CN113062847A - 多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统的储能及方法，它包括填充蓄热装置、蓄热回路、释热回路、储气回路、光热回路、供暖回路和供冷回路，通过蓄热回路和释热回路分别与填充蓄热装置连接，蓄热回路的蓄热换热器和释热回路的释热换热器分别与储气回路连接，光热回路与蓄热回路连接，供暖回路与释热回路和光热回路连接，供冷回路与填充蓄热装置和光热回路连接，光热回路对蓄热回路和释热回路加热。本发明克服了原系统不能满足综合功能，储能过程中温度达不到要求时降低做功效率导致系统不稳定的问题。具有结构简单，同时满足多种综合功能，提升系统稳定做功性能和效率，实现连续供热和供冷的特点。

Description

多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统及方法
技术领域
本发明属于储能技术领域，涉及一种多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统及方法。
背景技术
压缩空气储能系统中因为在释能过程中，通过空气透平进行发电，在此过程中能够利用高压空气膨胀降温产生冷能提供给用户，同时在压缩热回收的蓄热子系统中，除了利用回收热加热释能时的高压空气，还可以为用户提供生活用水及供暖。专利CN109826708 A 中提出了一种先进分布式多联供的压缩空气储能系统及应用方法，里面涉及了电力输出、供冷、供热等模块，虽然满足了用户不同季节负荷需求，但是采用的是补燃式，不是完全零污染。同样专利CN 107299891 B 中为一种先进多能互补的冷热电联供压缩空气储能系统及应用方法，提出了回收压缩机热和太阳能集热装置提供热量，但也采用的为补燃式路线。专利CN 107939654 B 提出了一种冷-热-电联供压缩空气储能系统，采用的为非补燃式路线，同时满足冷、热、电不同需求的供应，但是在蓄热系统还有进一步优化空间。
上述技术方案不能同时满足电力输出、供冷、供暖、供气等综合功能，在储能过程中一旦温度达不到做功温度，则透平效率降低，系统不稳定；其次不能连续供热和供冷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统及方法，结构简单，采用蓄热回路和释热回路分别与填充蓄热装置连接，蓄热回路的蓄热换热器和释热回路的释热换热器分别与储气回路连接，光热回路与蓄热回路连接，供暖回路与释热回路和光热回路连接，供冷回路与填充蓄热装置和光热回路连接，光热回路对蓄热回路和释热回路加热，同时满足多种综合功能，提升系统稳定做功性能和效率，实现连续供热和供冷。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统，它包括填充蓄热装置、蓄热回路、释热回路、储气回路、光热回路、供暖回路和供冷回路；所述蓄热回路和释热回路分别与填充蓄热装置连接，蓄热回路的蓄热换热器和释热回路的释热换热器分别与储气回路连接，光热回路与蓄热回路连接，供暖回路与释热回路和光热回路连接，供冷回路与填充蓄热装置和光热回路连接；光热回路对蓄热回路和释热回路加热。
所述填充蓄热装置包括与填充床排液端连通的储液罐，蓄热回路和释热回路与填充床和储液罐连通；稳压系统与填充床的进液端连接。
所述蓄热回路包括与蓄热管路串联的蓄热换热器和低温屏蔽泵。
所述蓄热换热器和释热换热器分别与压缩机和膨胀机连接。
所述释热回路包括与释热管路串联的释热换热器和高温屏蔽泵；膨胀槽与释热管路连接。
所述储气回路包括与储气罐连接的进气管路和排气管路，进气管路和排气管路分别与蓄热换热器和释热换热器连接，气源气管与排气管路连接。
所述光热回路包括与光热管路串联的光热集热系统和电加热器，光热管路与蓄热回路、供暖回路和供冷回路连接。
