CN114412749A - 一种喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统及方法 - Google Patents

一种喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114412749A
CN114412749A CN202111446995.0A CN202111446995A CN114412749A CN 114412749 A CN114412749 A CN 114412749A CN 202111446995 A CN202111446995 A CN 202111446995A CN 114412749 A CN114412749 A CN 114412749A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
compressor
ejector
energy storage
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.)
Pending
Application number
CN202111446995.0A
Other languages
English (en)
Inventor
邓建强
周升辉
何阳
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.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong 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 Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202111446995.0A priority Critical patent/CN114412749A/zh
Publication of CN114412749A publication Critical patent/CN114412749A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • F04B39/064—Cooling by a cooling jacket in the pump casing
    • 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
    • F04B39/10—Adaptations or arrangements of distribution members
    • 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
    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/121—Casings
    • 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
    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/123—Fluid connections
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Abstract

本发明公开了一种喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统及方法，属于压缩空气储能技术领域。本发明首次将使用喷射器和压缩机组滑压运行同时应用于压缩空气储能系统的储能过程，喷射器替代节流阀，利用高压空气引射低压空气，获得中间压力注入高压储气室，回收部分压力能，减小第四段压缩机工作载荷。在第二个储能阶段，压缩机组滑压运行，减少了压缩机组的能量消耗。喷射器与压缩机组滑压运行配合使用，减少压缩机组非设计工况范围，简化操作流程，提高了系统循环效率及系统运行的安全性和稳定性。本发明中的优化方法，为压缩空气储能系统的储能过程的优化设计提供了参考。

Description

一种喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统及 方法
技术领域
本发明属于压缩空气储能技术领域，尤其涉及压缩空气储能系统的储能过程的技术优化与流程改进。
背景技术
