CN112855495A - 一种液体驱动超高压压缩空气储能系统及其方法 - Google Patents

一种液体驱动超高压压缩空气储能系统及其方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112855495A
CN112855495A CN202110077220.4A CN202110077220A CN112855495A CN 112855495 A CN112855495 A CN 112855495A CN 202110077220 A CN202110077220 A CN 202110077220A CN 112855495 A CN112855495 A CN 112855495A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
liquid
air
low
pressure air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110077220.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112855495B (zh
Inventor
许未晴
胡昱
石岩
杜丙同
李晶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Aisuo Energy Technology Co ltd
Beihang University
Original Assignee
Shandong Aisuo Energy Technology Co ltd
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Aisuo Energy Technology Co ltd, Beihang University filed Critical Shandong Aisuo Energy Technology Co ltd
Priority to CN202110077220.4A priority Critical patent/CN112855495B/zh
Publication of CN112855495A publication Critical patent/CN112855495A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112855495B publication Critical patent/CN112855495B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/10—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
    • F04B37/12—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use to obtain high pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/0005—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons
    • F04B39/0011—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons liquid pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
    • F04B41/02—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids having reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
    • F04B41/06—Combinations of two or more pumps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Abstract

本发明公开了一种液体驱动超高压压缩空气储能系统及其方法，将电能以
Figure DDA0002908024650000011
能的形式储存于超高压空气，压缩空气储存压力高于25MPa。空气工作在低压和高压两种状态，空气工作在低压时，采用螺杆式、离心式和轴流式等非往复式结构的工业用压缩机和膨胀机，空气工作在高压时，采用液压泵和液压马达对空气增压和减压，采用由传热层，隔离层和传动层组成的液体活塞结构解决超高空气密封和散热问题，实现超高压压缩空气储能，提高储能密度，降低存储成本。

