CN111608936A

CN111608936A - 一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统及方法

Info

Publication number: CN111608936A
Application number: CN202010481560.9A
Authority: CN
Inventors: 范坤乐; 杨昌昱; 杨承; 马晓茜; 彭远超; 陈新睿; 许柏城
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2020-05-31
Filing date: 2020-05-31
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2040-05-31

Abstract

本发明公开了一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统及方法，该系统可以自动适应非稳定性风/光等电源波动，在用电低谷期充分消纳余电。当可再生能源余电功率足够带动叶片式压气机工作以产生设定压力的气体时，系统进入恒压储气允许工况，将余电转换为空气压力势能与压缩热能，分别解耦存储于恒压储气罐与热油罐中；当余电无法带动叶片式压气机稳定工作产生所设定压力的气体时，系统进入电储热工况，余电以热能形式存储于热油罐。该系统以导热油作为中间传热介质，回收压气机级间压缩热并用于空气透平再热以提高透平出力，可提高整个储能系统效率。本发明的恒压空气功热复合储能系统可根据区域可再生能源发电分布特点按相应的规模推广使用。

Description

一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统及方法

技术领域

本发明属于压缩空气储能技术领域，尤其涉及一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统及方法。

背景技术

近年来，我国可再生能源装机容量不断扩大，据国家能源局统计，2019年并网风电和并网太阳能发电累计装机分别增至21005万千瓦和20468万千瓦，同比增长14.0％和17.4％。随着特高压直流输电工程的落地与火电技术升级改造，全国平均弃风率与弃光率分别降至4％、2％，但是局部地区新能源消纳不均衡问题仍较为突出，西北地区弃风、弃光电量在总弃电量中分别高达81％与87％。其主要由于风/光电稳定性受环境影响波动较大，发电质量低，故并网困难造成能源浪费。因此，国家大力提倡源-网-荷-储统筹协调发展，利用储能技术提高新能源利用效率。

压缩空气储能系统形式多样，主要分为补燃式与非补燃式两种形式，将余电转化为高压空气内能和压力能储存于储气罐中，并通过透平发电以弥补用电高峰期的源-荷负荷缺口。先进绝热压缩空气储能系统(advanced adiabatic compressed air energystorage system,AACAES)利用回热技术储存压缩热并用于加热发电阶段透平空气温度，其效率可达70％以上，可用于大规模电力储能，是目前储能技术的研发热点之一。相比于常规的变压储气，恒压储气系统可以保持储气罐内压力和透平进口压力恒定，使系统具有较高的热效率、

效率和储能密度。但新能源发电的间歇性和不稳定性对压气机变速下的运行稳定性提出了要求，即便在用电低谷期压气机也并非实时稳定工作，因为压气机在低负荷有可能进入喘振工况。因此压缩空气储能系统涉及到余电合理利用问题，所以很有必要提出一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统及方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统及方法，所述方法可以充分且针对性地利用非稳定性风/光等余电，解耦利用高压气体中的压缩热能与压力势能，提高系统整体工作效率，并可进一步提升可再生能源消纳能力从而减小弃风、弃光率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统，包括电路转换开关、导热油循环回路、电加热回路和空气处理回路，

所述电路转换开关可以对电加热回路和空气处理回路进行转换，

所述导热油循环回路包括热油罐和冷油罐，

电加热回路设置有温控开关，温控开关分别与电路转换开关和热油罐电连接，

空气处理回路包括多级压气机、恒压储气罐和冷油罐多级空气透平，多级压气机与电路转换开关电连接，多级压气机的各级间均分别设置有级间冷却器以与空气进行热交换，多级压气机的出气侧通过级后冷却器与恒压储气罐的进气侧连通，所述级间冷却器的进油侧和所述级后冷却器的进油侧均与所述冷油罐的出油侧连通，所述级间冷却器的出油侧和所述级后冷却器的出油侧与所述热油罐的进油侧连通，所述多级空气透平的进气侧与所述恒压储气罐的出气侧连通。

