CN113982892A - 一种高温蓄热式压缩空气储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种高温蓄热式压缩空气储能系统。包括：多级压缩机C1～Cn、多级膨胀机T1～Tn和储气室AS；该系统还包括：高温蓄热装置TS和第一回热器RG1，各级压缩机出口的空气进入高温蓄热装置TS以储存高温热量；第一回热器RG1与第x级压缩机Cx的入口、末级压缩机Cn经高温蓄热装置TS后的出口，以及储气室AS入口连接；第一回热器RG1吸收末级压缩机Cn在TS中放热后排出的余热，进入第x级压缩机Cx入口的空气再吸收第一回热器RG1中的热量，实现末级压缩机Cn回热第x级压缩机Cx入口温度，提升压缩机的功率，增大热
Figure DSA0000255931360000011
的存储比例，提升能量密度。由于蓄热温度升高，对储气室AS内空气的需求减少，可使储气室AS的体积明显减小，降低成本。

Description

一种高温蓄热式压缩空气储能系统
技术领域
本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种高温蓄热式压缩空气储能系统。
背景技术
目前的储能系统有抽水蓄能、压缩空气储能、燃料电池等，抽水蓄能和压缩空气储能具有储能密度大、输出功率大等特点。但抽水蓄能电站必须建设大坝，耗水量大，对生态也会造成一定的破坏。而压缩空气储能系统(CAES)不耗水，对生态环境基本没有影响，具有初始投资成本低、效率高、无毒、寿命长等优点，具有较大的发展前景。
现有的高温蓄热式压缩空气储能系统中，由于各级压缩机入口温度为环境温度，一定的压比下，蓄热温度较低，储存的热
Figure BSA0000255931380000011
较少，进而使高温蓄热式CAES的能量密度一般不高，需要配备大型储气室以供多级膨胀机进行膨胀作用，达到所要求的输出功率。同时大型储气室造价较高，较大的储气室不利于系统经济性。
发明内容
本发明提供一种高温蓄热式压缩空气储能系统，以解决现有的高温蓄热式压缩空气储能系统的能量密度不高，并依赖大型储气室的问题，且造价较高的问题。
本发明的技术方案是：
一种高温蓄热式压缩空气储能系统，包括：多级压缩机C1～Cn、多级膨胀机T1～Tn和储气室AS；还包括：高温蓄热装置TS和第一回热器RG1，各级压缩机出口的空气进入高温蓄热装置TS以储存高温热量；第一回热器RG1与第x级压缩机Cx的入口、末级压缩机Cn经高温蓄热装置TS的出口，以及储气室AS入口连接；空气经过第一回热器RG1后进入第x级压缩机Cx入口，末级压缩机Cn出口的空气经过高温蓄热装置TS储热后，再经过第一回热器RG1冷却后进入储气室AS。
优选地，第一回热器RG1与首级压缩机C1的入口、末级压缩机Cn的出口，以及储气室AS入口连接；空气经过第一回热器RG1后进入首级压缩机C1入口。
优选地，高温蓄热装置TS为整体结构，各级压缩机的出口与高温蓄热装置TS连接。
优选地，所述高温蓄热装置为填充床蓄热，或双罐间接蓄热，或单罐蓄热。
优选地，高温蓄热装置TS为显热蓄热，或相变蓄热，或热化学蓄热。
优选地，该高温蓄热式压缩空气储能系统，还包括：第二回热器RG2，第二回热器RG2与首级膨胀机T1的入口、第y级膨胀机Ty的出口，以及储气室AS出口连接；储气室AS出口的空气经第二回热器RG2后进入高温蓄热装置TS吸热，再进入首级膨胀机T1以膨胀做功，第y级膨胀机Ty出口的空气经过第二回热器RG2冷却后排出。
优选地，第二回热器RG2与首级膨胀机T1的入口、末级膨胀机Tn的出口，以及储气室AS出口连接；末级膨胀机Tn出口的空气经过第二回热器RG2冷却后排出。
优选地，该高温蓄热式压缩空气储能系统，还包括：高温热输送单元，适于向该系统输送高温热，以提高膨胀机入口温度。
优选地，所述高温热为太阳能热，或工业余热，或风能热量。
优选地，所述高温热输送单元直接向膨胀机入口输送高温热，和/或，所述高温热输送单元通过高温蓄热装置TS输送高温热。
优选地，该高温蓄热式压缩空气储能系统，包括供热单元，供热单元与所述集热单元连通，以将各级膨胀机的出口的余热进行利用。
优选地，所述供热单元包括换热器R和余热利用散热器S，换热器R与膨胀机出口连接以置换膨胀机出口的空气热能，余热利用散热器S与换热器R连接以利用热能。
优选地，各级压缩机可为离心式、轴流式、混流式、螺杆式、活塞式。
优选地，各级膨胀机可为向心式、轴流式、混流式、螺杆式、活塞式。
优选地，储气室AS可为地下洞穴、储气罐、储气管道、气囊形式。
本发明的技术方案具有如下优点：
本发明的高温蓄热式压缩空气储能系统，包括：多级压缩机C1～Cn、多级膨胀机T1～Tn和储气室AS；该系统还包括：高温蓄热装置TS和第一回热器RG1，各级压缩机出口的空气进入高温蓄热装置TS以储存高温热量；第一回热器RG1与第x级压缩机Cx的入口、末级压缩机Cn的出口，以及储气室AS入口连接；
本发明的高温蓄热式压缩空气储能系统在工作时，先执行储能过程进行储能，空气经过第一回热器RG1后进入第x级压缩机Cx入口，末级压缩机Cn出口的空气经过高温蓄热装置TS储热后，再经过第一回热器RG1冷却后进入储气室AS。
