CN112360726A - 一种分层布置的压缩空气储能实验平台及操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分层布置的压缩空气储能实验平台及操作方法，所述实验平台为三层式结构；空气压缩机、电动机、高压储气罐、空气透平、发电机及操作监控箱布置在顶层；电气控制板、工业计算机、逆止阀、三通阀、调节阀及相关管道布置在中间层；高压储气罐布置在底层；解决了现有技术压缩空气储能实验平台采用平层布置，占地大，系统复杂，而且试验功能不全面等技术问题。

Description

一种分层布置的压缩空气储能实验平台及操作方法
技术领域
本发明属于压缩空气储能技术领域，尤其涉及一种分层布置的压缩空气储能实验平台及操作方法。
背景技术
随着电力事业的迅速发展，在传统能源的基础上大规模的新能源并入电网，而新能源发电的间隙性和波动性需要配备大量储能进行平抑，保证新能源的消纳。压缩空气储能有着容量大、污染小、寿命长等特点，是最具有发展空间的储能类型之一。
压缩空气储能系统在用电的低谷利用压缩机把空气加压到较高的压力后经过冷却存储到空气储罐中消耗电能，在用电高峰把储罐中的空气加热到一定温度后送入空气膨胀机发电向电网提供电能。压缩空气储能系统相对与其它储能技术具有机组容量大、单位功率投资低、设计寿命长等特点具有巨大的发展潜力。
目前压缩空气储能的研究还处于起步阶段，许多热力系统特点、过程控制、与电网耦合等特性还需进一步掌握；同时，压缩空气储能作为一种新型的储能形式，需要开展培训，让更多人了解其储能和释能的特点和工作流程；而现有实验平台采用平层布置，占地大，系统复杂，而且试验功能不全面。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种分层布置的压缩空气储能实验平台及操作方法，以解决现有技术压缩空气储能实验平台采用平层布置，占地大，系统复杂，而且试验功能不全面等技术问题。
本发明的技术方案是：
一种分层布置的压缩空气储能实验平台，所述实验平台为三层式结构；空气压缩机、电动机、高压储气罐、空气透平、发电机及操作监控箱布置在顶层；电气控制板、工业计算机、逆止阀、三通阀、调节阀及相关管道布置在中间层；高压储气罐布置在底层。
空气压缩机、电动机、高压储气罐、空气透平和发电机上罩有防护罩；防护罩为透明色。
所述电动机与空气压缩机通过皮带相连，空气透平与发电机通过皮带或轴相连；空气压缩机进口与大气相连，空气压缩机出口通过管道与逆止阀相连，逆止阀与高压储气罐和调节阀通过三通阀管道相连，调节阀与空气透平进口通过管道相连，空气透平出口与大气相连；所述管道和阀门最高工作压力为20MPa。
高压储气罐采用车载式储气罐，内胆为铝合金，外表面采用碳纤维全缠绕；所述电气控制板包括接线端子排、电源开关、开关量采集卡、模拟量采集卡和继电器。
空气压缩机采用往复活塞式空气压缩机，电动机采用三相感应电动机。
空气透平采用单级结构，轴承采用固体润滑；发电机为同步交流三相发电机，采用自励恒压励磁方式。
它包括启动储能过程和停止储能过程；所述启动储能过程的方法为：启动电动机驱动空气压缩机运转，将常温常压的空气进行绝热压缩产生高温高压的空气；关闭调节阀，高压空气通过逆止阀及三通阀进入高压储气罐内存储；所述停止储能过程的方法为：停运电动机及空气压缩机，逆止阀保证空气压缩机停运时高压空气不会从高压储气罐向空气压缩机流出。
它包括启动释能过程和停运释能过程，所述启动释能过程的方法为：开启调节阀，高压气体自高压储气罐通过高压三通和调节阀进入空气透平进行绝热膨胀，输出机械能驱动发电机发电；所述停运释能过程的方法为：关闭调节阀，空气透平和发电机停止运行。