进一步地，还包括第一控制器，

所述级间冷却器的进油侧和所述级后冷却器的进油侧与所述冷油罐的出油侧之间均分别设置有第一电动三通阀，每个所述第一电动三通阀均分别与所述第一控制器信号连接，

每个所述级间冷却器的出气侧和所述级后冷却器的出气侧均分别设置有用于测量空气温度的第一温度传感器，第一温度传感器与第一控制器信号连接。

通过第一控制器可以控制第一电动三通阀的开度，从而可以控制进入各冷却器的冷油流量。

进一步地，冷油罐上设置有冷油温度传感器，冷油罐内设置有电加热器，电加热器可通过与冷油温度传感器信号连接的加热开关与余电接通以对冷油进行加热。

通过设置冷油温度传感器来测量冷油罐中冷油的温度，若温度低于预设值，则可启动电加热器对冷油进行加热，以免冷油温度过低而影响后续的传热效果。

进一步地，所述多级空气透平的各级进口处均分别设置有用于与空气进行热交换的再热器，所述再热器的进油侧均与所述热油罐的出油侧连通，所述再热器的出油侧均与所述冷油罐的进油侧连通，所述热油罐的进油侧还设置有进油电动闸阀，出油侧设置有出油电动闸阀。

通过空气处理回路，余电转换为空气压力势能与压缩热能，分别解耦存储于恒压储气罐与热油罐中。通过设置再热器，可以通过使用存储于热油罐中的热油对进入各级空气透平做功的空气进行加热，使得各级空气透平能够更加高效、高比功工作。

进一步地，还包括第二空气预热器，

所述再热器的出油侧与所述冷油罐的进油侧通过所述第二空气预热器连通，所述第二空气预热器的进油侧与所述再热器的出油侧均连通，所述再热器的出油侧与所述冷油罐的进油侧连通，且

第二空气预热器的进气侧与所述恒压储气罐的出气侧连通，出气侧与所述多级空气透平的进气侧连通。

通过设置第二空气预热器，再热器中的导热油给空气加热，降温后的导热油进入第二预热器，给从恒压储气罐中出来的压缩空气进行热交换，以进一步带走导热油中的热量，从而提高对导热油中的热量的利用率。

进一步地，还包括第三控制器，

每个所述再热器的出气侧均分别设置有第三温度传感器，第三温度传感器与所述第三控制器信号连接，所述再热器的进油侧与与所述热油罐的出油侧之间设置有第三电动三通阀，所述第三控制器控制所述第三电动三通阀的开度。

进一步地，所述多级空气透平的进气侧与所述恒压储气罐的出气侧之间设置有第一空气预热器。

通过设置第一空气预热器，以对从恒压储气罐中出来的空气进行加热，使得后续多级空气透平能够更加高效工作。

进一步地，还包括用于控制空气流量的空气流量电动阀和用于测量实时发电功率的发电功率传感器，发电功率传感器设置在多级空气透平的输出轴上，空气流量电动阀设置在所述多级空气透平的进气侧与所述恒压储气罐的出气侧之间。

进一步地，在多级空气透平的末级空气透平的空气出口侧设置有空气温度传感器和第四电动三通阀，所述第四电动三通阀与所述第一空气预热器连接。

如此设置，使得从末级空气透平中排出的空气可进入第一空气预热器，以利用空气中的热量对从恒压储气罐中出来的空气进行加热。

本发明还提供一种恒压空气储释能方法，包括以下步骤：

设定恒压储气罐内的气体压力p₀，其可通过调节外界作用力来改变罐内容积或者利用水的静压特性实现恒压储气与释气；

根据多级压气机整体运行特性曲线及恒压储气罐的压力设定值p₀，确定多级压气机稳定运行的最低转速n_min及对应的喘振临界功率N_surg，保证多级压气机中的末级压气机出口压力大于p₀；

测量得到余电的输入功率N_rand；

在用电低谷期，当N_rand>N_surg时，电路转换开关接通空气处理回路，外界余电带动多级压气机工作进行储能，每一级压气机出口的高温空气被来自冷油罐的冷油冷却后进入下一级压气机继续压缩，最终高压气体进入恒压储气罐中，将第一温度传感器测量得到的温度信号与控制器中的温度预设值进行比较，由偏差信号来调节第一三通阀开度进而分配进入各级间冷却器和级后冷却器的冷油流量；

冷油回收压缩热后进入热油罐；

在用电低谷期，当N_rand≤N_surg时，电路转换开关接通电加热回路，外界余电直接用于加热热油罐中的导热油；

在用电高峰期，恒压储气罐中的高压气体进入多级空气透平膨胀作功，多级空气透平中每一级进口处的空气被来自热油罐的高温导热油加热，升温后进入下一级空气透平继续膨胀作功，将第三温度传感器测量得到的温度信号与第三控制器中的温度预设值进行比较，由偏差信号来调节第三电动三通阀的开度进而分配进入各再热器的高温导热油流量；