所述供暖回路包括与供暖换热器连接的暖用户端，供暖换热器与释热回路和光热回路连接。
所述供冷回路包括与吸收式制冷系统连接的冷用户端，吸收式制冷系统与蓄热回路和光热回路连接。
如上所述的多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统的储能和释能方法，它包括如下步骤：
S1，储能，压缩机和低温屏蔽泵启动，将高温高压空气转换成低温高压空气储存于储气罐中；
S1-1，压缩机排出的高温高压空气进入蓄热换热器，蓄热换热器吸收热量后与蓄热回路中的低温液态传热介质进行热量转换；
S1-2，储液罐内的液态传热介质进入蓄热回路中，低温屏蔽泵驱动蓄热回路中的液态传热介质不断循环，液态传热介质不断吸收蓄热换热器的热量；与此同时，高温高压空气降温后形成低温高压空气进入储气罐内储存；
S1-3，当储液罐内的液态传热介质达到设定温度值或储气罐内的低温高压空气达到设定值时，储能过程结束；
S2，释能，高温屏蔽泵启动，将储气罐内的低温高压空气转换成高温高压空气输送给膨胀机做功；
S2-1，储气罐内的低温高压空气进入释热换热器，释热换热器吸收热量后与储气回路中的低温高压空气进行热量转换；
S2-2，储液罐内的液态传热介质进入释热回路中，高温屏蔽泵驱动释热回路中的液态传热介质不断循环，液态传热介质热量不断传导给释热换热器；与此同时，低温高压空气吸热后形成高温高压空气驱动膨胀机做功；
S2-3，当储气罐内低温高压空气释放达到设定值或者储液罐内的液态传热介质温度达到设定值时，释能过程结束；
S3，电加热，在压缩机不工作的情况下，储液罐内的液态传热介质在低温屏蔽泵驱动下进入光热回路中，经电加热器加热后再进入填充床内，之后回流至储液罐；
S4，光加热，在压缩机不工作的情况下，储液罐内的液态传热介质在低温屏蔽泵驱动下进入光热回路中，经光热集热系统加热后再进入填充床内，之后回流至储液罐；
S5，供暖，储液罐内的液态传热介质进入释热回路中，高温屏蔽泵驱动液态传热介质进入供暖回路后再进入填充床内，之后回流至储液罐；此过程中，供暖换热器不断吸收液态传热介质的热量，供暖换热器吸收热量后输送给暖用户端；
S6，供冷，储液罐内的液态传热介质进入释热回路中，高温屏蔽泵驱动液态传热介质沿释热回路进入吸收式制冷系统中，吸收式制冷系统不断吸收液态传热介质的热量做功制冷提供给冷用户端，之后液态传热介质回流至储液罐内；
S7，供气，气源气管打开，储气罐内的低温高压空气进入气源气管；
在S1中，释热回路处于关闭状态，储气罐的排气管路关闭，进气管路打开；
在S2中，蓄热回路处于关闭状态，储气罐的排气管路打开，进气管路关闭。
一种多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统的储能及方法，它包括填充蓄热装置、蓄热回路、释热回路、储气回路、光热回路、供暖回路和供冷回路，通过蓄热回路和释热回路分别与填充蓄热装置连接，蓄热回路的蓄热换热器和释热回路的释热换热器分别与储气回路连接，光热回路与蓄热回路连接，供暖回路与释热回路和光热回路连接，供冷回路与填充蓄热装置和光热回路连接，光热回路对蓄热回路和释热回路加热。本发明克服了原系统不能满足综合功能，储能过程中温度达不到要求时降低做功效率导致系统不稳定的问题。具有结构简单，同时满足多种综合功能，提升系统稳定做功性能和效率，实现连续供热和供冷的特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明填充蓄热装置的结构示意图。
图3为本发明蓄热回路的结构示意图。
图4为本发明释热回路的结构示意图。
图5为本发明储气回路的结构示意图。
图6为本发明光热回路与蓄热回路连接的结构示意图。
图7为本发明供暖回路连接的结构示意图。
图8为本发明供冷回路连接的结构示意图。