它包括监控箱启动和停运操作，操作监控箱实现启动和停运电动机、系统紧急停运及发电机并网功能；操作监控箱启动和停运电动机有“远方及就地”切换开关，实现操作监控箱就地控制和远方计算机控制；调节阀为电动控制，就地阀门手动控制和远方计算机控制。
所述操作监控箱具有高压储气罐压力表、调节阀前压力表、调节阀后压力表、空气透平转速表、电动机综合电力仪和发电机综合电力仪；电动机综合电力仪包含三相电流、电压、耗电有功功率、功率因素、总耗电有功功率及频率测量功能；发电机综合电力仪包含三相电流、电压、发电有功功率和功率因素、总发电有功功率及频率测量功能。
本发明有益效果：
本发明构建了分层布置压缩空气储能实验平台系统，结构紧凑，占地小，功能齐全，能够开展压缩空气储能、释能全过程实验，并能够起到培训和科普的作用。
本发明平台分三层，顶层布置空气压缩机及电动机，空气透平及发电机，操作监控箱，防护罩。中间层布置电气控制板和工业计算机，逆止阀、三通阀、调节阀及相关管道。底层布置高压储气罐。
本发明优点：
系统紧凑简单
采用三通阀连接压缩储能系统和膨胀释能系统，空气透平膨采用单级结构，轴承采用固体润滑。
可实现就地和远方控制
操作监控箱实现启动/停运电动机、系统紧急停运、发电机并网功能。操作监控箱启动/停运电动机有“远方/就地”切换开关，可实现操作监控箱就地控制和远方计算机控制。调节阀为电动控制，可以就地阀门手动控制和远方计算机控制。
监测仪表齐全，便于记录实验参数
有高压储气罐压力表，调节阀前压力表，调节阀后压力表，空气透平转速表，电动机综合电力仪和发电机综合电力仪。电动机综合电力仪包含三相电流、电压、耗电有功功率、功率因素，总耗电有功功率及频率。发电机综合电力仪包含三相电流、电压、发电有功功率和功率因素，总发电有功功率及频率。
安全性高
采用防护罩罩住空气压缩机及电动机、空气透平及发电机，为透明色，便于观察设备运行状况。
实验工况范围大
所有管道和阀门最高工作压力为20MPa，可以开展压力为0～20MPa之间的实验。
解决了现有技术压缩空气储能实验平台采用平层布置，占地大，系统复杂，而且试验功能不全面等技术问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
本发明(见图1)包括空气压缩机及电动机，高压储气罐，空气透平及发电机，操作监控箱。平台分三层，顶层布置空气压缩机及电动机，空气透平及发电机，操作监控箱，防护罩；中间层布置电气控制板和工业计算机，逆止阀、三通阀、调节阀及相关管道；底层布置高压储气罐。
本发明电动机与空气压缩机通过皮带相连，空气透平与发电机通过皮带或轴相连。空气压缩机进口与大气相连，出口通过管道与逆止阀相连，逆止阀与高压储气罐、调节阀通过三通阀管道相连，调节阀与空气透平进口通过管道相连，空气透平出口与大气相连。
启动储能过程为：启动电动机，驱动空气压缩机运转，将常温常压的空气进行绝热压缩，产生高温高压的空气，关闭调节阀，高压空气通过逆止阀及三通阀进入高压储气罐内存储。停止储能过程为：停运电动机及空气压缩机。逆止阀的作用是保证空气压缩机停运时高压空气不会从高压储气罐向空气压缩机流出。
启动释能过程为：开启调节阀，高压气体自高压储气罐通过高压三通和调节阀进入空气透平，进行绝热膨胀，输出机械能驱动发电机发电。停运释能过程为：关闭调节阀，空气透平和发电机停止运行。
操作监控箱实现启动/停运电动机、系统紧急停运、发电机并网功能。操作监控箱启动/停运电动机有“远方/就地”切换开关，可实现操作监控箱就地控制和远方计算机控制。调节阀为电动控制，可以就地阀门手动控制和远方计算机控制。