各再热器内的高温导热油中的热量加热空气后，高温导热油冷却，经过冷却后的高温导热油经过第二预热器对空气加热之后进入导热油冷却器进一步被冷却水带走热量，降温后进入冷油罐；

将空气温度传感器测量得到的温度信号与恒压储气罐的空气温度进行比较，由偏差信号来选择第四电动三通阀的通路，当多级空气透平中的末级空气透平的排气温度高于恒压储气罐的空气温度时，末级空气透平的排气流向第一空气预热器，对恒压空气进行预热；当末级空气透平排气温度低于恒压储气罐的空气温度时，末级空气透平的排气排入大气。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明的恒压空气储释能系统可以自动适应非稳定性风/光电源波动，在用电低谷期充分利用外界余电。当新能源余电足够带动压气机稳定工作以产生一定压力气体时，控制器将控制信号反馈至电路转换开关，将余电通过多级压气机转换为空气压力势能与压缩热能，分别解耦存储于恒压储气罐与热油罐中；当余电无法带动压气机稳定工作产生相应压力气体时，系统进入电储热区域，余电以热能形式存储于热油罐。因此，该优化设计可进一步促进新能源灵活高效消纳，减小弃风、弃光率。

2、在将余电转化为空气压力势能的过程中，通过级间冷却器和级后冷却器来给各级压气机中的高压气体进行降温，可以减小压气机的耗功，从而提高多级压气机的整体效率。

3、本发明以导热油作为中间传热介质，在将余电转化为空气压力势能的过程中，导热油回收压气机级间的压缩热并储存于热油罐中；多级空气透平工作时，储存于热油罐中带有热量的导热油可以用于加热进入各级空气透平的空气，以提高多级空气透平的作功能力。因此，本恒压空气储释能系统为功热复合储能系统，可有效提高整个储能系统效率。

4、传统的抽水蓄电站通过上下水库高差形成的重力势能发电，对地理位置要求较严苛，本发明提出的适应非稳态性电源侧的恒压空气储释能系统更适用于风电、光电快速发展，水电建设滞后的西北地区，且可根据区域可再生能源发电分布特点按相应的规模推广使用，充分挖掘可再生能源消纳潜力。

附图说明

图1为本发明实施例1适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统示意图；

图2为本发明实施例2适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能设计方法示意图；

图3为本发明实施例3系统压气机恒压运行允许工况区域与电储热工况判断示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参考图1，本实施例提供了一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统，包括包括电路转换开关38、导热油循环回路、电加热回路和空气处理回路，电路转换开关38可以对电加热回路和空气处理回路进行转换，所述导热油循环回路包括冷油罐17、冷油泵18、热油罐22、热油泵24和导热油冷却器16，电加热回路安装温控开关47，温控开关47分别与电路转换开关38和热油罐22电连接，热油罐22上固定设置有热油温度传感器44，且热油温度传感器44与温控开关47信号连接。温控开关47为常闭开关。热油罐22上还安装有压力传感器45、放气安全阀46和警报装置。

本实施例还设置有余电功率传感器41，用于测量余电的输入功率。

本实施例还包括第二控制器42，余电功率传感器41和电路转换开关38均与第二控制器42信号连接，且第二控制器42内存储压气机最低喘振临界功率N_surg。

热油温度传感器44测量热油罐22中的油温，当油温超过允许值后切断温控开关47，从而切断余电对热油罐22中的油继续加热，以防止温度过高导热油结焦；压力传感器45用于测量热油罐22内压力，当罐内存在不凝性气体导致压力超过安全值后放气安全阀46打开，警报装置用于提醒现场工作人员采取安全措施。

空气处理回路包括多级压气机、恒压储气罐4和多级空气透平，多级压气机与电路转换开关38电连接，多级压气机的各级间均分别设置有级间冷却器以与空气进行热交换，多级压气机的出气侧通过级后冷却器10与恒压储气罐4的进气侧连通，所述级间冷却器的进油侧和所述级后冷却器10的进油侧均与所述冷油罐17的出油侧连通，所述级间冷却器的出油侧和所述级后冷却器的出油侧与所述热油罐22的进油侧连通。所述级间冷却器的进油侧和所述级后冷却器10的进油侧与所述冷油罐17的出油侧之间均分别设置有第一电动三通阀，每个所述第一电动三通阀均分别与第一控制器39信号连接，每个所述级间冷却器的出气侧和所述级后冷却器10的出气侧均分别设置有用于测量空气温度的第一温度传感器。所述多级空气透平的进气侧与所述恒压储气罐4的出气侧连通。

