CN114033505B - 一种热电联供型分布式压缩空气系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热电联供型分布式压缩空气系统及其控制方法，涉及储能技术领域。该热电联供型分布式压缩空气系统包括控制器、单级压缩机、单级透平机、换热装置、梯压储气装置和蓄热装置。换热装置与蓄热装置连接，梯压储气装置包括多个体积不同的储气罐，多个储气罐的预设气压不同，控制器同时与多个储气罐连接，控制器用于在供热场景下控制多个按照体积由小至大的顺序排列的储气罐的预设气压由低至高，控制器还用于在供电场景下控制多个按照体积由小至大的顺序排列的储气罐的预设气压由高至低。本发明提供的热电联供型分布式压缩空气系统能够根据用户需求选择不同的供能方式，在供热场景下进行高效供热，或者在供电场景下进行高效供电。

Description

一种热电联供型分布式压缩空气系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及储能技术领域，具体而言，涉及一种热电联供型分布式压缩空气系统及其控制方法。
背景技术
随着能源供应、能源需求的多元化发展，综合能源系统将是未来能源利用的重要载体。压缩空气储能技术具有冷、热、电三联产的特征，可作为综合能源系统中的能量枢纽，起到平抑可再生能源输出功率的波动，提高可再生能源渗透率和综合能源利用率的重要作用。
由于综合能源系统中对热、电的应用需求较大，因此热电联供是压缩空气储能技术在综合能源系统中的主要应用形式。然而，受初始系统架构及设计的影响，常规压缩空气储能系统往往无法做到同时兼顾高效供热和高效供电。一般而言，现有常规压缩空气储能系统的设计大多偏向高效供电模式，导致了其在面向热需求较大的应用场景时无法很好的满足需求，从而限制了压缩空气储能系统在综合能源系统中的进一步广泛应用。
有鉴于此，设计出一种能够兼顾高效供热和高效供电的热电联供型分布式压缩空气系统及其控制方法特别是在综合能源系统中显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热电联供型分布式压缩空气系统，能够根据用户需求选择不同的供能方式，在供热场景下进行高效供热，或者在供电场景下进行高效供电，相比常规压缩空气储能系统可实现更灵活的热电联供比例。
本发明的另一目的在于提供一种热电联供型分布式压缩空气系统的控制方法，能够根据用户需求选择不同的供能方式，在供热场景下进行高效供热，或者在供电场景下进行高效供电，相比常规压缩空气储能系统可实现更灵活的热电联供比例。
本发明是采用以下的技术方案来实现的。
一种热电联供型分布式压缩空气系统，包括控制器、单级压缩机、单级透平机、换热装置、梯压储气装置和蓄热装置，其中，换热装置与蓄热装置连接，梯压储气装置包括多个体积不同的储气罐，多个储气罐的预设气压不同；单级压缩机、换热装置和梯压储气装置依次连接，且组合形成第一回路，单级压缩机用于按照预设气压由低至高的顺序将空气压缩后注入多个储气罐，以使多个储气罐内的实际气压达到各自的预设气压，换热装置用于将空气压缩产生的热量储存于蓄热装置内；单级透平机、换热装置和梯压储气装置依次连接，且组合形成第二回路，多个储气罐用于按照预设气压由高至低的顺序将空气注入单级透平机，以使单级透平机做功透平，换热装置用于利用蓄热装置的热量对注入单级透平机的空气进行加热；控制器同时与多个储气罐连接，控制器用于在供热场景下控制多个按照体积由小至大的顺序排列的储气罐的预设气压由低至高，控制器还用于在供电场景下控制多个按照体积由小至大的顺序排列的储气罐的预设气压由高至低。
可选地，储气罐的数量为三个，分别为第一储气罐、第二储气罐和第三储气罐，第一储气罐、第二储气罐和第三储气罐并联设置，第一储气罐的体积小于第二储气罐的体积，第二储气罐的体积小于第三储气罐的体积。
可选地，第一储气罐的体积、第二储气罐的体积和第三储气罐的体积的比例为1:1.2:2。