操作监控箱具有高压储气罐压力表，调节阀前压力表，调节阀后压力表，空气透平转速表，电动机综合电力仪和发电机综合电力仪。电动机综合电力仪包含三相电流、电压、耗电有功功率、功率因素，总耗电有功功率及频率。发电机综合电力仪包含三相电流、电压、发电有功功率和功率因素，总发电有功功率及频率。
防护罩罩住空气压缩机及电动机、空气透平及发电机，为透明色，便于观察设备运行状况。
电气控制板包括接线端子排、电源开关、开关量采集卡、模拟量采集卡、继电器。
所有管道和阀门最高工作压力为20MPa。
工业计算机实现监控运行控制参数、控制调节阀开度、启动/停运电动机功能。
高压储气罐采用车载式储气罐，内胆为铝合金，外表面采用碳纤维全缠绕。
空气压缩机采用往复活塞式，电动机采用三相感应电动机。
空气透平膨采用单级结构，轴承采用固体润滑。发电机为同步交流三相发电机，采用自励恒压励磁方式。
本发明优点：
1)采用分层布置
平台分三层，顶层布置空气压缩机及电动机，空气透平及发电机，操作监控箱，防护罩。中间层布置电气控制板和工业计算机，逆止阀、三通阀、调节阀及相关管道。底层布置高压储气罐。
2)系统紧凑简单
采用三通阀连接压缩储能系统和膨胀释能系统，空气透平膨采用单级结构，轴承采用固体润滑。
3)可实现就地和远方控制
操作监控箱实现启动/停运电动机、系统紧急停运、发电机并网功能。操作监控箱启动/停运电动机有“远方/就地”切换开关，可实现操作监控箱就地控制和远方计算机控制。调节阀为电动控制，可以就地阀门手动控制和远方计算机控制。
4)监测仪表齐全，便于记录实验参数
有高压储气罐压力表，调节阀前压力表，调节阀后压力表，空气透平转速表，电动机综合电力仪和发电机综合电力仪。电动机综合电力仪包含三相电流、电压、耗电有功功率、功率因素，总耗电有功功率及频率。发电机综合电力仪包含三相电流、电压、发电有功功率和功率因素，总发电有功功率及频率。
5)安全性高
采用防护罩罩住空气压缩机及电动机、空气透平及发电机，为透明色，便于观察设备运行状况。
6)实验工况范围大
所有管道和阀门最高工作压力为20MPa，可以开展压力为0～20MPa之间的实验。
调节阀为电动控制，可以就地阀门手动控制和远方计算机控制。型号为382LSA-20直行程智能式电动执行器。
所有管道和阀门最高工作压力为20MPa。
工业计算机实现监控运行控制参数、控制调节阀开度、启动/停运电动机功能。运行控制参数及单位为：
电动机 发电机
气源压力(MPa) 储能A相电压(V) 释能A相电压(V)
气源温度(℃) 储能B相电压(V) 释能B相电压(V)
减压器后温度(℃) 储能C相电压(V) 释能C相电压(V)
减压器后压力(MPa) 储能AB电压(V) 释能AB电压(V)
膨胀机进气流量(Nm3/min) 储能BC电压(V) 释能BC电压(V)
膨胀机进气温度(℃) 储能CA电压(V) 释能CA电压(V)
膨胀机进气压力(MPa) 储能A相电流(A) 释能A相电流(A)
膨胀机转速(r/min) 储能B相电流(A) 释能B相电流(A)
调速阀开度(％) 储能C相电流(A) 释能C相电流(A)
储能A相有功(kW) 释能A相有功(kW)
储能B相有功(kW) 释能B相有功(kW)
储能C相有功(kW) 释能C相有功(kW)
储能总相有功(kW) 释能总相有功(kW)
储能A相功率因数 释能A相功率因数
储能B相功率因数 释能B相功率因数
储能C相功率因数 释能C相功率因数
储能电频率(Hz) 释能电频率(Hz)
高压储气罐采用车载式储气罐，内胆为铝合金，外表面采用碳纤维全缠绕。