Description

一种液体驱动超高压压缩空气储能系统及其方法
技术领域
本发明涉及储能技术领域，更具体地说是涉及一种液体驱动超高压压缩空气储能系统及其方法。
背景技术
随着可再生能源技术的发展，其普及程度将达到前所未有的高水平，而如何更好的与电力市场相匹配就成了重中之重。可再生能源发电在电网传输电力中的占比不断提高，并网的成本对其总成本的影响不断增大。
目前，我国主要采用煤、油和天然气发电，火电可调节供需平衡。未来，火电装机容量的比重呈逐年下降趋势，且长期保持，我国火电发电量占比将持续下降，将不满足调峰调频的需求，因此，储能是解决电力供需平衡的必经之路。
电池储能响应快、功率大和效率高等优点，适用于短周期小规模储能，但随着可再生能源发电比例的增长，长周期和大容量储能的需求也显著增加。例如，Hornsdale风电场电池的成本约占风电场成本的15％，仅满足储能80分钟。典型的风电场需要约50小时储能，电池储能成本相当于风电场成本的40倍。
压缩空气储能是一种大容量储能技术，由于环境友好(无重金属污染)，使用寿命长(40-50年，电池<20年)的优点，已在少数地区(具有天然地下洞穴)实现商业化应用。但仍未大规模应用，其瓶颈在于：储能密度低，依赖于天然洞穴储存压缩空气，人工建造压力容器体积大、成本高。
传统工业化生产的高压气罐储存压力约25MPa，应用于氧气、氮气和天然气的小规模储存。在氢能源技术发展的推动下，目前高压储氢罐的压力已达90MPa，更高的储存压力和更大的储存规模是未来氢能源技术的必然趋势。在氢能源巨大需求的驱动下，高压储存材料技术将不断进步，同时，储氢罐的大规模工业化生产，将降低高压储罐的成本。
在未来，将储氢罐应用于高压空气储能，成本将低于电池储能，储存体积将接近电池。因此，高压空气储能将在长周期和大容量储能的应用中替代电池，成为主要的储能手段之一。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种液体驱动超高压压缩空气储能系统及其方法，以提高空气的储存压力，降低压缩空气储能的成本和提高储能效率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种液体驱动超高压压缩空气储能系统，由低压空压机(2a)、低压膨胀机(2b)、液体活塞高压子系统(5)和高压储气罐(6)组成，低压空压机(2a)与低压膨胀机(2b)并联后与液体活塞高压子系统(5)、高压储气罐(6)串联；
所述的低压空压机(2a)和低压膨胀机(2b)，采用螺杆式、离心式和轴流式等非往复式结构；
所述的液体活塞高压子系统(5)，由结构相同且并联连接的液体活塞(7)与(8)组成，导向阀(9)和导向阀(10)连接在液体活塞(7)与液体活塞(8)之间的管道上，换向阀(11)的一侧连接液压泵(12a)和液压马达(12b)，另一侧连接液体活塞(7)和(8)；
所述的液体活塞(7)由传热层(7a)，隔离层(7b)，传动层(7c)和缸体(7d)组成。隔离层(7b)采用空心结构浮于传热层(7a)与传动层(7c)之间，将两层液体隔开，减小缸体(7d)内空气向传动层(7c)的溶解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明提出的一种液体驱动超高压压缩空气储能系统原理图；
图2是本发明提出的液体活塞高压子系统的原理图；
图3是本发明蓄能过程空气和液体活塞的运动方向图；
图4是本发明释能过程空气和液体活塞的运动方向图；
图5是本发明二级压缩和膨胀系统原理图；
图6是本发明多级压缩和膨胀系统原理图。
图中：
1-大气；2a-低压压缩机；2b-低压膨胀机；3-导流阀；4-导流阀；5-液体活塞高压子系统；6-高压储气罐；7-液体活塞；7a-传热层；7b-隔离层；7c-传动层；8-液体活塞；8a-传热层；8b-隔离层；8c-传动层；9-导流阀；10a-截止阀；10b-截止阀；11-换向阀；12a-液压泵；12b-液压马达。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本发明实施例公开了一种液体驱动超高压压缩空气储能系统，由低压空压机(2a)、低压膨胀机(2b)、液体活塞高压子系统(5)和高压储气罐(6)组成。包括以下过程：低压压缩过程、气液增压过程、气液膨胀过程和低压膨胀过程；
蓄能时，空气经所述的低压压缩过程和所述的气液增压过程，将能量储存后，进入高压储气罐(6)；
所述的低压压缩过程：大气(1)吸入低压压缩机(2a),空气压缩后得到低压空气排出；