具体地，本实施例中，多级压气机有三级，包括首级压气机1、次级压气机2和末级压气机3，首级压气机1、次级压气机2和末级压气机3均为叶片式压气机，各级压气机同轴连接，通过电路转换开关38接通外界余电。首级压气机1和次级压气机2之间通过第一冷却器8连接，次级压气机2和末级压气机3之间通过第二冷却器9连接，级后冷却器10设置在末级压气机3的出气侧，级后冷却器10的出气侧通过空气电动闸阀30与恒压储气罐4的进气侧连接。冷油罐17内可储存冷油，冷油罐17的出油口通过出油管道依次连通级后冷却器10的进油口、第二冷却器9的进油口和第一冷却器8的进油口。所述冷油泵18设置在冷油罐17和级后冷却器10之间的出油管道上以为冷油流动提供动力来克服管道阻力。第一电动三通阀有2个，分别为级后电动三通阀19和级间电动三通阀20，级后电动三通阀19的其中两个接口与出口管道连接，另一个接口与级后冷却器10的进油口连接，级间电动三通阀20的其中一个接口与第二冷却器9的进油口连接，另外两个接口连通出油管道和第一冷却器8的进油口。第一冷却器8的出油口、第二冷却器9的出油口和级后冷却器10的出油口均通过进油电动闸阀21与热油罐22的进油口连接。进行储能时，进油电动闸阀21打开。第一温度传感器有3个，包括设置在第一冷却器8出气侧的第一温度传感器A 27、设置在第二冷却器9出气侧的第一温度传感器B 28和设置在级后冷却器10出气侧的第一温度传感器C 29，第一温度传感器A27、第一温度传感器B 28和第一温度传感器C29分别与第一控制器39信号连接。

当电路转换开关38接通空气处理回路后，多级压气机工作，首级压气机1产生的压力气体进入第一冷却器8与冷油进行热交换后降温，降温后的压力气体进入次级压气机2，次级压气机2工作产生的压力气体进入第二冷却器9与冷油进行热交换后降温，降温后的压力气体继续进入末级压气机3，末级压气机3工作产生的压力气体进入级后冷却器10进行热交换后降温，降温后的气体通过空气电动闸阀30储存到恒压储气罐4内。可通过第一控制器39设定温度预设值，第一温度传感器A27、第一温度传感器B 28和第一温度传感器C29分别对冷却器出气侧的空气温度进行测量，将测得的温度值与第一控制器39的温度预设值进行比较，由偏差信号来调节级后电动三通阀19和级间电动三通阀20的开度进而分配进入各冷却器的冷油流量，以尽可能实现等温压缩，从而提高系统效率。

冷油罐17上设置有冷油温度传感器48，冷油罐17内设置有电加热器49，电加热器49可通过与冷油温度传感器48信号连接的加热开关50与余电接通以对冷油进行加热。冷油温度传感器48用于测量冷油罐17内的导热油的温度。在系统启动阶段，当导热油温度过低时，接通常开开关50，外界余电使电加热器49工作对导热油进行加热，防止导热油粘度变大甚至凝固影响传热效果，当冷油达到正常温度后加热开关50断开。

本实施例中的恒压储气罐4、冷油罐17和热油罐22内部均匀涂有密封保温材料。

所述多级空气透平的各级进口处均分别设置有用于与空气进行热交换的再热器，所述再热器的进油侧均与所述热油罐22的出油侧连通，所述再热器的出油侧均与所述冷油罐17的进油侧连通，所述热油罐22的进油侧还设置有进油电动闸阀21，出油侧设置有出油电动闸阀23。还包括第三控制器40，每个所述再热器的出气侧均分别设置有第三温度传感器，第三温度传感器与所述第三控制器40信号连接，所述再热器的进油侧与与所述热油罐22的出油侧之间设置有第三电动三通阀，所述第三控制器40控制所述第三电动三通阀的开度。所述多级空气透平的进气侧与所述恒压储气罐4的出气侧之间设置有空气预热器。