空气压缩机采用往复活塞式，型号为RZX100/GT，出口压力额定20MPa。电动机采用三相感应电动机，型号为YE2-112M-6。
空气透平膨采用单级结构，轴承采用固体润滑，型号为E15H022A。发电机为同步交流三相发电机，采用自励恒压励磁方式，型号为NE-1。

Claims (10)

1.一种分层布置的压缩空气储能实验平台，其特征在于：所述实验平台为三层式结构；空气压缩机、电动机、高压储气罐、空气透平、发电机及操作监控箱布置在顶层；电气控制板、工业计算机、逆止阀、三通阀、调节阀及相关管道布置在中间层；高压储气罐布置在底层。
2.根据权利要求1所述的一种分层布置的压缩空气储能实验平台，其特征在于：空气压缩机、电动机、高压储气罐、空气透平和发电机上罩有防护罩；防护罩为透明色。
3.根据权利要求1所述的一种分层布置的压缩空气储能实验平台，其特征在于：所述电动机与空气压缩机通过皮带相连，空气透平与发电机通过皮带或轴相连；空气压缩机进口与大气相连，空气压缩机出口通过管道与逆止阀相连，逆止阀与高压储气罐和调节阀通过三通阀管道相连，调节阀与空气透平进口通过管道相连，空气透平出口与大气相连；所述管道和阀门最高工作压力为20MPa。
4.根据权利要求1所述的一种分层布置的压缩空气储能实验平台，其特征在于：高压储气罐采用车载式储气罐，内胆为铝合金，外表面采用碳纤维全缠绕；所述电气控制板包括接线端子排、电源开关、开关量采集卡、模拟量采集卡和继电器。
5.根据权利要求1所述的一种分层布置的压缩空气储能实验平台，其特征在于：空气压缩机采用往复活塞式空气压缩机，电动机采用三相感应电动机。
6.根据权利要求1所述的一种分层布置的压缩空气储能实验平台，其特征在于：空气透平采用单级结构，轴承采用固体润滑；发电机为同步交流三相发电机，采用自励恒压励磁方式。
7.如权利要求1所述的一种分层布置的压缩空气储能实验平台的操作方法，其特征在于：它包括启动储能过程和停止储能过程；所述启动储能过程的方法为：启动电动机驱动空气压缩机运转，将常温常压的空气进行绝热压缩产生高温高压的空气；关闭调节阀，高压空气通过逆止阀及三通阀进入高压储气罐内存储；所述停止储能过程的方法为：停运电动机及空气压缩机，逆止阀保证空气压缩机停运时高压空气不会从高压储气罐向空气压缩机流出。
8.如权利要求1所述的一种分层布置的压缩空气储能实验平台的操作方法，其特征在于：它包括启动释能过程和停运释能过程，所述启动释能过程的方法为：开启调节阀，高压气体自高压储气罐通过高压三通和调节阀进入空气透平进行绝热膨胀，输出机械能驱动发电机发电；所述停运释能过程的方法为：关闭调节阀，空气透平和发电机停止运行。
9.如权利要求1所述的一种分层布置的压缩空气储能实验平台的操作方法，其特征在于：它包括监控箱启动和停运操作，操作监控箱实现启动和停运电动机、系统紧急停运及发电机并网功能；操作监控箱启动和停运电动机有“远方及就地”切换开关，实现操作监控箱就地控制和远方计算机控制；调节阀为电动控制，就地阀门手动控制和远方计算机控制。
10.如权利要求9所述的一种分层布置的压缩空气储能实验平台的操作方法，其特征在于：所述操作监控箱具有高压储气罐压力表、调节阀前压力表、调节阀后压力表、空气透平转速表、电动机综合电力仪和发电机综合电力仪；电动机综合电力仪包含三相电流、电压、耗电有功功率、功率因素、总耗电有功功率及频率测量功能；发电机综合电力仪包含三相电流、电压、发电有功功率和功率因素、总发电有功功率及频率测量功能。
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