可选地，第一回路的数量为三个，单级压缩机、换热装置和第一储气罐依次连接，且组合形成第一个第一回路，单级压缩机、换热装置和第二储气罐依次连接，且组合形成第二个第一回路，单级压缩机、换热装置和第三储气罐依次连接，且组合形成第三个第一回路。
可选地，在供热场景下，第一储气罐、单级压缩机、换热装置和第二储气罐依次连接，单级压缩机用于将第一储气罐内的空气压缩后注入第二储气罐；第一储气罐、单级压缩机、换热装置和第三储气罐依次连接，单级压缩机用于将第一储气罐内的空气压缩后注入第三储气罐；第二储气罐、单级压缩机、换热装置和第三储气罐依次连接，单级压缩机用于将第二储气罐内的空气压缩后注入第三储气罐。
可选地，第二回路的数量为三个，单级透平机、换热装置和第一储气罐依次连接，且组合形成第一个第二回路，单级透平机、换热装置和第二储气罐依次连接，且组合形成第二个第二回路，单级透平机、换热装置和第三储气罐依次连接，且组合形成第三个第二回路。
可选地，在供热场景下，单级透平机同时与第一储气罐和第二储气罐连接，单级透平机用于在利用第三储气罐的空气做功透平后将输出的空气注入第一储气罐、注入第二储气罐或者排至外界；单级透平机还用于在利用第二储气罐的空气做功透平后将输出的空气注入到第一储气罐或者排至外界；单级透平机还用于在利用第一储气罐的空气做功透平后将输出的空气排至外界。
可选地，换热装置包括冷却器和回热器，蓄热装置包括第一蓄热罐和第二蓄热罐，第一蓄热罐通过冷却器与第二蓄热罐连接，第二蓄热罐通过回热器与第一蓄热罐连接。
可选地，热电联供型分布式压缩空气系统还包括换热器和发电机，换热器与蓄热装置连接，换热器用于利用蓄热装置的热量向外界供热，发电机与单级透平机连接，发电机用于利用单级透平机做的功进行发电。
一种热电联供型分布式压缩空气系统的控制方法，应用于上述的热电联供型分布式压缩空气系统，该热电联供型分布式压缩空气系统的控制方法包括：选择步骤：根据用户需求选择供热场景或者供电场景，以通过控制器调控多个体积不同的储气罐的预设气压的高低；储能步骤：控制单级压缩机按照预设气压由低至高的顺序将空气压缩后注入多个储气罐，直至多个储气罐内的实际气压达到各自的预设气压，并且控制换热装置将空气压缩产生的热量储存于蓄热装置内；释能步骤：控制多个储气罐按照预设气压由高至低的顺序将空气注入单级透平机，以使单级透平机做功透平，并且控制换热装置利用蓄热装置的热量对注入单级透平机的空气进行加热。
本发明提供的热电联供型分布式压缩空气系统及其控制方法具有以下有益效果：
本发明提供的热电联供型分布式压缩空气系统，换热装置与蓄热装置连接，梯压储气装置包括多个体积不同的储气罐，多个储气罐的预设气压不同；单级压缩机、换热装置和梯压储气装置依次连接，且组合形成第一回路，单级压缩机用于按照预设气压由低至高的顺序将空气压缩后注入多个储气罐，以使多个储气罐内的实际气压达到各自的预设气压，换热装置用于将空气压缩产生的热量储存于蓄热装置内；单级透平机、换热装置和梯压储气装置依次连接，且组合形成第二回路，多个储气罐用于按照预设气压由高至低的顺序将空气注入单级透平机，以使单级透平机做功透平，换热装置用于利用蓄热装置的热量对注入单级透平机的空气进行加热；控制器同时与多个储气罐连接，控制器用于在供热场景下控制多个按照体积由小至大的顺序排列的储气罐的预设气压由低至高，控制器还用于在供电场景下控制多个按照体积由小至大的顺序排列的储气罐的预设气压由高至低。与现有技术相比，本发明提供的热电联供型分布式压缩空气系统由于采用了体积和预设气压均不同的多个储气罐以及与换热装置连接的蓄热装置，所以能够根据用户需求选择不同的供能方式，在供热场景下进行高效供热，或者在供电场景下进行高效供电，相比常规压缩空气储能系统可实现更灵活的热电联供比例。