具体地，本实施例中，多级空气透平有3级，包括首级空气透平5、次级空气透平6和末级空气透平7，各级空气透平同轴连接。再热器有3个，包括第一再热器13、第二再热器14和第三再热器15，次级空气透平6和末级空气透平7之间通过第三再热器15连接以进行热交换，首级空气透平5和次级空气透平6之间通过第二再热器14连接以进行热交换，第一再热器13设置在首级空气透平5的进气侧。还设置有第一空气预热器11和第二空气预热器12，第一空气预热器11的进气口通过空气流量电动阀31与所述恒压储气罐4的出气口连接，第一空气预热器11的出气口与第二空气预热器12的进气口连接，第二空气预热器12的出气口与第一再热器13的进气口连接，所述空气流量电动阀31是蝶阀。第三温度传感器有3个，包括第三温度传感器A 32、第三温度传感器B 33和第三温度传感器C 34，第三温度传感器A 32、第三温度传感器B 33和第三温度传感器C 34均分别与第三控制器40信号连接，第三温度传感器A 32、第三温度传感器B 33和第三温度传感器C 34分别设置在第一再热器13、第二再热器14和第三再热器15的出气侧，用于测量各出气侧的空气的温度。热油罐22内可储存热油，热油罐22的出油口通过第二出油管道依次连通第一再热器13、第二再热器14和第三再热器15的进油口，在靠近热油罐22的出油口处的第二出油管道上设置有用于控制热油罐22出油的出油电动闸阀23，所述热油泵24设置在出油电动闸阀23和第一再热器13之间的第二出油管道上以为高温导热油流动提供动力来克服管道阻力。第三电动三通阀有两个，分别为第三电动三通阀A 25和第三电动三通阀B 26，第三电动三通阀A 25和第三电动三通阀B26均分别与第三控制器40信号连接，第三电动三通阀A 25的其中两个接口与第二出口管道连接，另一个接口与第一再热器13的进油口连接，第三电动三通阀B 26的其中一个接口与第二再热器14的进油口连接，另外两个接口连通第二出油管道和第三再热器15的进油口。

当多级空气透平工作时，出油电动闸阀23打开，储存在热油罐22中的热油流入第一再热器13、第二再热器14和第三再热器15。空气流量电动阀31打开，储存在恒压储气罐4中气体依次经过第一空气预热器11和第二空气预热器12的预热后进入第一再热器13，气体与第一再热器13内的热油进行热交换，进一步加热后的气体进入首级空气透平5，首级空气透平5膨胀做功后，气体继续进入第二再热器14进行热交换，加热后的气体进入次级空气透平6，次级空气透平6膨胀做功，气体继续进入第三再热器15进行热交换，加热后的气体进入末级空气透平7，末级空气透平7膨胀作功。可以通过第三控制器40设定温度预设值，通过第三温度传感器A 32、第三温度传感器B 33和第三温度传感器C 34测量各再热器出气侧的空气温度，将得到的温度信号与控制器40中的温度预设值进行比较，由偏差信号来调节第三电动三通阀A 25和第三电动三通阀B 26的开度进而分配进入各再热器的高温导热油流量，尽可能提高整个多级空气透平的作功量。

第一再热器13、第二再热器14和第三再热器15的出油口均与第二空气预热器12的进油口连接，第二空气预热器12的出油口与所述导热油冷却器16的进油口连接，所述导热油冷却器16的出油口与冷油罐17的进油口连接。经过热交换的导热油从各再热器中流入第二空气预热器12，将导热油中剩余热量用于对从恒压储气罐4出来的恒压气体进行预热，然后进入导热油冷却器16，通过导热油冷却器16的水冷却，进一步带走导热油中的热量，经过进一步冷却的导热油进入冷油罐17中。冷却水从导热油冷却器16中可获得较大热量，将其出口的循环热水用于区域热网供热，可提高能源利用率。

考虑到利用高品位余电直接加热油罐22时可能造成罐内导热油温度过高，使得末级空气透平7排气携带的热量较大，所以设置空气温度传感器35对气体的温度进行测量。

本实施例还包括第四控制器43，末级空气透平7出气侧安装所述空气温度传感器35和第四电动三通阀36，第四电动三通阀36的一个接口与第一空气预热器11连接，另一接口与末级空气透平7的出气口连接。空气温度传感器35测量从末级空气透平7出气口排出的空气的温度，将该温度与恒压储气罐4的空气温度进行比较，由偏差信号来控制第四电动三通阀36的通路进而决定空气透平7的排气是否进入预热器11，当末级空气透平7排气温度高于恒压储气罐4的空气温度时，末级空气透平7的排气流向第一空气预热器11，以利用该排气中的热量对来自恒压储气罐4的恒压空气进行预热，进一步回收排气中携带的热量；当末级空气透平7排气温度低于恒压储气罐4的空气温度时，将末级空气透平7的排气排入大气。