所述的气液增压过程：低压空气经导向阀(9)充入缸体(8d)，推动缸体(8d)中的液体排出，经换向阀(11)，驱动液压马达(12b)转动，传动层(8c)液体排出后，导向阀(9)和换向阀(11)切换，液压泵(12a)将液体注入缸体(8d)，对缸体(8d)中空气增压，增压后空气温度上升，高压空气与传热层(8a)接触，压缩热传递至传热层(8a)，传热层(8a)在缸体(8d)内流动，压缩热以对流换热传递至缸体(8d)，缸体(8d)向环境散热,截止阀(10b)打开，高压空气充入高压储气罐(6)，液体活塞(7)与(8)交替工作对低压空气增压，高压空气连续的充入高压储气罐(6)；
释能时，高压储气罐(6)中的高压空气排出，经所述的气液膨胀过程和所述的低压膨胀过程，将储存的能量释放；
所述的气液膨胀过程：高压空气从高压储气罐(6)排出，经截止阀(10b)充入缸体(8d),推动缸体(8d)中的液体排出，经换向阀(11)，驱动液压马达(12b)转动，进气后，截止阀(10b)关闭，空气膨胀压力降低，低压空气与传热层(8a)接触，从传热层(8a)吸热，传热层(8a)在缸体(8d)内流动，以对流换热从缸体(8d)吸热，环境空气对缸体(8d)补热，传动层(8d)液体排出后，导向阀(9)和换向阀(11)切换，液压泵(12a)将液体注入缸体(8d)，低压空气经导向阀(9)排出，液体活塞(7)与(8)交替工作，高压空气膨胀驱动液压马达(12b)将高压空气中储存的能量释放，空气减压后连续的排出；
所述的低压膨胀过程：低压空气驱动低压膨胀机(2b)将低压空气中储存的能量释放，空气膨胀后得到常压空气排出；
所述的压缩空气储能系统仅是本发明公布的高压空气储存装置的一种应用情况。所述的压缩空气储能系统仅采用单级压缩和单级膨胀，但容易组合得到多级压缩和膨胀系统。图5和图6是本发明应用于多级压缩和膨胀情况的系统原理图。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种液体驱动超高压压缩空气储能系统，其特征在于，包含低压空压机、低压膨胀机、液体活塞高压子系统和高压储气罐，低压空压机与低压膨胀机并联后与液体活塞高压子系统、高压储气罐串联；
所述的液体活塞高压子系统，由结构相同且并联连接的液体活塞(7)与(8)组成，导向阀(9)和导向阀(10)连接在液体活塞(7)与液体活塞(8)之间的管道上，换向阀(11)的一侧连接液压泵(12a)和液压马达(12b)，另一侧连接液体活塞(7)和(8)；
所述的液体活塞由传热层，隔离层，传动层和缸体组成。隔离层采用空心结构浮于传热层与传动层之间，将两层液体隔开，减小缸体内空气向传动层的溶解。
2.权利要求1所述的一种液体驱动超高压压缩空气储能系统，其特征在于，所述的低压空压机和低压膨胀机，采用螺杆式、离心式和轴流式等非往复式结构。
3.一种液体驱动超高压压缩空气储能方法，其特征在于，包括低压压缩过程、气液增压过程、气液膨胀过程和低压膨胀过程；
蓄能时，空气经所述的低压压缩过程和所述的气液增压过程，将能量储存后，进入高压储气罐；
所述的低压压缩过程：大气吸入低压压缩机,空气压缩后得到低压空气排出；
所述的气液增压过程：液压泵将液体注入充有低压空气的缸体，对缸体中空气增压；
释能时，高压储气罐中的高压空气排出，经所述的气液膨胀过程和所述的低压膨胀过程，将储存的能量释放；
所述的气液膨胀过程：高压空气膨胀将缸体中的液体排出，驱动液压马达高压空气中储存的能量释放；
所述的低压膨胀过程：低压空气驱动低压膨胀机将低压空气中储存的能量释放，空气膨胀后得到常压空气排出。
CN202110077220.4A 2021-01-20 2021-01-20 一种液体驱动超高压压缩空气储能系统及其方法 Active CN112855495B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110077220.4A CN112855495B (zh) 2021-01-20 2021-01-20 一种液体驱动超高压压缩空气储能系统及其方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110077220.4A CN112855495B (zh) 2021-01-20 2021-01-20 一种液体驱动超高压压缩空气储能系统及其方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112855495A true CN112855495A (zh) 2021-05-28
CN112855495B CN112855495B (zh) 2021-11-05