在上述储能过程中，第一回热器RG1吸收末级压缩机Cn排出的余热，进入第x级压缩机Cx入口的空气再吸收第一回热器RG1中的热量，从而实现末级压缩机Cn回热第x级压缩机Cx入口温度，这样便可以提升压缩机的功率，增大热
Figure BSA0000255931380000041
的存储比例，提升了该储能系统的能量密度。
执行完储能过程后再执行释能过程，储气室AS出口的空气进入多级膨胀机T1～Tn以膨胀做功，因为本发明的储能系统的能量密度高，在所需膨胀机输出功率一定的情况下，对储气室AS内空气的需求减少，能够减小储气室AS的体积，对于现有的高温蓄热式储能系统，该储能系统不需要依赖大型的储气室AS，能减少系统造价，经济性好。
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的介绍，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为本发明的高温蓄热式压缩空气储能系统的示意图之一；
图2为本发明的高温蓄热式压缩空气储能系统的示意图之二。
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、完整的描述，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，对于本领域的普通技术人员而言，可以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。
本实施例的高温蓄热式压缩空气储能系统，如图1-图2所示，包括：多级压缩机C1～Cn、多级膨胀机T1～Tn和储气室AS；还包括：高温蓄热装置TS和第一回热器RG1，各级压缩机出口的空气进入高温蓄热装置TS以储存高温热量；第一回热器RG1与第x级压缩机Cx的入口、末级压缩机Cn的出口，以及储气室AS入口连接；
需要说明的是，本实施例中，第x级压缩机Cx是指：多级压缩机C1～Cn中除末级压缩机Cn以外的任一级压缩机。各级压缩机可为离心式、轴流式、混流式、螺杆式、活塞式。各级膨胀机可为向心式、轴流式、混流式、螺杆式、活塞式。储气室AS可为地下洞穴、储气罐、储气管道、气囊形式。
本发明的高温蓄热式压缩空气储能系统在工作时，先执行储能过程进行储能，空气经过第一回热器RG1后进入第x级压缩机Cx入口，末级压缩机Cn出口的空气经过高温蓄热装置TS储热后，再经过第一回热器RG1冷却后进入储气室AS。
在上述储能过程中，第一回热器RG1吸收末级压缩机Cn排出的余热，进入第x级压缩机Cx入口的空气再吸收第一回热器RG1中的热量，从而实现末级压缩机Cn回热第x级压缩机Cx入口温度，这样便可以提升压缩机的功率，增大热
Figure BSA0000255931380000061
的存储比例，提升了该储能系统的能量密度。
执行完储能过程后再执行释能过程，储气室AS出口的空气进入多级膨胀机T1～Tn以膨胀做功，因为本发明的储能系统的能量密度高，在所需膨胀机输出功率一定的情况下，对储气室AS内空气的需求减少，能够减小储气室AS的体积，现对于现有的高温蓄热式储能系统，该储能系统不需要依赖大型的储气室AS，能减少系统造价。
作为实施方式之一，第x级压缩机Cx采用首级压缩机，此时第一回热器RG1与首级压缩机C1的入口、末级压缩机Cn的出口，以及储气室AS入口连接；空气经过第一回热器RG1后进入首级压缩机C1入口。需要说明的是，本领域所属技术人员可以根据实际情况，对第x级压缩机Cx进行选择。
其中，高温蓄热装置TS为整体结构，各级压缩机的出口与高温蓄热装置TS连接。从具体结构上，所述高温蓄热装置为填充床蓄热，或双罐间接蓄热。从储热原理上，高温蓄热装置TS为显热蓄热，或相变蓄热，或热化学蓄热。当然，本领域技术人员可以根据实际情况更换为其他高温蓄热装置TS。
该高温蓄热式压缩空气储能系统，还包括：第二回热器RG2，第二回热器RG2与首级膨胀机T1的入口、第y级膨胀机Ty的出口，以及储气室AS出口连接；储气室AS出口的空气经第二回热器RG2后进入高温蓄热装置TS吸热，再进入首级膨胀机T1以膨胀做功，第y级膨胀机Ty出口的空气经过第二回热器RG2冷却后排出。
需要说明的是，本实施例中，第y级膨胀机Ty是指：多级膨胀机T1～Tn中除首级膨胀机T1以外的任一级膨胀机。
作为实施方式之一，第y级膨胀机Ty为末级膨胀机Tn，此时第二回热器RG2与首级膨胀机T1的入口、末级膨胀机Tn的出口，以及储气室AS出口连接；末级膨胀机Tn出口的空气经过第二回热器RG2冷却后排出。需要说明的是，本领域所属技术人员可以根据实际情况，对第y级膨胀机Ty进行选择。
如图2所示，该高温蓄热式压缩空气储能系统，还包括：高温热输送单元，适于向该系统输送高温热，以提高膨胀机入口温度。
具体地，所述高温热为太阳能热，或工业余热，或风能热量。特别是太阳能、风能等，从而实现对可再生能源的回收利用。
所述高温热输送单元直接向膨胀机入口输送高温热，作为可变换的实施方式，如图2所示，所述高温热输送单元向高温蓄热装置TS输送高温热，然后再通过高温蓄热装置TS提升膨胀机出口温度。