本发明提供的热电联供型分布式压缩空气系统的控制方法，应用于热电联供型分布式压缩空气系统，能够根据用户需求选择不同的供能方式，在供热场景下进行高效供热，或者在供电场景下进行高效供电，相比常规压缩空气储能系统可实现更灵活的热电联供比例。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的热电联供型分布式压缩空气系统的控制方法的结构框图；
图2为本发明实施例提供的热电联供型分布式压缩空气系统在储能时的流路图；
图3为本发明实施例提供的热电联供型分布式压缩空气系统在释能时的流路图。
图标：100-热电联供型分布式压缩空气系统；110-控制器；120-单级压缩机；130-单级透平机；140-换热装置；141-冷却器；142-回热器；150-梯压储气装置；151-第一储气罐；152-第二储气罐；153-第三储气罐；160-蓄热装置；161-第一蓄热罐；162-第二蓄热罐；170-换热器；180-发电机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“水平”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。
请结合参照图1、图2和图3(图2和图3中的实心箭头表示蓄热介质的流向，空心箭头表示空气的流向)，本发明实施例提供了一种热电联供型分布式压缩空气系统100，用于进行热电联供。其能够根据用户需求选择不同的供能方式，在供热场景下进行高效供热，或者在供电场景下进行高效供电，相比常规压缩空气储能系统可实现更灵活的热电联供比例。
热电联供型分布式压缩空气系统100包括控制器110、单级压缩机120、单级透平机130、换热装置140、梯压储气装置150、蓄热装置160、换热器170和发电机180。其中，换热装置140与蓄热装置160连接，控制器110与梯压储气装置150连接；单级压缩机120、换热装置140和梯压储气装置150依次连接，且组合形成第一回路；单级透平机130、换热装置140和梯压储气装置150依次连接，且组合形成第二回路；换热器170与蓄热装置160连接，换热器170用于利用蓄热装置160的热量向外界供热；发电机180与单级透平机130连接，发电机180用于利用单级透平机130做的功进行发电。
需要说明的是，梯压储气装置150包括多个体积不同的储气罐，多个储气罐的预设气压不同。控制器110同时与多个储气罐连接，控制器110用于在供热场景下控制多个按照体积由小至大的顺序排列的储气罐的预设气压由低至高，即体积最小的储气罐预设气压最低，体积最大的储气罐预设气压最高；控制器110还用于在供电场景下控制多个按照体积由小至大的顺序排列的储气罐的预设气压由高至低，即体积最小的储气罐预设气压最高，体积最大的储气罐预设气压最低。
具体地，储能时，单级压缩机120用于按照预设气压由低至高的顺序将空气压缩后注入多个储气罐，以使多个储气罐内的实际气压达到各自的预设气压，在此过程中，换热装置140用于将空气压缩产生的热量储存于蓄热装置160内。释能时，多个储气罐用于按照预设气压由高至低的顺序将空气注入单级透平机130，以使单级透平机130做功透平，在此过程中，换热装置140用于利用蓄热装置160的热量对注入单级透平机130的空气进行加热。
本实施例中，储气罐的数量为三个，分别为第一储气罐151、第二储气罐152和第三储气罐153，第一储气罐151、第二储气罐152和第三储气罐153并联设置，第一储气罐151的体积小于第二储气罐152的体积，第二储气罐152的体积小于第三储气罐153的体积。但并不仅限于此，在其它实施例中，储气罐的数量可以为四个，也可以为五个，对储气罐的数量不作具体限定。
具体地，控制器110同时与第一储气罐151、第二储气罐152和第三储气罐153连接，控制器110能够对第一储气罐151、第二储气罐152和第三储气罐153的预设气压进行调控，在供热场景下，第一储气罐151的预设气压为低压级，第二储气罐152的预设气压为中压级，第三储气罐153的预设气压为高压级；在供电场景下，第一储气罐151的预设气压为高压级，第二储气罐152的预设气压为中压级，第三储气罐153的预设气压为低压级。