图中：填充蓄热装置1，填充床11，储液罐12，稳压系统13，蓄热回路2，蓄热换热器21，低温屏蔽泵22，压缩机23，释热回路3，释热换热器31，高温屏蔽泵32，膨胀机33，膨胀槽34，储气回路4，储气罐41，气源气管42，光热回路5，光热集热系统51，电加热器52，供暖回路6，供暖换热器61，暖用户端62，供冷回路7，吸收式制冷系统71，冷用户端72。
具体实施方式
如图1~图8中，一种多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统，它包括填充蓄热装置1、蓄热回路2、释热回路3、储气回路4、光热回路5、供暖回路6和供冷回路7；所述蓄热回路2和释热回路3分别与填充蓄热装置1连接，蓄热回路2的蓄热换热器21和释热回路3的释热换热器31分别与储气回路4连接，光热回路5与蓄热回路2连接，供暖回路6与释热回路3和光热回路5连接，供冷回路7与填充蓄热装置1和光热回路5连接；光热回路5对蓄热回路2和释热回路3加热。同时满足多种综合功能，提升系统稳定做功性能和效率，实现连续供热和供冷。
优选的方案中，所述填充蓄热装置1包括与填充床11排液端连通的储液罐12，蓄热回路2和释热回路3与填充床11和储液罐12连通；稳压系统13与填充床11的进液端连接。结构简单，使用时，填充床11用于吸收液态传热介质的热量，储液罐12用于储存从填充床11内排出的液态传热介质。
优选地，填充床11进液端连接的稳压系统13用于系统启动前，排出回路中的空气。
优选地，稳压系统13包括稳压管路中依次连接的稳压装置和气体流量调节阀，气体流量调节阀一端与填充床11进液端连接。
优选的方案中，所述蓄热回路2包括与蓄热管路串联的蓄热换热器21和低温屏蔽泵22。结构简单，使用时，释热回路3关闭，液态传热介质从储液罐12排出进入蓄热回路2中，低温屏蔽泵22驱动蓄热管路中的液态传热介质循环流动，液态传热介质不断吸收蓄热换热器21的热量，液态传热介质的温度逐渐升高，同时蓄热换热器21将高温高压空气转换成低温高压空气。
优选的方案中，所述蓄热换热器21和释热换热器31分别与压缩机23和膨胀机33连接。结构简单，使用时，压缩机23做功将常温空气转换成高温高压空气后输送至蓄热换热器21，从释热换热器31排出的高温高压空气驱动膨胀机33做功。
优选的方案中，所述释热回路3包括与释热管路串联的释热换热器31和高温屏蔽泵32；膨胀槽34与释热管路连接。结构简单，使用时，蓄热回路2关闭，液态传热介质从储液罐12排出进入释热回路3中，高温屏蔽泵32驱动释热管路中液态传热介质循环流动，释热换热器31不断吸收液态传热介质中的热量，释热换热器31的温度逐渐升高，同时释热换热器31将低温高压空气转换成高温高压空气。
优选地，膨胀槽34用于在释能过程中，抵消液态传热介质陡然温升时对释热管路造成的压力，其工作过程是，当释热管路的压力陡然升高时，部分液态传热介质迅速进入膨胀槽34内，减小释热管路压力，避免发生爆管现象。
优选的方案中，所述储气回路4包括与储气罐41连接的进气管路和排气管路，进气管路和排气管路分别与蓄热换热器21和释热换热器31连接，气源气管42与排气管路连接。结构简单，使用时，在蓄热阶段，储气罐41接受蓄热换热器21排出的低温高压空气并储存，在释能阶段，储气罐41将低温高压空气排出输送至释热换热器31中；在储气罐41储存有气体的情况下，随时可向气源气管42输送气体，提供气源。
优选的方案中，所述光热回路5包括与光热管路串联的光热集热系统51和电加热器52，光热管路与蓄热回路2、供暖回路6和供冷回路7连接。结构简单，使用时，液态传热介质从储液罐12排出进入蓄热回路2中，低温屏蔽泵22驱动蓄热管路中的液态传热介质进入光热回路5后再进入填充床11，之后回流至储液罐12内形成循环回路，光热集热系统51或电加热器52对液态传热介质进行加热。