根据压缩空气储能系统的储气室体积是否变化，分为等体积和恒压压缩空气储能系统。专利(CN108953099B)中提出了一种等压压缩空气储能系统，其中压缩机组和膨胀机组可在设计工况下高效稳定运行，由于该系统需要大量的水来维持储气室压力恒定，该系统的使用范围受到限制。等体积压缩空气储能系统可避免需水量大的问题。等体积压缩空气储能系统，当高压级压缩机出口或高压级膨胀机入口安装节流阀时，压缩机组和膨胀机组均不会受储气室压力的变化的影响而在设计工况下工作，但使用节流阀会给储能系统带来节流损失。为节流阀带来的节流损失，专利(CN104675464B)采用分级运行压缩机，可减少压缩机压力能的损失，但当高压级压缩机入口压力小于高压储气室的初始压力时，该专利不能有效实施。为减少释能过程中节流阀的节流损失，专利(CN109915345B)和专利(CN109915345B)均使用喷射器作为调压设备，储气室的高压气体作主动流，高、中压级膨胀机出口或中间抽气作引射流，喷射器为膨胀机入口提供压力稳定的中间压力空气。喷射器回收压力能，减少节流阀带来的节流损失，提高高压储气室内压缩空气的利用率和系统的循环效率。
不同于上述释能过程中使用喷射器替代节流阀的方案，专利(CN111075695A)首次提出将喷射器应用于压缩空气储能系统的储能过程，喷射器增大储气室入口流量，减小了节流阀带来的节流损失和压缩机组能量消耗；但系统使用多个喷射器和储气室，增大了系统的复杂程度和控制难度，而且当高压储气室的空气压力大于喷射器出口临界压力时，喷射器失去作用，此时仍需使用节流阀来稳定压缩机出口压力。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统及方法，以解决现有技术中节流损失严重，压缩机工作载荷重、能量消耗大，系统实施难度高的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统，包括：调温调压系统、三通阀B、喷射器、高压储气室、低温蓄热介质储罐和高温蓄热介质储罐；
调温调压系统内的换热器D经三通阀B一端与高压储气室入口相连，换热器D通过三通阀B另一端连接喷射器后再与高压储气室连接；所述低温蓄热介质储罐、高温蓄热介质储罐分别连接至调温调压系统。
优选地，所述调温调压系统包括压缩机组与换热器组，所述压缩机组由第一段压缩机、第二段压缩机、第三段压缩机和第四段压缩机用连接管道顺次相接构成；所述换热机组包括换热器A、换热器B、换热器C以及换热器D；换热器A位于第一段压缩机与第二段压缩机之间，换热器B位于第二段压缩机与第三段压缩机之间，第三段压缩机、换热器C及第四段压缩机顺次相连，第四段压缩机与换热器D连接后与三通阀B相连接。
进一步优选地，在换热器C与第四段压缩机之间安装有流量调节阀A，同时，流量调节阀A与喷射器的引射流入口相连。
进一步优选地，所述第一段压缩机、第二段压缩机、第三段压缩机和第四段压缩机的级数均≥1，根据升压比需求调整各段压缩机的级数。
进一步优选地，低温蓄热介质储罐与调温调压系统相连的管路上设有流量调节阀C和增压泵。
本发明还公开了采用上述的喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统进行的压缩空气储能方法，包括：
第一个储能阶段：
大气空气进入调温调压系统进行若干次“升温升压-降温”过程，并且将经过“升温升压-降温”过程后的压缩空气分为两部分，第一部分继续升温升压后，经D换热器降温后作为主动流进入喷射器，第二部分空气作为引射流直接进入喷射器，两部分空气在喷射器中充分混合后注入高压储气室，当高压储气室内空气压力等于喷射器的最大出口压力时，调节流量调节阀A和三通阀B，使喷射器停止工作；
第二个储能阶段：
进入调温调压系统进行若干次“升温升压-降温”过程，最后被D换热器降温后直接注入高压储气室，各段压缩机的转速保持不变，压缩机组的出口压力随储气罐的压力升高而升高，当高压储气室的压力等于最大储气压力时，各段压缩机停止工作，第二个储能阶段结束，完成储能。
优选地，在整个储能过程中，增压泵将低温蓄热介质储罐中的换热介质分别输送至调温调压系统进行换热升温，换热升温后的换热介质进入高温蓄热介质储罐贮存，其中C流量调节阀根据换热需要调节增压泵的工作介质流量。
优选地，各段压缩机的转速在整个储能过程中均为设计值，喷射器在储能过程的两个阶段中工作状态为，在第一个储能阶段，当高压储气室内空气压力低于喷射器的最大出口压力时，喷射器正常工作，在第二个储能阶段，当高压储气室内空气压力大于等于喷射器的最大出口压力时，喷射器停止工作，压缩机组出口压力随储气室内空气压力的升高而增大。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开的喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统，调温调压系统连接换热器D，换热器D通过三通阀B一端与喷射器主动流入口连接，为喷射器提供高压主动流，另一端直接与高压储气室入口相连；部分空气作为引射流进入喷射器；主动流与引射流在喷射器中充分混合，混合后的空气直接注入高压储气室。