进一步地，第一储气罐151的体积、第二储气罐152的体积和第三储气罐153的体积的比例为1:1.2:2，合理的第一储气罐151的体积、第二储气罐152的体积和第三储气罐153的体积的比例能够便于进行空气的梯级压缩。
本实施例中，第一回路的数量为三个，单级压缩机120、换热装置140和第一储气罐151依次连接，且组合形成第一个第一回路；单级压缩机120、换热装置140和第二储气罐152依次连接，且组合形成第二个第一回路；单级压缩机120、换热装置140和第三储气罐153依次连接，且组合形成第三个第一回路。
在供热场景下，第一储气罐151、单级压缩机120、换热装置140和第二储气罐152依次连接，单级压缩机120用于将第一储气罐151内的空气压缩后注入第二储气罐152；第一储气罐151、单级压缩机120、换热装置140和第三储气罐153依次连接，单级压缩机120用于将第一储气罐151内的空气压缩后注入第三储气罐153；第二储气罐152、单级压缩机120、换热装置140和第三储气罐153依次连接，单级压缩机120用于将第二储气罐152内的空气压缩后注入第三储气罐153。
具体地，在供热场景下储能时，首先采用单级压缩机120将空气压缩至低压状态后，依次注入三个储气罐，直至三个储气罐内的实际气压均达到低压级；然后抽取第一储气罐151内的空气，通过单级压缩机120将其压缩至中压级状态后，依次注入位于第二储气罐152和第三储气罐153内，直至第二储气罐152和第三储气罐153的实际压力均达到中压级；最后抽取第二储气罐152内的空气，通过单级压缩机120将其压缩至高压级状态后，注入第三储气罐153内，直至第三储气罐153的实际压力达到高压级。这样一来，在储能阶段结束时，第一储气罐151、第二储气罐152和第三储气罐153内的实际气压均达到各自的预设气压。
相应地，在供电场景下，第三储气罐153、单级压缩机120、换热装置140和第二储气罐152依次连接，单级压缩机120用于将第三储气罐153内的空气压缩后注入第二储气罐152；第三储气罐153、单级压缩机120、换热装置140和第一储气罐151依次连接，单级压缩机120用于将第三储气罐153内的空气压缩后注入第一储气罐151；第二储气罐152、单级压缩机120、换热装置140和第一储气罐151依次连接，单级压缩机120用于将第二储气罐152内的空气压缩后注入第一储气罐151。
具体地，在供电场景下储能时，首先采用单级压缩机120将空气压缩至低压状态后，依次注入三个储气罐，直至三个储气罐内的实际气压均达到低压级；然后抽取第三储气罐153内的空气，通过单级压缩机120将其压缩至中压级状态后，依次注入位于第一储气罐151和第二储气罐152内，直至第一储气罐151和第二储气罐152的实际压力均达到中压级；最后抽取第二储气罐152内的空气，通过单级压缩机120将其压缩至高压级状态后，注入第一储气罐151内，直至第一储气罐151的实际压力达到高压级。这样一来，在储能阶段结束时，第一储气罐151、第二储气罐152和第三储气罐153内的实际气压均达到各自的预设气压。
本实施例中，第二回路的数量为三个，单级透平机130、换热装置140和第一储气罐151依次连接，且组合形成第一个第二回路，单级透平机130、换热装置140和第二储气罐152依次连接，且组合形成第二个第二回路，单级透平机130、换热装置140和第三储气罐153依次连接，且组合形成第三个第二回路。
在供热场景下，单级透平机130同时与第一储气罐151和第二储气罐152连接，单级透平机130用于在利用第三储气罐153的空气做功透平后将输出的空气注入第一储气罐151、注入第二储气罐152或者排至外界；单级透平机130还用于在利用第二储气罐152的空气做功透平后将输出的空气注入到第一储气罐151或者排至外界；单级透平机130还用于在利用第一储气罐151的空气做功透平后将输出的空气排至外界。
具体地，在供热场景下释能时，首先释放第三储气罐153的空气经过单级透平机130透平后按照气压由大到小的顺序依次注入第二储气罐152、注入第一储气罐151以及排至外界；然后释放第二储气罐152的空气经过透平机透平后按照气压由大到小的顺序依次注入第一储气罐151以及排至外界；最后释放第一储气罐151的空气经过透平机透平后排至外界。
相应地，在供电场景下，单级透平机130同时与第二储气罐152和第三储气罐153连接，单级透平机130用于在利用第一储气罐151的空气做功透平后将输出的空气注入第二储气罐152、注入第三储气罐153或者排至外界；单级透平机130还用于在利用第二储气罐152的空气做功透平后将输出的空气注入到第三储气罐153或者排至外界；单级透平机130还用于在利用第三储气罐153的空气做功透平后将输出的空气排至外界。
具体地，在供电场景下释能时，首先释放第一储气罐151的空气经过单级透平机130透平后按照气压由大到小的顺序依次注入第二储气罐152、注入第三储气罐153或者排至外界；然后释放第二储气罐152的空气经过透平机透平后按照气压由大到小的顺序依次注入第三储气罐153或者排至外界；最后释放第三储气罐153的空气经过透平机透平后排至外界。
值得注意的是，在供热场景下，为了提高热电联供型分布式压缩空气系统100的供热效率，将第一储气罐151的预设气压设为低压级，第二储气罐152的预设气压设为中压级，第三储气罐153的预设气压设为高压级。由于高压级的第三储气罐153的体积最大，意味着经过三次梯级压缩的空气质量越多，使得节流压差导致的压缩热富余越多，整个系统可用于供热的压缩热也就越多，以便于实现高效供热。
而在供电场景下，为了提高热电联供型分布式压缩空气系统100的供电效率，将第一储气罐151的预设气压设为高压级，第二储气罐152的预设气压设为中压级，第三储气罐153的预设气压设为低压级。由于高压级的第一储气罐151的体积最小，意味着经过三次梯级压缩的空气质量越少，使得节流压差导致的压缩热富余越少，整个系统可用于供热的压缩热也就越少，但是此时因为经过三次梯级增压以及三次透平过程的空气质量越少，所以经过三次梯级增压以及三次透平过程导致的系统损耗也就越小，整个系统单位质量空气的发电效率增加，以便于实现高效供电。
换热装置140包括冷却器141和回热器142。蓄热装置160包括第一蓄热罐161和第二蓄热罐162，第一蓄热罐161通过冷却器141与第二蓄热罐162连接，第二蓄热罐162通过回热器142与第一蓄热罐161连接。具体地，第一蓄热罐161为低温罐，第二蓄热罐162为高温罐，在储能过程中，从第一蓄热罐161输出的低温蓄热介质通过冷却器141吸收单级压缩机120出口空气的压缩热后变成高温蓄热介质，并流向且储存于第二蓄热罐162；在释能过程中，从第二蓄热罐162输出的高温蓄热介质通过回热器142与进入单级透平机130的空气进行换热后变成低温蓄热介质，并流向且储存于第一蓄热罐161。
需要说明的是，第一蓄热罐161通过换热器170与第二蓄热罐162连接，在系统供热时，从第二蓄热罐162输出的高温蓄热介质通过换热器170与传热介质换热后变成低温蓄热介质，并流向且储存于第一蓄热罐161，而传热介质温度升高，以便于向外界供热，实现供热功能。
进一步地，发电机180与单级透平机130连接，在系统供电时，单级透平机130利用梯压储气装置150输入的空气做功透平，以通过发电机180进行发电，实现供电功能。
本发明实施例还提供了一种热电联供型分布式压缩空气系统的控制方法，该热电联供型分布式压缩空气系统的控制方法包括以下步骤：
选择步骤：根据用户需求选择供热场景或者供电场景，以通过控制器110调控多个体积不同的储气罐的预设气压的高低。