优选地，在释能阶段，低温屏蔽泵22相应启动，储液罐12内的液态传热介质从储液罐12排液端排出后，一部分液态传热介质进入释热回路3，另一部分液态传热介质由低温屏蔽泵22驱动进入光热回路5进行加热，再进入填充床11后回流至储液罐12内，在释能阶段对液态传热介质加热。
优选的方案中，所述供暖回路6包括与供暖换热器61连接的暖用户端62，供暖换热器61与释热回路3和光热回路5连接。结构简单，使用时，储液罐12内的液态传热介质进入释热回路3中，高温屏蔽泵32驱动液态传热介质进入供暖回路6的供暖换热器61后再进入填充床11内，之后回流至储液罐12内，供暖换热器61不断吸收液态传热介质的热量，供暖换热器61吸收热量后输送给暖用户端62。
优选地，填充蓄热装置1 处于关闭状态，低温屏蔽泵22或高温屏蔽泵32启动，驱动液态传热介质沿低温屏蔽泵22、光热回路5、供暖回路6进入高温屏蔽泵32后再回流至低温屏蔽泵22，利用光热回路5直接向供暖回路6提供高温高压空气。
优选的方案中，所述供冷回路7包括与吸收式制冷系统71连接的冷用户端72，吸收式制冷系统71与蓄热回路2和光热回路5连接。结构简单，使用时，储液罐12内的液态传热介质进入释热回路3中，高温屏蔽泵32驱动液态传热介质沿释热回路3进入吸收式制冷系统71中，驱动吸收式制冷系统71做功制冷提供给冷用户端72，之后液态传热介质回流至储液罐12内形成循环回路，此过程中，液态传热介质不经过填充床11。
优选地，储液罐12内的液态传热介质进入蓄热回路2中，低温屏蔽泵22驱动液态传热介质沿低温屏蔽泵22、光热回路5进入供冷回路7后再回流至储液罐12内形成循环；此过程中液态传热介质不流经填充床11，或者在液态传热介质从光热回路5进入供冷回路7的中途，一部分液态传热介质流经供冷回路7后回流至储液罐12内，另一部分经过填充床11后回流至储液罐12内。
优选地，储液罐12内的液态传热介质进入蓄热回路2中，低温屏蔽泵22驱动液态传热介质沿低温屏蔽泵22、蓄热换热器21进入供冷回路7后再回流至储液罐12内形成循环；此过程中液态传热介质不流经填充床11，或者在液态传热介质从蓄热换热器21进入供冷回路7的中途，一部分液态传热介质流经供冷回路7后回流至储液罐12内，另一部分经过填充床11后回流至储液罐12内。
选的方案中，如上所述的多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统的储能和释能方法，它包括如下步骤：
S1，储能，压缩机23和低温屏蔽泵22启动，将高温高压空气转换成低温高压空气储存于储气罐41中；
S1-1，压缩机23排出的高温高压空气进入蓄热换热器21，蓄热换热器21吸收热量后与蓄热回路2中的低温液态传热介质进行热量转换；
S1-2，储液罐12内的液态传热介质进入蓄热回路2中，低温屏蔽泵22驱动蓄热回路2中的液态传热介质不断循环，液态传热介质不断吸收蓄热换热器21的热量；与此同时，高温高压空气降温后形成低温高压空气进入储气罐41内储存；
S1-3，当储液罐12内的液态传热介质达到设定温度值或储气罐41内的低温高压空气达到设定值时，储能过程结束；
S2，释能，高温屏蔽泵32启动，将储气罐41内的低温高压空气转换成高温高压空气输送给膨胀机33做功；
S2-1，储气罐41内的低温高压空气进入释热换热器31，释热换热器31吸收热量后与储气回路4中的低温高压空气进行热量转换；
S2-2，储液罐12内的液态传热介质进入释热回路3中，高温屏蔽泵32驱动释热回路3中的液态传热介质不断循环，液态传热介质热量不断传导给释热换热器31；与此同时，低温高压空气吸热后形成高温高压空气驱动膨胀机33做功；
S2-3，当储气罐41内低温高压空气释放达到设定值或者储液罐12内的液态传热介质温度达到设定值时，释能过程结束；