本实施例中，多级空气透平的轴输出端固定设置有发电功率传感器37，用于读取实时发电功率，并可根据外界用电负荷缺口来调节空气流量电动阀31的开度，从而可以通过控制空气流量大小来调节透平发电量。

本实施例提供的恒压空气储释能系统，系统可以自动适应非稳定性风/光电源波动，在用电低谷期充分利用外界余电：当外界存在余电且多级压气机工作时，空气电动闸阀30保持开启状态使得压缩空气可以进入恒压储气罐4，空气流量电动阀31关闭以防止压缩空气泄露，与此同时，分别安装于热油罐22进油侧和出油侧的进油电动闸阀21和出油电动闸阀23分别保持开启和关闭状态，以使得从各冷却器中流出的导热油能够流入热油罐22和防止热油泄露；当外界存在余电但无法带动压气机稳定工作产生相应压力气体时，余电直接对热油罐22中的导热油进行加热，以热能形式存储于热油罐22。本系统当多级空气透平工作时，上述阀门工作状态则相反。

实施例2：

与实施例1基本相同，所不同的是：本实施例使用实施例1所提供的恒压空气储释能系统进行储能与释能，提供储释能方法。请参考图2，一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能方法，包括：

1)设定恒压储气罐4内气体压力p₀，其可通过调节外界作用力来改变罐内容积或者利用水的静压特性实现恒压储气与释气；

2)根据首级压气机1、次级压气机2和末级压气机3的整体运行特性曲线及恒压储气罐4的压力设定值p₀，确定多级压气机稳定运行的最低转速n_min及对应的喘振临界功率N_surg，保证末级压气机3出口压力大于p₀，并将最低喘振临界功率N_surg存储于第一控制器42中；

3)通过余电功率传感器41实时读取非稳定风/光余电输入功率N_rand，比较余电功率传感器41测得的非稳定风/光余电输入功率N_rand和喘振临界功率N_surg大小；

4)在用电低谷期，当N_rand>N_surg时，控制器42发出指令，外界余电带动压气机工作进行储能，每一级压气机出口的高温空气被来自冷油罐17的冷油冷却后进入下一级压气机继续压缩，最终高压气体进入恒压储气罐4中，第一温度传感器A 27、第一温度传感器B 28和第一温度传感器C 29测量各冷却器出气侧的空气温度，测量得到的温度信号与第一控制器39中的温度预设值进行比较，由偏差信号来调节级后电动三通阀19和级间电动三通阀20的开度进而分配进入各冷却器的冷油流量以提高系统效率；

5)冷油回收压缩热后通过进油电动闸阀21进入热油罐22，电能转换为空气压力势能与压缩热能，分别解耦存储于恒压储气罐4和热油罐22中，冷油泵18为冷油流动提供动力克服管道阻力；

6)在用电低谷期，当N_rand≤N_surg时，电路转换开关38接通电加热回路，系统进入电储热区域，外界余电直接用于加热热油罐22中的导热油，将电能转化为热能储存起来。

7)在用电高峰期，恒压储气罐4中的高压气体通过空气流量电动阀31先后进入各级空气透平膨胀作功，空气透平每一级进口处的空气被来自热油罐22的热油加热，升温后进入下一级透平继续膨胀作功，第三温度传感器A 32、第三温度传感器B 33和第三温度传感器C 34分别测量各再热器出气侧的空气温度，测量得到的温度信号与第三控制器40中的温度预设值进行比较，由偏差信号来调节第三电动三通阀A 25和第三电动三通阀B 26的开度进而分配进入各再热器的热油流量以提高整个多级空气透平的作功量；

8)经过冷却后的热油经过预热器12对空气加热之后进入导热油冷却器16进一步被冷却水带走热量，降温后进入冷油罐17，热油泵22为热油流动提供动力克服管道阻力；

9)通过空气温度传感器35测量末级空气透平7出气侧的空气温度，测量得到的温度信号与恒压储气罐4的空气温度进行比较，由偏差信号来调节第四电动三通阀36的通路，当末级空气透平7排气温度高于恒压储气罐4的空气温度时，末级空气透平7的排气流向预热器11，对恒压空气进行预热；当末级空气透平7排气温度低于恒压储气罐4的空气温度时，末级空气透平7的排气排入大气；