使用喷射器，增大了压缩机组开始滑压运行时高压储气室的空气压力，缩小了压缩机运行的非设计工况范围，避免了因高压储气室压力过小而导致压缩机发生堵塞的危险。喷射器是通过动量转换的方式利用高压流体即主动流的膨胀来压缩低压流体即引射流的设备，喷射器没有运动部件，操作简单，成本低；低温蓄热介质储罐与各个换热器之间安装增压泵，该泵一方面给低温蓄热介质提供压力能使低温蓄热介质能顺利在相关换热器内流动，另一方面为低温蓄热介质增压，避免冷却介质在换热器内发生相变；低温蓄热介质储罐为各个换热器提供低温蓄热介质，被加热后的冷却介质储存在高温蓄热介质储罐，高温蓄热介质储罐内的蓄热介质可为压缩空气储能系统的释能过程提供热量，也可为周边用户直接提供热量。本发明的系统整体设备简单，操作容易，实施方便，安全稳定且节能降耗；当电网或可再生能源发电的电能大于电能需求时，多余的电能驱动各段压缩机组工作，使大气空气升温升压，各段压缩机出口的换热器将升温升压的空气的压力能和热能分离，分别存入高压储气室和高温蓄热介质储罐，在有电能或热能需求时将能量释放，达到节能降耗的效果。
进一步地，在换热器C与第四段压缩机之间安装有流量调节阀A，同时，流量调节阀A直接与喷射器相连；流量调节阀A起到流量分配的作用，将换热器C出口的空气根据质量流量大小的需要分别分配到第四段压缩机和喷射器引射流入口。
进一步地，第一段压缩机、第二段压缩机、第三段压缩机和第四段压缩机的级数均≥1，根据各段压缩机升压比的大小需求，增减压缩机的数量，降低单一压缩机对高压比的要求，也减少了过量使用压缩机带来的能量损失。
进一步地，进一步地，C流量调节阀调节增压泵的工作介质流量，用于控制增压泵的入口流量，使低温蓄热介质达到预期的换热储能目的。流量调节阀C保障各个换热器在两个储能阶段均能有效工作。
本发明公开的单喷射器强化储气的压缩空气储能系统的储能工艺，用喷射器替代节流阀，避免了节流损失，回收了部分压力能，降低了压缩机组的工作载荷；在储能过程中使用喷射器，避免了节流损失，回收了部分压力能，降低了第四段压缩机的工作载荷，减少了压缩机的能量消耗；在第二个储能阶段，压缩机组滑压运行，压缩机组出口压力随储气室压力的升高而增大，该操作一方面避免了节流阀的使用，另一方面也减少了压缩机组的能量消耗。在第二个储能阶段，压缩机组的转速为设计值，压缩机组滑压运行，各段压缩机的出口压力随着高压储气室的压力升高而升高，避免了节流阀的使用，也减少了压缩机组的能量消耗；相比于压缩机组仅滑压操作的压缩空气储能系统，喷射器的使用缩小了压缩机组非设计工况范围。
进一步地，各段压缩机的转速在整个储能过程中均为设计值，避免了变频电机的使用，也避免了压缩机组的复杂操作。储能过程的两个阶段中，在第一个储能阶段，喷射器的使用，回收了部分压力能，同时将第四段压缩机的工作流量减小为设计流量的88.5％，降低了第四段压缩机的工作载荷，减少了压缩机组的能量消耗；同时使前三段压缩机在设计工况下工作，第四段压缩机安全稳定运行。在第二个储能阶段，压缩机组滑压运行，各段压缩机的出口压力随着高压储气室的压力升高而升高，避免了节流阀的使用，也减少了压缩机组的能量消耗；喷射器的使用降低了压缩机组发生堵塞的风险，降低了系统储气过程中的安全隐患。
附图说明
图1为本发明的喷射器联合滑压运行的压缩空气储能系统及工艺的结构示意图；
图2为实施例中各段压缩机出口压力、喷射器出口压力、高压储气室内空气压力和压缩机组工作质量流量随储气时间的变化规律；
图3为实施例中各段压缩机等熵效率随时间的变化规律。
其中：11-第一段压缩机；12-第二段压缩机；13-第三段压缩机；14-第四段压缩机；21-换热器A；22-换热器B；23-换热器C；24-换热器D；31-流量调节阀A；32-三通阀B；33-流量调节阀C；41-喷射器；51-高压储气室；61-增压泵；71-低温蓄热介质储罐；72-高温蓄热介质储罐。
图中实线表示空气的工艺流程线，虚线表示蓄热换热介质的工艺流程线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例
参见图1，包括：第一段压缩机11，第二段压缩机12，第三段压缩机13，第四段压缩机14，换热器21A，换热器B 22，换热器C 23，换热器D 24，流量调节阀A 31，三通阀B 32，流量调节阀C 33，流量调节阀D 34，喷射器41，高压储气室51，增压泵61，低温蓄热介质储罐71，高温蓄热介质储罐72，以及相关空气和储热换热介质输送管道。