S3，电加热，在压缩机23不工作的情况下，储液罐12内的液态传热介质在低温屏蔽泵22驱动下进入光热回路5中，经电加热器52加热后再进入填充床11内，之后回流至储液罐12；
S4，光加热，在压缩机23不工作的情况下，储液罐12内的液态传热介质在低温屏蔽泵22驱动下进入光热回路5中，经光热集热系统51加热后再进入填充床11内，之后回流至储液罐12；
S5，供暖，储液罐12内的液态传热介质进入释热回路3中，高温屏蔽泵32驱动液态传热介质进入供暖回路6后再进入填充床11内，之后回流至储液罐12；此过程中，供暖换热器61不断吸收液态传热介质的热量，供暖换热器61吸收热量后输送给暖用户端62；
S6，供冷，储液罐12内的液态传热介质进入释热回路3中，高温屏蔽泵32驱动液态传热介质沿释热回路3进入吸收式制冷系统71中，吸收式制冷系统71不断吸收液态传热介质的热量做功制冷提供给冷用户端72，之后液态传热介质回流至储液罐12内；
S7，供气，气源气管42打开，储气罐41内的低温高压空气进入气源气管42；
在S1中，释热回路3处于关闭状态，储气罐41的排气管路关闭，进气管路打开；
在S2中，蓄热回路2处于关闭状态，储气罐41的排气管路打开，进气管路关闭。该方法对蓄热回路2进行加热，提高液态传热介质的温度，同时具备供暖、供冷和供气的多种综合功能，有利于提升系统稳定做功性能和效率，实现连续供热和供冷。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统，其特征是：它包括填充蓄热装置（1）、蓄热回路（2）、释热回路（3）、储气回路（4）、光热回路（5）、供暖回路（6）和供冷回路（7）；所述蓄热回路（2）和释热回路（3）分别与填充蓄热装置（1）连接，蓄热回路（2）的蓄热换热器（21）和释热回路（3）的释热换热器（31）分别与储气回路（4）连接，光热回路（5）与蓄热回路（2）连接，供暖回路（6）与释热回路（3）和光热回路（5）连接，供冷回路（7）与填充蓄热装置（1）和光热回路（5）连接；光热回路（5）对蓄热回路（2）和释热回路（3）加热。
2.根据权利要求1所述的多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统，其特征是：所述填充蓄热装置（1）包括与填充床（11）排液端连通的储液罐（12），蓄热回路（2）和释热回路（3）与填充床（11）和储液罐（12）连通；稳压系统（13）与填充床（11）的进液端连接。
3.根据权利要求1所述的多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统，其特征是：所述蓄热回路（2）包括与蓄热管路串联的蓄热换热器（21）和低温屏蔽泵（22）。
4.根据权利要求1所述的多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统，其特征是：所述蓄热换热器（21）和释热换热器（31）分别与压缩机（23）和膨胀机（33）连接。
5.根据权利要求1所述的多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统，其特征是：所述释热回路（3）包括与释热管路串联的释热换热器（31）和高温屏蔽泵（32）；膨胀槽（34）与释热管路连接。
6.根据权利要求1所述的多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统，其特征是：所述储气回路（4）包括与储气罐（41）连接的进气管路和排气管路，进气管路和排气管路分别与蓄热换热器（21）和释热换热器（31）连接，气源气管（42）与排气管路连接。
7.根据权利要求1所述的多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统，其特征是：所述光热回路（5）包括与光热管路串联的光热集热系统（51）和电加热器（52），光热管路与蓄热回路（2）、供暖回路（6）和供冷回路（7）连接。
8.根据权利要求1所述的多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统，其特征是：所述供暖回路（6）包括与供暖换热器（61）连接的暖用户端（62），供暖换热器（61）与释热回路（3）和光热回路（5）连接。
9.根据权利要求1所述的多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统，其特征是：所述供冷回路（7）包括与吸收式制冷系统（71）连接的冷用户端（72），吸收式制冷系统（71）与蓄热回路（2）和光热回路（5）连接。
10.根据权利要求1~9任一项所述的多源蓄热式压缩空气储能综合利用系统的储能和释能方法，其特征是，它包括如下步骤：
S1，储能，压缩机（23）和低温屏蔽泵（22）启动，将高温高压空气转换成低温高压空气储存于储气罐（41）中；
S1-1，压缩机（23）排出的高温高压空气进入蓄热换热器（21），蓄热换热器（21）吸收热量后与蓄热回路（2）中的低温液态传热介质进行热量转换；
S1-2，储液罐（12）内的液态传热介质进入蓄热回路（2）中，低温屏蔽泵（22）驱动蓄热回路（2）中的液态传热介质不断循环，液态传热介质不断吸收蓄热换热器（21）的热量；与此同时，高温高压空气降温后形成低温高压空气进入储气罐（41）内储存；
S1-3，当储液罐（12）内的液态传热介质达到设定温度值或储气罐（41）内的低温高压空气达到设定值时，储能过程结束；
S2，释能，高温屏蔽泵（32）启动，将储气罐（41）内的低温高压空气转换成高温高压空气输送给膨胀机（33）做功；
S2-1，储气罐（41）内的低温高压空气进入释热换热器（31），释热换热器（31）吸收热量后与储气回路（4）中的低温高压空气进行热量转换；
S2-2，储液罐（12）内的液态传热介质进入释热回路（3）中，高温屏蔽泵（32）驱动释热回路（3）中的液态传热介质不断循环，液态传热介质热量不断传导给释热换热器（31）；与此同时，低温高压空气吸热后形成高温高压空气驱动膨胀机（33）做功；
S2-3，当储气罐（41）内低温高压空气释放达到设定值或者储液罐（12）内的液态传热介质温度达到设定值时，释能过程结束；
S3，电加热，在压缩机（23）不工作的情况下，储液罐（12）内的液态传热介质在低温屏蔽泵（22）驱动下进入光热回路（5）中，经电加热器（52）加热后再进入填充床（11）内，之后回流至储液罐（12）；
S4，光加热，在压缩机（23）不工作的情况下，储液罐（12）内的液态传热介质在低温屏蔽泵（22）驱动下进入光热回路（5）中，经光热集热系统（51）加热后再进入填充床（11）内，之后回流至储液罐（12）；
S5，供暖，储液罐（12）内的液态传热介质进入释热回路（3）中，高温屏蔽泵（32）驱动液态传热介质进入供暖回路（6）后再进入填充床（11）内，之后回流至储液罐（12）；此过程中，供暖换热器（61）不断吸收液态传热介质的热量，供暖换热器（61）吸收热量后输送给暖用户端（62）；
S6，供冷，储液罐（12）内的液态传热介质进入释热回路（3）中，高温屏蔽泵（32）驱动液态传热介质进入吸收式制冷系统（71）中，吸收式制冷系统（71）不断吸收液态传热介质的热量做功制冷提供给冷用户端（72），之后液态传热介质回流至储液罐（12）内；
S7，供气，气源气管（42）打开，储气罐（41）内的低温高压空气进入气源气管（42）；
在S1中，释热回路（3）处于关闭状态，储气罐（41）的排气管路关闭，进气管路打开；
在S2中，蓄热回路（2）处于关闭状态，储气罐（41）的排气管路打开，进气管路关闭。
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