其特征在于，还包括至少一个低压级压气机(2)和至少一个高压级压气机(3)，所述低压级压气机(2)和所述高压级压气机(3)通过传动轴(12)连接，所述高压级压气机(3)和电动机(4)通过传动轴(12)连接，所述空气入口过滤器a(1)出口和所述低压级压气机(2)入口相连，所述低压级压气机(2)出口与1#换热器(7)热侧入口连通，1#换热器(7)热侧出口与至少一个高压级压气机(3)入口连通，1#换热器(7)和2#换热器(8)冷侧进口分别与蓄冷罐(5)相连，所述1#换热器(7)和所述2#换热器(8)冷侧出口分别与蓄热罐(6)入口相连，射气抽气器进口阀(14)进口空气管道和旁路阀(10)分别与所述2#换热器(8)热侧出口管道相连，射气抽气器(9)低压侧入口与空气进口门(13)相连，空气进口门(13)与空气入口过滤器b(111)出口或所述2#换热器(8)相连，所述空气入口过滤器a(1)和所述空气入口过滤器b(111)与大气相通，所述射气抽气器(9)、旁路阀(10)出口与储气罐(11)相连。
2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能压气机系统，其特征在于，所述旁路阀(10)、所述射气抽气器进口阀(14)为全开全关型。
3.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能压气机系统，其特征在于，所述空气进口门(13)为调节型，所述空气进口门(13)为手动、电动、液动、电液动或电磁动操纵控制。
4.根据权利要求1-3所述任一压缩空气储能压气机系统的控制方法，包括以下步骤：
当高压级压气机(3)出口压缩空气压力po与储气罐(11)压力ps之差大于2#换热器(8)热侧出口至射气抽气器(9)入口压损pl与射气抽气器最小压降pd之和时，即po-ps＞pl+pd时，旁路阀(10)关闭，射气抽气器进口阀(14)开启，所有压缩空气通过射气抽气器(9)进入储气罐(11)；在射气抽气器(9)的卷吸作用下，一部分空气经空气进口门(13)通过射气抽气器(9)低压侧入口进入射气抽气器(9)，与压缩空气一起进入储气罐(11)，通过调整空气进口门(13)的开度，使得射气抽气器(9)出口压力pc大于储气罐(11)压力ps，即pc＞ps；
当高压级压气机(3)出口压缩空气压力po与储气罐(11)压力ps之差小于等于2#换热器(8)热侧出口至射气抽气器(9)入口压损pl与射气抽气器最小压降pd之和时，即po-ps≤pl+pd时，打开旁路阀(10)，关闭空气进口门(13)，关闭射气抽气器进口阀(14)，全部压缩空气通过旁路阀(10)进入储气罐(11)。
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