第一段压缩机11、第二段压缩机12、第三段压缩机13和第四段压缩机14用连接管道顺次相接；换热器A 21位于第一段压缩机11与第二段压缩机12之间，换热器B 22位于第二段压缩机12与第三段压缩机13之间，第三段压缩机13、换热器C 23及第四段压缩机14顺次相连，第四段压缩机14与换热器D 24连接后与三通阀B 32相接；换热器D 24经三通阀B32一端直接与高压储气室51入口直接相连，通过三通阀B 32另一端连接喷射器41后与高压储气室51连接；低温蓄热介质储罐71、高温蓄热介质储罐72分别连接各个换热器，低温蓄热介质储罐71与各个换热器连接的主路上设有增压泵61。
实施例中，压缩空气储能系统的储气过程分两个阶段完成。各段压缩机的额定流量为10kg·s-1，等熵效率为85％，均为单级压缩机。在第一个储气阶段，第一段压缩机11、第二段压缩机12、第三段压缩机13均在设计工况下工作，在喷射器41的作用下，第四段压缩机14的流量为8.85kg·s-1，低于设计流量，其中喷射器41的引射比为0.13。
高压储气室51的体积为5000m3，初始储气压力为4.5MPa，最大储气压力为10MPa，大气温度为300K，大气压力0.101325MPa，各个换热器的换热介质为液态水，入口温度为300K，流量均为3kg·s-1。假设空气经过单个换热器的压降均为0.02MPa。
实施例具体实施步骤如下所示：
在用电低谷时期，可再生能源或电网为压缩机组提供电能，调节流量调节阀A 31、三通阀B 32、流量调节阀C 33，使压缩机组与换热器组、喷射器41等设备相互配合有效工作。
第一个储能阶段：0.101MPa的大气空气经过流量调节阀A 31进入第一段压缩机11升温升压至0.327MPa，压缩空气经A换热器21中的换热介质降温后气压为0.307MPa，进入第二段压缩机12升温升压后气压为0.989MPa，接着压缩空气经B换热器22中的换热介质降温后气压为0.969MPa，进入第三段压缩机13升温升压后气压为3.125MPa，经换热器C 23降温后的压缩空气气压为3.105MPa，被流量调节阀A 31分成两股流体；第一股流体进入第四段压缩机14升温升压后气压为8.832MPa，经换热器D 24降温后气压为8.812MPa，作为气压为8.812MPa的主动流，进入喷射器41，第二股流体作为引射流，气压为3.105MPa，引射流进入喷射器41；高、低压两股流体经喷射器41混合后直接注入高压储气室51，其中喷射器41出口压力随高压储气室51的压力升高而升高，当高压储气室51的空气压力等于喷射器41的最大出口压力即6.091MPa时，调节流量调节阀A 31和三通阀B 32，使喷射器41停止工作，第一个储能阶段结束。其中喷射器41出口压力、四段压缩机、高压储气室51的储气压力随储气时间的变化规律如图2所示。
第二个储能阶段：0.101MPa的大气空气进入第一段压缩机11升温升压，接着被换热器A 21降温，降温后的压缩空气进入第二段压缩机12升温升压，然后进入换热器B 22换热降温，降温后的压缩空气进入第三段压缩机13升温升压，接着压缩空气进入换热器C 23降温，降温后的压缩空气进入第四段压缩机14，然后进入换热器D 24降温，最后直接进入高压储气罐51；其中，四段压缩机的出口压力随储气过程的进行逐渐增大，四段压缩机出口压力随储气时间的变化规律如图2所示。当换热器D 24出口压力等于高压储气室51的最大储能压力10MPa时，第二个储能阶段结束。
实施例中，通过对实施例的操作过程以及结果进行分析可知，在第一个储能阶段，喷射器41利用第四段压缩机14出口的高压空气引射第三段压缩机13出口的空气，获得中间压力注入高压储气室51，且喷射器41出口的空气压力随高压储气罐51的空气压力升高而升高；喷射器14的使用，回收了部分压力能，同时将第四段压缩机14的工作流量减小为设计流量的88.5％，降低了第四段压缩机14的工作载荷，减少了压缩机组的能量消耗；同时使前三段压缩机在设计工况下工作，第四段压缩机14安全稳定运行。在第二个储能阶段，各段压缩机的出口压力均随储气时间的推进逐渐升高，如图2所示。从图2也可以看出，压缩机组的工作质量流量在第一储能阶段能保持为设计值，第二个储能阶段压缩机组的工作流量均大于设计值。当压缩机的工作流量大于设计流量时，压缩机的等熵效率随工作流量的增大而减小，假设压缩机等熵效率降低至设计值的85％时的流量为堵塞流量，本例为11.19kg·s-1，不使用喷射器41和节流阀的压缩空气储能系统，压缩机组全程滑压运行，最大工作流量为11.06kg·s-1，虽然没有超过堵塞流量，但当初始储气压力进一步降低时，压缩机组的工作流量极易超过堵塞流量，给压缩机组的运行带来安全隐患；使用喷射器41的储能系统，压缩机组先在固定流量下稳定工作，然后是滑压运行，最大工作流量为10.91kg·s-1，而且在喷射器41的作用下，即使降低初始储气压力，对压缩机组的最大工作流量基本不产生影响。从图3也可以看出，本实施例的四段压缩机等熵效率随储气时间的变化规律，各个压缩机均在较低储气压力条件下等熵效率较低，其中第一个储能阶段使用喷射器41，可保证各个压缩机在较低储气压力下仍能安全稳定地工作。因此使用喷射器41减小了压缩机组非设计工况运行范围，本发明涉及的系统更安全可靠。
从减少能耗的角度出发，将高压储气罐51压力从4.5MPa升高至10.0MPa，完成该储气过程，高压储气罐51入口安装节流阀的压缩空气储能系统消耗能量45.61MW·h，高压储气罐51入口使用喷射器41的压缩空气储能系统消耗能量43.58MW·h，相对减少能量消耗4.45％。当两个系统的释能膨胀机和换热器使用情况相同的情况下，本发明涉及的储能系统循环效率为56.52％，相对使用节流阀的储能系统，提高了2.20％。则本专利涉及的储能系统1天可产生电能24.63MW·h。如果每户居民每天耗电平均为5kW·h，该实施例可为约4900户人供电一天。
本发明专利的重要特点：一是在储能过程中有效地使用了喷射器，二是换热器D24出口直接与高压储气室51入口连接，压缩机组的压比随储气室压力的升高而增大。喷射器41是通过动量转换的方式利用高压流体即主动流的膨胀来压缩低压流体即引射流的设备，喷射器41没有运动部件，操作简单，成本低。本专利中，喷射器41的主动流来自换热器D24出口降温后的高压空气，喷射器41的引射流来自换热器C 23出口的部分压缩空气，主动流与引射流在喷射器41中充分混合，混合后的空气直接注入高压储气室51，其中喷射器41出口压缩空气的压力随高压储气室51的压力升高而增大。此外，使用喷射器41，缩小了压缩机运行的非设计工况范围。在第一个储能阶段里使用喷射器41，可保证前三段压缩机在较低储气压力下仍能在设计工况下工作，而第四段压缩机14也能保证安全可靠运行。
综上所述，本发明首次将使用喷射器和压缩机组滑压运行同时应用于压缩空气储能系统的储能过程，喷射器替代节流阀，利用高压空气引射低压空气，获得中间压力注入高压储气室，回收部分压力能，减小第四段压缩机工作载荷。在第二个储能阶段，压缩机组滑压运行，减少了压缩机组的能量消耗。喷射器与压缩机组滑压运行配合使用，减少压缩机组非设计工况范围，简化操作流程，提高了系统循环效率及系统运行的安全性和稳定性。本发明中的优化方法，为压缩空气储能系统的储能过程的优化设计提供了参考。具体地，本发明的优势体现在：
1、提出了喷射器联合滑压运行的压缩空气储能系统及工艺，具有系统设备简单，操作容易，实施方便，安全稳定，节能降耗的优点。
2、相比于使用节流阀的压缩空气储能系统的储能过程，用喷射器替代节流阀，避免了节流损失，回收了部分压力能，降低了压缩机组的工作载荷；在第二个储能阶段，压缩机组的转速为设计值，压缩机组滑压运行，各段压缩机的出口压力随着高压储气室的压力升高而升高，避免了节流阀的使用，也减少了压缩机组的能量消耗；相比于压缩机组仅滑压操作的压缩空气储能系统，喷射器41的使用缩小了压缩机组非设计工况范围。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统，其特征在于，包括：调温调压系统、三通阀B(32)、喷射器(41)、高压储气室(51)、低温蓄热介质储罐(71)和高温蓄热介质储罐(72)；
调温调压系统内的换热器D(24)经三通阀B(32)一端与高压储气室(51)入口相连，换热器D(24)通过三通阀B(32)另一端连接喷射器(41)后再与高压储气室(51)连接；所述低温蓄热介质储罐(71)、高温蓄热介质储罐(72)分别连接至调温调压系统。
2.根据权利要求1所述的喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统，其特征在于，所述调温调压系统包括压缩机组与换热器组，所述压缩机组由第一段压缩机(11)、第二段压缩机(12)、第三段压缩机(13)和第四段压缩机(14)用连接管道顺次相接构成；所述换热机组包括换热器A(21)、换热器B(22)、换热器C(23)以及换热器D(24)；换热器A(21)位于第一段压缩机(11)与第二段压缩机(12)之间，换热器B(22)位于第二段压缩机(12)与第三段压缩机(13)之间，第三段压缩机(13)、换热器C(23)及第四段压缩机(14)顺次相连，第四段压缩机(14)与换热器D(24)连接后与三通阀B(32)相连接。
3.根据权利要求2所述的喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统，其特征在于，在换热器C(23)与第四段压缩机(14)之间安装有流量调节阀A(31)，同时，流量调节阀A(31)与喷射器(41)的引射流入口相连。
4.根据权利要求2所述的喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一段压缩机(11)、第二段压缩机(12)、第三段压缩机(13)和第四段压缩机(14)的级数均≥1，根据升压比需求调整各段压缩机的级数。
5.根据权利要求1所述的喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统，其特征在于，低温蓄热介质储罐(71)与调温调压系统相连的管路上设有流量调节阀C(33)和增压泵(61)。
6.采用权利要求1～5中任意一项所述的喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统进行的压缩空气储能方法，其特征在于，包括：
第一个储能阶段：
大气空气进入调温调压系统进行若干次“升温升压-降温”过程，并且将经过“升温升压-降温”过程后的压缩空气分为两部分，第一部分继续升温升压后，经D换热器(24)降温后作为主动流进入喷射器(41)，第二部分空气作为引射流直接进入喷射器(41)，两部分空气在喷射器(41)中充分混合后注入高压储气室(51)，当高压储气室(51)内空气压力等于喷射器(41)的最大出口压力时，调节流量调节阀A(31)和三通阀B(32)，使喷射器(41)停止工作；
第二个储能阶段：
进入调温调压系统进行若干次“升温升压-降温”过程，最后被D换热器(24)降温后直接注入高压储气室(51)，各段压缩机的转速保持不变，压缩机组的出口压力随储气罐的压力升高而升高，当高压储气室(51)的压力等于最大储气压力时，各段压缩机停止工作，第二个储能阶段结束，完成储能。
7.根据权利要求6所述的压缩空气储能方法，其特征在于，在整个储能过程中，增压泵(61)将低温蓄热介质储罐(71)中的换热介质分别输送至调温调压系统进行换热升温，换热升温后的换热介质进入高温蓄热介质储罐(72)贮存，其中C流量调节阀(33)根据换热需要调节增压泵(61)的工作介质流量。
8.根据权利要求6所述的压缩空气储能方法，其特征在于，各段压缩机的转速在整个储能过程中均为设计值，喷射器(41)在储能过程的两个阶段中工作状态为，在第一个储能阶段，当高压储气室(51)内空气压力低于喷射器(41)的最大出口压力时，喷射器(41)正常工作，在第二个储能阶段，当高压储气室(51)内空气压力大于等于喷射器(41)的最大出口压力时，喷射器(41)停止工作，压缩机组出口压力随储气室(51)内空气压力的升高而增大。
CN202111446995.0A 2021-11-30 2021-11-30 一种喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统及方法 Pending CN114412749A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111446995.0A CN114412749A (zh) 2021-11-30 2021-11-30 一种喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111446995.0A CN114412749A (zh) 2021-11-30 2021-11-30 一种喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114412749A true CN114412749A (zh) 2022-04-29

Family

ID=81265312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111446995.0A Pending CN114412749A (zh) 2021-11-30 2021-11-30 一种喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114412749A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116952046A (zh) * 2023-08-24 2023-10-27 百穰新能源科技(深圳)有限公司 基于工质气液相变的储能系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107939525A (zh) * 2017-11-07 2018-04-20 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 压缩空气储能系统中的燃气膨胀机做功系统及方法
CN109469598A (zh) * 2019-01-21 2019-03-15 贵州电网有限责任公司 一种压缩空气储能压气机系统及其控制方法
CN209586452U (zh) * 2018-12-05 2019-11-05 中储国能(北京)技术有限公司 一种喷射膨胀复合式压缩空气储能系统