该高温蓄热式压缩空气储能系统，包括供热单元，供热单元与所述集热单元连通，以将各级膨胀机的出口的余热进行利用。具体地，所述供热单元包括换热器R和余热利用散热器S，换热器R与膨胀机出口连接以置换膨胀机出口的空气热能，余热利用散热器S与换热器R连接以利用热能。
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他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。而由此所引申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 (15)

1.一种高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，包括：
多级压缩机C1～Cn、多级膨胀机T1～Tn和储气室AS；
高温蓄热装置TS和第一回热器RG1，各级压缩机出口的空气进入高温蓄热装置TS以储存高温热量；第一回热器RG1与第x级压缩机Cx的入口、末级压缩机Cn经高温蓄热器TS后的出口，以及储气室AS入口连接；
空气经过第一回热器RG1后进入第x级压缩机Cx入口，末级压缩机Cn出口的空气经过高温蓄热装置TS储热后，再经过第一回热器RG1冷却后进入储气室AS。
2.根据权利要求1所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，第一回热器RG1与首级压缩机C1的入口、末级压缩机Cn经高温蓄热后的出口，以及储气室AS入口连接；空气经过第一回热器RG1后进入首级压缩机C1入口。
3.根据权利要求1所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，高温蓄热装置TS为整体结构，各级压缩机的出口与高温蓄热装置TS连接。
4.根据权利要求3所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述高温蓄热装置为填充床蓄热，或双罐间接蓄热，或单罐蓄热。
5.根据权利要求1所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，高温蓄热装置TS为显热蓄热，或相变蓄热，或热化学蓄热。
6.根据权利要求1-5中任一所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，还包括：
第二回热器RG2，第二回热器RG2与首级膨胀机T1的入口、第y级膨胀机Ty的出口，以及储气室AS出口连接；
储气室AS出口的空气经第二回热器RG2后进入高温蓄热装置TS吸热，再进入首级膨胀机T1以膨胀做功，第y级膨胀机Ty出口的空气经过第二回热器RG2冷却后排出。
7.根据权利要求6所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，第二回热器RG2与首级膨胀机T1的入口、末级膨胀机Tn的出口，以及储气室AS出口连接；末级膨胀机Tn出口的空气经过第二回热器RG2冷却后排出。
8.根据权利要求6所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，还包括：高温热输送单元，适于向该系统输送高温热，以提高膨胀机入口温度。
9.根据权利要求8所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，所述高温热为太阳能热，或工业余热，或风能热量。
10.根据权利要求8所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，所述高温热输送单元直接向膨胀机入口输送高温热，和/或，
所述高温热输送单元通过高温蓄热装置TS输送高温热。
11.根据权利要求8所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，包括供热单元，供热单元与所述集热单元连通，以将各级膨胀机的出口的余热进行利用。
12.根据权利要求11所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，所述供热单元包括换热器R和余热利用散热器S，换热器R与膨胀机出口连接以置换膨胀机出口的空气热能，余热利用散热器S与换热器R连接以利用热能。
13.根据权利要求1所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，各级压缩机可为离心式、轴流式、混流式、螺杆式、活塞式。
14.根据权利要求1所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，各级膨胀机可为向心式、轴流式、混流式、螺杆式、活塞式。
15.根据权利要求1所述的高温蓄热式压缩空气储能系统，其特征在于，储气室AS可为地下洞穴、储气罐、储气管道、气囊形式。
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