10)通过发电功率传感器读取实时发电功率，并根据外界用电负荷缺口来调节空气流量电动阀31的开度，通过控制空气流量大小来调节透平发电量。

实施例3：

与实施例2基本相同，所不同的是：本实施例提供了系统压气机恒压运行允许工况区域与电储热区域判断示意图，所述方法如图3所示：

步骤一：依据空气透平的设计运行参数选定恒压储气罐的气体压力值p₀。

步骤二：确定变转速叶片式压气机恒压运行允许转速区域[n_min,n_max]。其中，最低运行转速n_min为喘振压力p_surg的函数，并考虑一定的安全裕量，即

其中系数k为大于1的安全裕量，f(p_surg)代表的是喘振压力的函数；最高运行转速n_max为压气机额定转速，即n_max＝n₀；所有转速值经环境温度按

修正，其中n₀、T₀分别为额定转速和设计环境热力学温度，n、T分别为运行转速和运行环境热力学温度。

步骤三：确定变转速压气机恒压运行允许流量区域[G_min,G_max]。其中，最低运行流量G_min为压气机最低运行转速n_min下压比-流量特性曲线对应的喘振流量，即

f(n_min,p)代表压气机最低运行转速和喘振压力的函数；最大运行流量G_max为压气机最高运行转速n_max下压比-流量特性曲线上p₀压力对应的流量，即

f(n_max,p)代表压气机最高转速和储气罐压力的函数。

步骤四：确定允许转速下压气机最小正常运行所需功率。压气机最低稳定启动功率为各允许转速下流量-功率曲线上喘振流量G_surg对应的喘振临界功率N_surg，即

f(n,G)代表压气机转速和喘振流量的函数。由于在实际运行中压气机转速与外界不稳定风/光电源输入功率大小相关，当外界功率足够大时，压气机的工作转速就可相应提高，因此最低功率与转速一一对应，是个动态调整的变量。

步骤五：恒压空气储释能系统运行状态判断。通过比较余电功率传感器41测得的非稳定风/光余电输入功率N_rand和上述的喘振临界功率N_surg大小，确定电路转换开关38的接通回路情况。在用电低谷期，当N_rand>N_surg时，系统进入恒压运行允许区域，外界电源带动压气机工作进行储能；当N_rand≤N_surg时，系统进入电储热区域，外界电源直接用于加热热油罐22中的导热油，将电能转化为热能储存起来。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统，其特征在于，包括电路转换开关（38）、导热油循环回路、电加热回路和空气处理回路，

所述电路转换开关（38）可以对电加热回路和空气处理回路进行转换，

所述导热油循环回路包括热油罐（22）和冷油罐（17），

所述电加热回路设置有温控开关（47），所述温控开关（47）分别与电路转换开关（38）和所述热油罐（22）电连接，

所述空气处理回路包括多级压气机、恒压储气罐（4）和多级空气透平，多级压气机与电路转换开关（38）电连接，多级压气机的各级间均分别设置有级间冷却器以与空气进行热交换，多级压气机的出气侧通过级后冷却器（10）与恒压储气罐（4）的进气侧连通，所述级间冷却器的进油侧和所述级后冷却器（10）的进油侧均与所述冷油罐（17）的出油侧连通，所述级间冷却器的出油侧和所述级后冷却器（10）的出油侧与所述热油罐（22）的进油侧连通，所述多级空气透平的进气侧与所述恒压储气罐（4）的出气侧连通。

2.根据权利要求1所述的一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统，其特征在于，还包括第一控制器（39），

所述级间冷却器的进油侧和所述级后冷却器（10）的进油侧与所述冷油罐（17）的出油侧之间均分别设置有第一电动三通阀，每个所述第一电动三通阀均分别与所述第一控制器（39）信号连接，

每个所述级间冷却器的出气侧和所述级后冷却器（10）的出气侧均分别设置有用于测量空气温度的第一温度传感器，第一温度传感器与第一控制器（39）信号连接。

3.根据权利要求1所述的一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统，其特征在于，冷油罐（17）上设置有冷油温度传感器（48），冷油罐（17）内设置有电加热器（49），电加热器（49）可通过与冷油温度传感器（48）信号连接的加热开关（50）与余电接通以对冷油进行加热。

