CN114440295B - 一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统及方法，在压缩空气储能系统中引入两级电蓄热模块，与热电联供机组耦合，可同时实现风电平抑、清洁供暖与热电解耦功能。本发明技术对于提升风电并网容量等级、助力“双碳”目标实现等方面具有重要的科学意义和价值。

Description

一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统及方法

技术领域

本发明属于能源利用领域，特别涉及一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统及方法。

背景技术

风力发电由于技术成熟且风能资源丰富，已经成为世界范围内增长最快的可再生能源利用方式。然而，风能资源受制于气象条件，呈现出间歇性、波动性及反调峰等特点，其并网将加剧电力系统中能量流的不确定性与无秩序性；加之风电装机远离主要负荷中心，导致了风电电力生产与负荷中心在空间分布上存在差异，本地消纳能力有限，使得“弃风、限电”现象普遍存在。特别是在供暖季，燃煤热电联供机组因供热任务而无法提供深度调峰能力，使得该现象尤为突出，造成了数量可观的清洁可再生能源浪费。因此，寻求风电平抑协助其消纳的支撑技术刻不容缓。

现阶段主要可通过两种方式去提升风电的并网容量，其一是配置规模化储能装置与风电耦合，来平抑风电功率波动以实现能量的高效时空管理；另一是提升现有燃煤火电机组，特别是热电联供机组的运行灵活性与深度调峰能力。

在现阶段诸多形式的储能技术中，常用的电网级储能技术主要为抽水蓄能和压缩空气储能技术。抽水蓄能技术受限于地形条件与水资源制约，不适宜在广泛地区内推广；而压缩空气储能技术虽在国内没有实现商业运行，但因其良好的技术性能，属于未来规模化储能的热点应用技术之一。然而，不管何种形式的压缩空气储能技术，其内部均存在相当数量的低品位热能尚未完全利用，如压缩过程热或透平排气热等，不符合能量梯级利用原则，限制了该系统的综合能源利用效率。

常规燃煤火电机组较易实现深度调峰，但热电联供机组在供暖季的“以热定电”运行模式导致了其强的热电耦合关系，限制了机组的运行灵活性，也降低了机组的深度调峰能力。目前主要是通过蒸汽储热供热、电极锅炉/电驱热泵供热、低压缸零出力供热和高中压缸旁路供热等多种方式来削弱燃煤热电联供机组的强热电耦合关系，实现热电解耦，以期为风电消纳提供上网空间。然而，这些热电联供机组的运行方式改进仍存在问题：首先，上述改进措施只是在一定程度上的热电解耦，仅削弱了热电联供机组的热电耦合关系，尚没有完全实现热、电自由调控，腾挪给规模化风电的上网空间有限；其次，采用调整火电机组的出力来实现风电消纳，需要火电机组的频繁调节，不利于机组的高效率运行，且会对机组运行寿命带来不利影响；最后，传统的采用热电联供机组实现冬季供热不属于清洁供暖方式，会造成一定程度的污染物排放。