Family

ID=76008114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110077220.4A Active CN112855495B (zh) 2021-01-20 2021-01-20 一种液体驱动超高压压缩空气储能系统及其方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112855495B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2806414C1 (ru) * 2022-12-31 2023-10-31 Алексей Сергеевич Бурлаков Компрессор

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU675792B2 (en) * 1992-05-29 1997-02-20 Innogy Plc A gas compressor
US20100326069A1 (en) * 2009-06-29 2010-12-30 Lightsail Energy Inc. Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange
GB2487790A (en) * 2011-02-07 2012-08-08 Re Hydrogen Ltd Gas compressor using liquid
EP2489840A1 (de) * 2010-12-08 2012-08-22 Ago Ag Energie + Anlagen Energiespeicher und Verfahren zu dessen Betrieb
CN104121049A (zh) * 2013-04-28 2014-10-29 中国科学院工程热物理研究所 压缩空气电力储能系统
CN105888742A (zh) * 2016-06-02 2016-08-24 成都深冷液化设备股份有限公司 一种高效液空储能/释能系统
CN108590790A (zh) * 2018-04-16 2018-09-28 华北电力大学 液化气体储能发电装置及其储能发电方法
CN207999295U (zh) * 2017-11-09 2018-10-23 浙江大学 一种压缩空气电力储能系统
CN111550293A (zh) * 2020-04-20 2020-08-18 西安交通大学 高效变工况压缩气体释能系统及方法
CN111550389A (zh) * 2020-04-23 2020-08-18 北京航空航天大学 一种工业压缩空气储能系统及其储能方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU675792B2 (en) * 1992-05-29 1997-02-20 Innogy Plc A gas compressor
US20100326069A1 (en) * 2009-06-29 2010-12-30 Lightsail Energy Inc. Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange
EP2489840A1 (de) * 2010-12-08 2012-08-22 Ago Ag Energie + Anlagen Energiespeicher und Verfahren zu dessen Betrieb
GB2487790A (en) * 2011-02-07 2012-08-08 Re Hydrogen Ltd Gas compressor using liquid
CN104121049A (zh) * 2013-04-28 2014-10-29 中国科学院工程热物理研究所 压缩空气电力储能系统
CN105888742A (zh) * 2016-06-02 2016-08-24 成都深冷液化设备股份有限公司 一种高效液空储能/释能系统
CN207999295U (zh) * 2017-11-09 2018-10-23 浙江大学 一种压缩空气电力储能系统
CN108590790A (zh) * 2018-04-16 2018-09-28 华北电力大学 液化气体储能发电装置及其储能发电方法
CN111550293A (zh) * 2020-04-20 2020-08-18 西安交通大学 高效变工况压缩气体释能系统及方法
CN111550389A (zh) * 2020-04-23 2020-08-18 北京航空航天大学 一种工业压缩空气储能系统及其储能方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2806414C1 (ru) * 2022-12-31 2023-10-31 Алексей Сергеевич Бурлаков Компрессор

Also Published As

Publication number Publication date
CN112855495B (zh) 2021-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109026241B (zh) 一种热泵压缩空气储能系统
Guo et al. Thermodynamic characteristics of a novel supercritical compressed air energy storage system
CN105043147B (zh) 一种采用液态蓄冷工质的液化压缩空气储能系统
CN106321343B (zh) 基于液体温度控制的等温压缩空气储能发电系统及其方法
CN107489467B (zh) 压缩空气抽水储能系统
CN203257492U (zh) 压缩空气电力储能系统
US9249811B2 (en) Compressed air energy storage system and method
CN108895017B (zh) 一种多级恒压压缩空气储能装置
CN210977616U (zh) 一种超临界压缩空气储能系统
CN112901459B (zh) 一种与深冷空分装置耦合集成的压缩空气储能系统
CN216381532U (zh) 一种压缩空气储能系统
CN102352777B (zh) 可逆单螺杆压缩膨胀机储能发电系统和储能发电方法
CN110578666A (zh) 一种水力恒压式双效压缩空气储能系统
CN114792826A (zh) 一种利用高压氢气的空气增压系统和方法
CN115163235A (zh) 一种恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能系统及方法
CN114221360A (zh) 回热式热泵的储能方法及回热式热泵储能系统
CN114033517A (zh) 一种基于二氧化碳压缩储能的地热发电和冷热供应系统及运行方法
CN202117718U (zh) 一种等温等压压缩空气储能系统
CN112855495B (zh) 一种液体驱动超高压压缩空气储能系统及其方法
CN114352373A (zh) 回热式储能发电方法及其发电系统
CN113389713A (zh) 一种增压型压缩空气储能系统
CN112780363A (zh) 一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统及方法
CN116412104A (zh) 一种滑压分流式压缩空气储能系统及方法
CN106677850A (zh) 利用环境热能对外做功的装置
CN111535886B (zh) 一种多能联合的压力恒定的发电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant