CN113202572A - 一种发电与储能双模式动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种发电与储能双模式动力系统，包括：发电模块，具有通过管路串联连通的压缩机组和膨胀机组，膨胀机组的输出端处连接有发电机，膨胀机组用于驱动发电机发电；储能模块，具有容纳压缩气体的储气腔，储气腔的进气端与压缩机组的出气端连通，储气腔的出气端与膨胀机组的进气端连通；储气腔与压缩机组之间设有第一控制阀，第一控制阀用于控制储气腔与压缩机组之间的通断；储气腔与膨胀机组之间设有第二控制阀，第二控制阀用于控制储气腔与膨胀机组之间的通断。本发明的储气腔释放后的压缩空气进入膨胀机组，该过程为释能模式；该释能模式与发电模块的发电模式同步进行，大幅度增加了发电机的输出功率。

Description

一种发电与储能双模式动力系统
技术领域
本发明涉及能源利用技术领域，具体涉及一种发电与储能双模式动力系统。
背景技术
面对可再生能源大规模发展、电网调峰以及分布式供能等能源系统的发展，需要研发具有多种应用模式的能源动力系统，同时需要有宽广的工况范围。
目前，发电系统是利用一段时间内的富余电能将空气压缩并存储起来，在用电高峰再利用储存的压缩空气释能发电供给终端用户；上述发电系统的发电模式单一，发电效率较低。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的发电系统的发电模式单一、发电效率低的缺陷，从而提供一种发电与储能双模式动力系。
为了解决上述技术问题，本发明提供的发电与储能双模式动力系统，包括：
发电模块，具有通过管路串联连通的压缩机组和膨胀机组，所述膨胀机组的输出端处连接有发电机，所述膨胀机组用于驱动所述发电机发电；
储能模块，具有容纳压缩气体的储气腔，所述储气腔的进气端与所述压缩机组的出气端连通，所述储气腔的出气端与所述膨胀机组的进气端连通；
所述储气腔与所述压缩机组之间设有第一控制阀，所述第一控制阀用于控制所述储气腔与所述压缩机组之间的通断；所述储气腔与所述膨胀机组之间设有第二控制阀，所述第二控制阀用于控制所述储气腔与所述膨胀机组之间的通断。
作为优选方案，所述储气腔与所述膨胀机组之间设置有调压阀，所述调压阀用于调节所述储气腔的出气压力。
作为优选方案，所述压缩机组的动力端上伸出有第一驱动轴，所述膨胀机组的动力端上伸出有第二驱动轴，所述第一驱动轴与所述第二驱动轴通过离合器进行同轴连接。
作为优选方案，还包括：
燃烧室，连通在所述压缩机组与所述膨胀机组之间的管路上，用于加热压缩后的空气。
作为优选方案，还包括：
预热器，连通在所述压缩机组与所述膨胀机组之间的管路上，所述膨胀机组的出气端与所述预热器连通，所述预热器用于加热压缩后的空气。
作为优选方案，所述储气腔的出气端处具有并联设置的第一支路和第二支路，所述第一支路连通在所述压缩机组与所述燃烧室之间，所述第二支路连通在所述燃烧室与所述膨胀机组之间。
作为优选方案，所述压缩机组具有多个串联连通的压缩机，相邻的所述压缩机之间以及所述压缩机与所述储气腔之间均设置有换热器。
作为优选方案，所述膨胀机组具有多个串联连通的膨胀机，相邻的所述膨胀机之间以及膨胀机与所述储气腔之间均设置有换热器。
作为优选方案，所述压缩机组与所述膨胀机组之间具有多个并联的第三支路，所述压缩机组适于通过所述第三支路与所述膨胀机组中的膨胀机一一对应连通。
作为优选方案，所述换热器的预设温度为环境温度。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的发电与储能双模式动力系统，储气腔与压缩机组连通，同时储气腔与膨胀机组断开连通，压缩机组对空气进行压缩、压缩后的空气储存至储气腔内，该过程为储能模式；储气腔与压缩机组断开连通，同时储气腔与膨胀机组连通，释放后的压缩空气进入膨胀机组，膨胀机组驱动发电机发电，该过程为释能模式；压缩机组与膨胀机组通过管路串联连通，空气经压缩机组进行压缩，压缩后的空气进膨胀机组，膨胀机组驱动发电机发电，该过程为发电模式。上述的发电模式与释能模式为互不干扰的两种工作状态，两种模式可同步进行，大幅度增加了发电机的输出功率。
2.本发明提供的发电与储能双模式动力系统，储气腔内的压缩空气压强较大，通过调压阀调节储气腔的排气压力来匹配不同型号的膨胀机组，降低储气腔的能量浪费。
3.本发明提供的发电与储能双模式动力系统，压缩机组与膨胀机组同轴驱动连接，通过压缩空气驱动膨胀机组运转，进而膨胀机组的第二驱动轴驱动压缩机组运转，如此循环驱动，达到节能的效果。
4.本发明提供的发电与储能双模式动力系统，通过燃烧室对压缩空气进行升温，以提高最终的发电功率。
5.本发明提供的发电与储能双模式动力系统，膨胀机组排出的尾气对预热器进行加热，预热器对压缩空气进行升温；利用尾气对压缩空气加热，在提高发电功率的同时，节省了能量。
6.本发明提供的发电与储能双模式动力系统，从储气腔排出的压缩空气可以经第二支路直接进入膨胀机组，也可以经第一支路由燃烧室加热后再进入膨胀机组；经第一支路后的压缩空气温度高、能量大，故发电机输出功率大，可以根据实际工况选择不同的流经支路。
7.本发明提供的发电与储能双模式动力系统，相邻的压缩机之间换热器，对压缩后的空气进行降温，用于减小下一级压缩机的在压缩过程中的能耗；压缩机与储气腔之间的换热器，对进入储气腔的压缩空气进行降温，以保证储气腔能够存储更多的压缩空气。
8.本发明提供的发电与储能双模式动力系统，膨胀机与储气腔之间的换热器，对储气腔排出的压缩空气进行升温；相邻的膨胀机之间的换热器，对膨胀机排出的气体进行升温；上述的换热器用来增加压缩空气的能量，以保证发电机最终的输出功率。
9.本发明提供的发电与储能双模式动力系统，当压缩机组压缩的气量较大时、且压缩比较低时，压缩空气能够流经第三支路进入膨胀机中，多个膨胀机独立做功，以增加发电机的输出功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中提供的发电与储能双模式动力系统的示意图。
图2为发电模块的示意图。
图3为储能模块的示意图。
附图标记说明：
1、第一压缩机；2、第二压缩机；3、第一膨胀机；4、第二膨胀机；5、第一驱动轴；6、第二驱动轴；7、第三驱动轴；8、第一电机；9、第二电机；10、预热器；11、燃烧室；12、第一管路；13、第三支路；14、第三控制阀；15、第四控制阀；16、第一换热器；17、第二管路；18、第五控制阀；19、第四支路；20、第五支路；21、储气腔；22、第一控制阀；23、第三管路；24、第四管路；25、第五管路；26、调压阀；27、第二控制阀；28、第二换热器；29、第三换热器；30、第四换热器；31、第一支路；32、第二支路；33、第六控制阀；34、第七控制阀；35、离合器；36、发电机。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例中提供的发电与储能双模式动力系统，包括：发电模块和储能模块。
如图1所示，压缩机组包括：第一压缩机1和第二压缩机2，所述第一压缩机1与所述第二压缩机2通过管路串联连接。所述膨胀机组包括：第一膨胀机3和第二膨胀机4，所述第一膨胀机3与所述第二膨胀机4通过管路串联连通。所述第一压缩机1的动力端上连接有第一驱动轴5，所述第一膨胀机3的动力端上连接有第二驱动轴6，所述第一驱动轴5通过离合器35与所述第二驱动轴6同轴连接，所述第一膨胀机3的动力端与所述第二膨胀机4的动力端通过第三驱动轴7同轴连接。所述第一压缩机1上安装有第一电机8，所述第一电机8用于驱动所述第一压缩机1进行空气压缩；所述第二压缩机2上安装有第二电机9，所述第二电机9用于驱动所述第二压缩机2进行空气压缩；所述第二膨胀机4与发电机36连接，用于驱动发电机36做功、输出电能。其中，所述发电模块与所述储能模块共用所述第一压缩机1。
如图2所示，所述发电模块，包括：第一压缩机1、预热器10、燃烧室11、第一膨胀机3以及第二膨胀机4。所述第一压缩机1与所述第一膨胀机3通过第一管路12串联连通，所述第一膨胀机3与所述第二膨胀机4通过第二管路17串联连通，所述预热器10以及所述燃烧室11串联连通在所述第一管路12上。所述第一管路12上设置有第三支路13，所述第三支路13的一端通过第三控制阀14连通在所述燃烧室11与所述第一膨胀机3之间，所述第三支路13的另一端通过第四控制阀15连通在所述第二管路17上；其中，所述第三控制阀14与所述第四控制阀15均为三通阀。所述第二管路17上连通有第一换热器16，所述第一换热器16的预设温度为环境温度，所述第一换热器16用于对所述第一膨胀机3排出的气体进行升温。所述第二管路17上还设置有第五控制阀18，所述第五控制阀18通过第四支路19与所述预热器10连通，所述第二膨胀机4的出气端通过第五支路20与所述预热器10连通，所述第一膨胀机3与所述第二膨胀机4排出的气体用来给预热器10加热。
如图2所示，经所述第一压缩机1压缩后的压缩空气的气量大、压力低时，打开所述第三控制阀14与所述第四控制阀15，一部分压缩空气流经所述第一管路12直接进入所述第一膨胀机3内，另一部分压缩空气流经所述第三支路13后、进入第二膨胀机4内，压缩空气驱动所述第一膨胀机3与所述第二膨胀机4独立做功；与此同时，所述第五控制阀18开启，使所述第四支路19与所述预热器10连通，利用所述第一膨胀机3排出的尾气对所述预热器10加热。
如图2所示，经所述第一压缩机1压缩后的压缩空气的气量小、压力高时，关闭所述第三控制阀14与所述第四控制阀15；压缩空气依次流经所述第一膨胀机3、所述第二膨胀机4，实现逐渐膨胀做功。
如图1、图3所示，所述储能模块，包括：第一压缩机1、第二压缩机2以及储气腔21。所述第一压缩机1与所述第二压缩机2之间设置有第一控制阀22，所述第一控制阀22为三通阀；所述第一压缩机1与所述第二压缩机2通过第三管路23连通，所述第三管路23的一端与所述第一控制阀22连通，所述第三管路23的另一端与所述第二压缩机2的进气端连通。所述第二压缩机2与所述储气腔21之间通过第四管路24连通，所储气腔21的出气端设置有连通的第五管路25，所述第五管路25上连通有调压阀26以及第二控制阀27，所述第二控制阀27为三通阀。空气经所述第一压缩机1以及第二压缩机2依次所压缩后，存储至所述储气腔21内。
如图3所示，所述第三管路23上连通有第二换热器28，所述第四管路24上连通有第三换热器29，所述第二换热器28以及所述第三换热器29用于对压缩后的空气进行降温。所述第五管路25上连通有第四换热器30，所述第四换热器30位于所述调压阀26与所述第二控制阀27之间，所述第四换热器30用于对对储气腔21排出的压缩空气进行升温。其中，所述第二换热器28、第三换热器29以及所述第四换热器30的预设温度为环境温度。
如图1所示，所述第五管路25上连通有第一支路31和第二支路32，所述第一支路31与所述第二支路32并联设置；所述第一支路31通过第六控制阀33连通在所述第一压缩机1与所述预热器10之间，所述第二支路32通过第七控制阀34连通在所述燃烧室与所述第一膨胀机3之间；其中，所述第六控制阀33与所述第七控制阀34均为三通阀。
工作原理：
储能模式：第一电机8与第二电机9开启，离合器35为断开状态，第一压缩机1上的第一驱动轴5与第一膨胀机3机上的第二驱动轴6断开连接；第一压缩机1与所述第二压缩机2对空气进行逐级压缩，压缩后的空气进入储气腔21；
释能模式：离合器35为断开状态，第一压缩机1上的第一驱动轴5与第一膨胀机3机上的第二驱动轴6断开连接；开启第二控制阀27以及第六控制阀33，压缩气体经所述第一支路31由燃烧室11加热后进入膨胀机组，驱动发电机36发电；开启第二控制阀27以及第七控制阀34，压缩气体经所述第二支路32进入膨胀机组，驱动发电机36发电；
发电模式：离合器35为连接状态，第一压缩机1上的第一驱动轴5与第一膨胀机3机上的第二驱动轴6连接；所述第一压缩机1对空气进行压缩，压缩后的空气进入燃烧室进行升温，升温后的压缩空气进入膨胀机组，所述膨胀机组驱动发电机36做功；
组合发电模式：第一电机8与第二电机9均不开启，离合器35为连接状态，第一压缩机1上的第一驱动轴5与第一膨胀机3机上的第二驱动轴6连接；释能模式与发电模式同时进行，大幅度增加了发电机36的输出功率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种发电与储能双模式动力系统，其特征在于，包括：
发电模块，具有通过管路串联连通的压缩机组和膨胀机组，所述膨胀机组的输出端处连接有发电机(36)，所述膨胀机组用于驱动所述发电机(36)发电；
储能模块，具有容纳压缩气体的储气腔(21)，所述储气腔(21)的进气端与所述压缩机组的出气端连通，所述储气腔(21)的出气端与所述膨胀机组的进气端连通；
所述储气腔(21)与所述压缩机组之间设有第一控制阀(22)，所述第一控制阀(22)用于控制所述储气腔(21)与所述压缩机组之间的通断；所述储气腔(21)与所述膨胀机组之间设有第二控制阀(27)，所述第二控制阀(27)用于控制所述储气腔(21)与所述膨胀机组之间的通断。
2.根据权利要求1所述的发电与储能双模式动力系统，其特征在于，所述储气腔(21)与所述膨胀机组之间设置有调压阀(26)，所述调压阀(26)用于调节所述储气腔(21)的出气压力。
3.根据权利要求1所述的发电与储能双模式动力系统，其特征在于，所述压缩机组的动力端上伸出有第一驱动轴(5)，所述膨胀机组的动力端上伸出有第二驱动轴(6)，所述第一驱动轴(5)与所述第二驱动轴(6)通过离合器(35)进行同轴连接。
4.根据权利要求1所述的发电与储能双模式动力系统，其特征在于，还包括：
燃烧室(11)，连通在所述压缩机组与所述膨胀机组之间的管路上，用于加热压缩后的空气。
5.根据权利要求1所述的发电与储能双模式动力系统，其特征在于，还包括：
预热器(10)，连通在所述压缩机组与所述膨胀机组之间的管路上，所述膨胀机组的出气端与所述预热器(10)连通，所述预热器(10)用于加热压缩后的空气。
6.根据权利要求4所述的发电与储能双模式动力系统，其特征在于，所述储气腔(21)的出气端处具有并联设置的第一支路(31)和第二支路(32)，所述第一支路(31)连通在所述压缩机组与所述燃烧室之间，所述第二支路(32)连通在所述燃烧室与所述膨胀机组之间。
7.根据权利要求1所述的发电与储能双模式动力系统，其特征在于，所述压缩机组具有多个串联连通的压缩机，相邻的所述压缩机之间以及所述压缩机与所述储气腔(21)之间均设置有换热器。
8.根据权利要求1所述的发电与储能双模式动力系统，其特征在于，所述膨胀机组具有多个串联连通的膨胀机，相邻的所述膨胀机之间以及膨胀机与所述储气腔(21)之间均设置有换热器。
9.根据权利要求8所述的发电与储能双模式动力系统，其特征在于，所述压缩机组与所述膨胀机组之间具有多个并联的第三支路(13)，所述压缩机组适于通过所述第三支路(13)与所述膨胀机组中的膨胀机一一对应连通。
10.根据权利要求7或8所述的发电与储能双模式动力系统，其特征在于，所述换热器的预设温度为环境温度。
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