4.根据权利要求1所述的一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统，其特征在于，所述多级空气透平的各级进口处均分别设置有用于与空气进行热交换的再热器，所述再热器的进油侧均与所述热油罐（22）的出油侧连通，所述再热器的出油侧均与所述冷油罐（17）的进油侧连通，所述热油罐（22）的进油侧还设置有进油电动闸阀（21），出油侧设置有出油电动闸阀（23）。

5.根据权利要求4所述的一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统，其特征在于，还包括第二空气预热器（12），

所述再热器的出油侧与所述冷油罐（17）的进油侧通过所述第二空气预热器（12）连通，所述第二空气预热器（12）的进油侧与所述再热器的出油侧均连通，所述第二空气预热器（12）的出油侧与所述冷油罐（17）的进油侧连通，且

第二空气预热器（12）的进气侧与所述恒压储气罐（4）的出气侧连通，出气侧与所述多级空气透平的进气侧连通。

6.根据权利要求4所述的一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统，其特征在于，还包括第三控制器（40），

每个所述再热器的出气侧均分别设置有第三温度传感器，第三温度传感器与所述第三控制器（40）信号连接，所述再热器的进油侧与与所述热油罐（22）的出油侧之间设置有第三电动三通阀，所述第三控制器（40）控制所述第三电动三通阀的开度。

7.根据权利要求1所述的一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统，其特征在于，所述多级空气透平的进气侧与所述恒压储气罐（4）的出气侧之间设置有第一空气预热器（11）。

8.根据权利要求7所述的一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统，其特征在于，在多级空气透平的末级空气透平（7）的空气出口侧设置有空气温度传感器（35）和第四电动三通阀（36），所述第四电动三通阀（36）与所述第一空气预热器（11）连接。

9.根据权利要求1所述的一种适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统，其特征在于，还包括用于控制空气流量的空气流量电动阀（31）和用于测量实时发电功率的发电功率传感器（37），发电功率传感器（37）设置在多级空气透平的输出轴上，空气流量电动阀（31）设置在所述多级空气透平的进气侧与所述恒压储气罐（4）的出气侧之间。

10.一种采用权利要求1-9所述的适应非稳定性电源侧的恒压空气储释能系统的储释能方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定恒压储气罐（4）内的气体压力p ₀；

根据多级压气机整体运行特性曲线及恒压储气罐（4）的压力设定值p ₀，确定多级压气机稳定运行的最低转速n _min及对应的喘振临界功率N _surg，保证多级压气机中的末级压气机出口压力大于p ₀；

测量得到余电的输入功率N _rand；

在用电低谷期，当N _rand>N _surg时，电路转换开关（38）接通空气处理回路，外界余电带动多级压气机工作进行储能，每一级压气机出口的高温空气被来自冷油罐（17）的冷油冷却后进入下一级压气机继续压缩，最终高压气体进入恒压储气罐（4）中，将第一温度传感器测量得到的温度信号与控制器（39）中的温度预设值进行比较，由偏差信号来调节第一三通阀开度进而分配进入各级间冷却器和级后冷却器（10）的冷油流量；

冷油回收压缩热后进入热油罐（22）；

在用电低谷期，当N _rand≤N _surg时，电路转换开关（38）接通电加热回路，外界余电直接用于加热热油罐（22）中的导热油；

在用电高峰期，恒压储气罐（4）中的高压气体进入多级空气透平膨胀作功，多级空气透平中每一级进口处的空气被来自热油罐（22）的高温导热油加热，升温后进入下一级空气透平继续膨胀作功，将第三温度传感器测量得到的温度信号与第三控制器（40）中的温度预设值进行比较，由偏差信号来调节第三电动三通阀的开度进而分配进入各再热器的高温导热油流量；

各再热器内的高温导热油中的热量加热空气后，高温导热油冷却，经过冷却后的高温导热油经过第二预热器（12）对空气加热带走部分热量之后进入冷油罐（17）；

将空气温度传感器（35）测量得到的温度信号与恒压储气罐（4）的空气温度进行比较，由偏差信号来选择第四电动三通阀（36）的通路，当多级空气透平中的末级空气透平（7）的排气温度高于恒压储气罐（4）的空气温度时，末级空气透平（7）的排气流向第一空气预热器（11），对恒压空气进行预热；当末级空气透平（7）排气温度低于恒压储气罐（4）的空气温度时，末级空气透平（7）的排气排入大气。