需要说明的是，在选择步骤中，若用户需求供热场景，则将第一储气罐151的预设气压设为低压级，第二储气罐152的预设气压设为中压级，第三储气罐153的预设气压设为高压级；若用户需求供电场景，则将第一储气罐151的预设气压设为高压级，第二储气罐152的预设气压设为中压级，第三储气罐153的预设气压设为低压级。
储能步骤：控制单级压缩机120按照预设气压由低至高的顺序将空气压缩后注入多个储气罐，直至多个储气罐内的实际气压达到各自的预设气压，并且控制换热装置140将空气压缩产生的热量储存于蓄热装置160内。
需要说明的是，在储能步骤中，启动冷却器141，利用单级压缩机120输出的压缩空气的压缩热对第一蓄热罐161输出的低温蓄热介质进行加热，此后压缩空气分别注入三个储气罐，蓄热介质升温后流入第二蓄热罐162。
释能步骤：控制多个储气罐按照预设气压由高至低的顺序将空气注入单级透平机130，以使单级透平机130做功透平，并且控制换热装置140利用蓄热装置160的热量对注入单级透平机130的空气进行加热。
需要说明的是，在释能步骤中，启动回热器142，利用第二蓄热罐162流向第一蓄热罐161的高温蓄热介质对三个储气罐输出的空气进行加热，此后该空气进入单级透平机130做功透平，蓄热介质降温后流入第一蓄热罐161。
本发明实施例提供的热电联供型分布式压缩空气系统100，换热装置140与蓄热装置160连接，梯压储气装置150包括多个体积不同的储气罐，多个储气罐的预设气压不同；单级压缩机120、换热装置140和梯压储气装置150依次连接，且组合形成第一回路，单级压缩机120用于按照预设气压由低至高的顺序将空气压缩后注入多个储气罐，以使多个储气罐内的实际气压达到各自的预设气压，换热装置140用于将空气压缩产生的热量储存于蓄热装置160内；单级透平机130、换热装置140和梯压储气装置150依次连接，且组合形成第二回路，多个储气罐用于按照预设气压由高至低的顺序将空气注入单级透平机130，以使单级透平机130做功透平，换热装置140用于利用蓄热装置160的热量对注入单级透平机130的空气进行加热；控制器110同时与多个储气罐连接，控制器110用于在供热场景下控制多个按照体积由小至大的顺序排列的储气罐的预设气压由低至高，控制器110还用于在供电场景下控制多个按照体积由小至大的顺序排列的储气罐的预设气压由高至低。与现有技术相比，本发明提供的热电联供型分布式压缩空气系统100由于采用了体积和预设气压均不同的多个储气罐以及与换热装置140连接的蓄热装置160，所以能够根据用户需求选择不同的供能方式，在供热场景下进行高效供热，或者在供电场景下进行高效供电，相比常规压缩空气储能系统可实现更灵活的热电联供比例。使得热电联供型分布式压缩空气系统的控制方法实用可靠，兼顾高效供热和高效供电。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热电联供型分布式压缩空气系统，其特征在于，包括控制器、单级压缩机、单级透平机、换热装置、梯压储气装置和蓄热装置，其中，所述换热装置与所述蓄热装置连接，所述梯压储气装置包括多个体积不同的储气罐，多个所述储气罐的预设气压不同；
所述单级压缩机、所述换热装置和所述梯压储气装置依次连接，且组合形成第一回路，所述单级压缩机用于按照预设气压由低至高的顺序将空气压缩后注入多个所述储气罐，以使多个所述储气罐内的实际气压达到各自的预设气压，所述换热装置用于将空气压缩产生的热量储存于所述蓄热装置内；
所述单级透平机、所述换热装置和所述梯压储气装置依次连接，且组合形成第二回路，多个所述储气罐用于按照预设气压由高至低的顺序将空气注入所述单级透平机，以使所述单级透平机做功透平，所述换热装置用于利用所述蓄热装置的热量对注入所述单级透平机的空气进行加热；
所述控制器同时与多个所述储气罐连接，所述控制器用于在供热场景下控制多个按照体积由小至大的顺序排列的所述储气罐的预设气压由低至高，所述控制器还用于在供电场景下控制多个按照体积由小至大的顺序排列的所述储气罐的预设气压由高至低。