CN111075695A (zh) * 2019-12-25 2020-04-28 西安交通大学 一种喷射器强化储气的压缩空气储能系统及其储气工艺

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107939525A (zh) * 2017-11-07 2018-04-20 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 压缩空气储能系统中的燃气膨胀机做功系统及方法
CN209586452U (zh) * 2018-12-05 2019-11-05 中储国能(北京)技术有限公司 一种喷射膨胀复合式压缩空气储能系统
CN109469598A (zh) * 2019-01-21 2019-03-15 贵州电网有限责任公司 一种压缩空气储能压气机系统及其控制方法
CN111075695A (zh) * 2019-12-25 2020-04-28 西安交通大学 一种喷射器强化储气的压缩空气储能系统及其储气工艺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周升辉 等: "喷射器强化压缩空气储能充能过程", 《储能科学与技术》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116952046A (zh) * 2023-08-24 2023-10-27 百穰新能源科技(深圳)有限公司 基于工质气液相变的储能系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5934063A (en) Method of operating a combustion turbine power plant having compressed air storage
CN105863751B (zh) 一种闭式低温压缩空气储能系统和方法
US6134873A (en) Method of operating a combustion turbine power plant at full power at high ambient temperature or at low air density using supplemental compressed air
CN109915345B (zh) 一种带喷射器多级优化的压缩空气储能系统及方法
CN114111413B (zh) 一种采用二氧化碳混合工质的压缩储能系统及其工作方法
CN109826682B (zh) 一种可实现冷热电联供的集成型供能系统
CN214660403U (zh) 一种超临界二氧化碳发电同轴一体设备及置换式储能系统
CN111075695B (zh) 一种喷射器强化储气的压缩空气储能系统及其储气工艺
CN113187573A (zh) 一种超临界二氧化碳发电同轴一体设备及置换式储能方法
WO2018086238A1 (zh) 利用循环升压升温节能方法
CN113739516A (zh) 一种空分储能耦合富氧燃烧的系统及方法
CN112665214A (zh) 一种基于储能型二氧化碳循环冷热供应、消防伺服的综合系统及其运行方法
CN114412749A (zh) 一种喷射器联合压缩机组滑压操作的压缩空气储能系统及方法
CN114709934A (zh) 一种常温液态压缩二氧化碳混合工质储能系统及方法
CN215724557U (zh) 一种空分储能耦合富氧燃烧的系统
CN113090506A (zh) 一种以压缩空气为能量来源的冷热电联供系统与方法
CN112556230A (zh) 一种带双级喷射器的船舶太阳能蒸气压缩制冷循环系统
CN117052494A (zh) 一种多级稳压硐穴式绝热压缩空气储能电站系统
CN114439563B (zh) 一种滑压膨胀的压缩空气储能系统及方法
CN113982703A (zh) 基于压缩蒸气储能实现电力系统削峰平谷的设备及其方法
CN112761745B (zh) 一种火力发电机组热水储能系统及方法
CN114754519A (zh) 一种利用地热井储能蓄热的抽水压缩空气储能系统及方法
CN113958374A (zh) 一种部分抽气的多级换热液化空气储能系统及方法
CN117266944B (zh) 一种基于储气罐温度控制的绝热压缩空气储能系统
CN113218096B (zh) 一种冷热联供系统及工作方法

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20220429

RJ01 Rejection of invention patent application after publication