2.根据权利要求1所述的热电联供型分布式压缩空气系统，其特征在于，所述储气罐的数量为三个，分别为第一储气罐、第二储气罐和第三储气罐，所述第一储气罐、所述第二储气罐和所述第三储气罐并联设置，所述第一储气罐的体积小于所述第二储气罐的体积，所述第二储气罐的体积小于所述第三储气罐的体积。
3.根据权利要求2所述的热电联供型分布式压缩空气系统，其特征在于，所述第一储气罐的体积、所述第二储气罐的体积和所述第三储气罐的体积的比例为1:1.2:2。
4.根据权利要求2所述的热电联供型分布式压缩空气系统，其特征在于，所述第一回路的数量为三个，所述单级压缩机、所述换热装置和所述第一储气罐依次连接，且组合形成第一个所述第一回路，所述单级压缩机、所述换热装置和所述第二储气罐依次连接，且组合形成第二个所述第一回路，所述单级压缩机、所述换热装置和所述第三储气罐依次连接，且组合形成第三个所述第一回路。
5.根据权利要求2所述的热电联供型分布式压缩空气系统，其特征在于，在供热场景下，所述第一储气罐、所述单级压缩机、所述换热装置和所述第二储气罐依次连接，所述单级压缩机用于将所述第一储气罐内的空气压缩后注入所述第二储气罐；所述第一储气罐、所述单级压缩机、所述换热装置和所述第三储气罐依次连接，所述单级压缩机用于将所述第一储气罐内的空气压缩后注入所述第三储气罐；所述第二储气罐、所述单级压缩机、所述换热装置和所述第三储气罐依次连接，所述单级压缩机用于将所述第二储气罐内的空气压缩后注入所述第三储气罐。
6.根据权利要求2所述的热电联供型分布式压缩空气系统，其特征在于，所述第二回路的数量为三个，所述单级透平机、所述换热装置和所述第一储气罐依次连接，且组合形成第一个所述第二回路，所述单级透平机、所述换热装置和所述第二储气罐依次连接，且组合形成第二个所述第二回路，所述单级透平机、所述换热装置和所述第三储气罐依次连接，且组合形成第三个所述第二回路。
7.根据权利要求2所述的热电联供型分布式压缩空气系统，其特征在于，在供热场景下，所述单级透平机同时与所述第一储气罐和所述第二储气罐连接，所述单级透平机用于在利用所述第三储气罐的空气做功透平后将输出的空气注入所述第一储气罐、注入所述第二储气罐或者排至外界；所述单级透平机还用于在利用所述第二储气罐的空气做功透平后将输出的空气注入到所述第一储气罐或者排至外界；所述单级透平机还用于在利用所述第一储气罐的空气做功透平后将输出的空气排至外界。
8.根据权利要求1所述的热电联供型分布式压缩空气系统，其特征在于，所述换热装置包括冷却器和回热器，所述蓄热装置包括第一蓄热罐和第二蓄热罐，所述第一蓄热罐通过所述冷却器与所述第二蓄热罐连接，所述第二蓄热罐通过所述回热器与所述第一蓄热罐连接。
9.根据权利要求1所述的热电联供型分布式压缩空气系统，其特征在于，所述热电联供型分布式压缩空气系统还包括换热器和发电机，所述换热器与所述蓄热装置连接，所述换热器用于利用所述蓄热装置的热量向外界供热，所述发电机与所述单级透平机连接，所述发电机用于利用所述单级透平机做的功进行发电。
10.一种热电联供型分布式压缩空气系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任一项所述的热电联供型分布式压缩空气系统，所述热电联供型分布式压缩空气系统的控制方法包括：
选择步骤：根据用户需求选择供热场景或者供电场景，以通过所述控制器调控多个体积不同的所述储气罐的预设气压的高低；
储能步骤：控制所述单级压缩机按照预设气压由低至高的顺序将空气压缩后注入多个所述储气罐，直至多个所述储气罐内的实际气压达到各自的预设气压，并且控制所述换热装置将空气压缩产生的热量储存于所述蓄热装置内；
释能步骤：控制多个所述储气罐按照预设气压由高至低的顺序将空气注入所述单级透平机，以使所述单级透平机做功透平，并且控制所述换热装置利用所述蓄热装置的热量对注入所述单级透平机的空气进行加热。
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