另外，风电弃风电量通过电极锅炉或电驱热泵等方式可实现将可再生风能转换为热能进行供暖，在一定程度上实现了清洁供暖的目的，有利于减少化石能源消耗与污染物排放。

综上可见，因风能资源主要远离主要负荷中心，加之风电的间歇性、波动性与反调峰特点，使得其规模化并网将对电力系统安全稳定运行带来严重冲击，使得“弃风、限电”现象普遍存在。现阶段可通过引入如压缩空气储能等规模化储能系统，也可通过提升电网中燃煤火电机组，特别是热电联供机组的运行灵活性与深度调峰能力等方式来为风电并网提供辅助。现有技术中压缩空气储能系统存在多种低品位热能没有充分利用；热电联供机组热电解耦仅在一定程度上缓解了热电强耦合关系，且使用其协助风电并网将使得机组调节频繁，效率不高且不利于机组寿命。另外，风电弃风电量也可参与供热服务，一定程度上可实现清洁能源供暖目标，但目前利用弃风电量供暖也仅依靠单独的电极锅炉或电驱热泵等途径。显而易见，这三类技术中存在热、电等不同品位能量，具备交叉融合的潜质，但目前其发展均处于单独运行模式，没有实现深度交叉融合，没有将这几类系统中的热、电等不同品位能量进行综合利用，限制了能源综合利用效率的提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统及方法，以解决现阶段风电并网难、弃风限电现象严重的问题，本发明将压缩空气储能系统与燃煤热电联供机组进行了深度融合，综合利用两类系统中的热、电等不同品位能量，能够同时实现风电平抑、清洁供暖与热电解耦功能，对于提高风电并网容量、助力“双碳”目标实现等方面具有重要的科学意义和实用价值。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统，包括压缩空气储能模块、电蓄热模块以及电源/热源与智能调度模块；

所述压缩空气储能模块包括电机，所述电机的两侧分别连接有储能模块和释能模块，所述释能模块的末端连接有供热换热器，当储能模块运行时，电机运行于电动机模式，当释能模块运行时，电机运行于发电机模式；

所述电蓄热模块包括冷态储液罐，所述冷态储液罐的出口和入口之间连接有低温循环回路和高温循环回路，所述低温循环回路上设置有低温电加热器，所述高温循环回路上设置有高温电加热器，所述储能模块与高温循环回路的首端通过中冷器换热，所述释能模块与高温循环回路的尾端通过再热器换热；

所述电源/热源与智能调度模块包括常规机组、风力机组和热电联供机组，所述常规机组、风力机组和热电联供机组通过智能调度控制系统为用户、低温电加热器、高温电加热器及电机供电，所述热电联供机组的抽汽出口连接至主换热站，抽汽经在主换热站内放热后经连接至热电联供机组的抽汽进口返回热电联供机组，用户的供热回水管道连接至主换热站，经在主换热站内吸热后通过供热给水管道将供热给水输送至用户；

所述供热给水管道与供热换热器的出口端连通，所述供热回水管道与供热换热器的入口端连通，所述供热给水管道与供热换热器的出口端之间管路以及供热回水管道与供热换热器的入口端之间管路均连通至低温循环回路的副换热站。

进一步地，所述储能模块包括低压压气机和高压压气机，所述低压压气机和高压压气机同轴设置，所述低压压气机的出气口和高压压气机的进气口之间管路与中冷器连接，所述高压压气机与电机通过第一离合器连接，所述高压压气机的出气口通过固体蓄热器连接至储气容积，所述固体蓄热器与储气容积之间设置有第一阀门。

进一步地，所述释能模块包括高压透平和低压透平，所述高压透平和低压透平同轴设置，所述高压透平与电机通过第二离合器连接，所述储气容积的出口端通过固体蓄热器连接至高压透平的进气口，所述储气容积和固体蓄热器之间设置有第二阀门，所述高压透平的出气口和低压透平的进气口之间管路与再热器连接，所述低压透平的出口端连接至供热换热器。

进一步地，所述低温循环回路包括连接在冷态储液罐出口端的低温电加热器，所述低温电加热器的出口端连接有两条支路，第一支路连接至副换热站，第二支路通过低温储液罐连接至第一支路，所述副换热站的出口端连接至冷态储液罐的入口端。

进一步地，所述高温循环回路包括连接在冷态储液罐出口端的高温电加热器，所述冷态储液罐出口端与高温电加热器的入口端之间管路与中冷器连接，所述高温电加热器的出口端通过高温储液罐连接至冷态储液罐的入口端，所述高温储液罐的出口与冷态储液罐的入口端之间管路与再热器连接。

进一步地，所述冷态储液罐的出口端设置有第一三通阀，所述第一三通阀的第一口与冷态储液罐出口端连接，第二口与低温电加热器的入口端连接，第三口与中冷器的入口端连接；

所述冷态储液罐的入口端设置有第二三通阀，所述第二三通阀的第一口与冷态储液罐的入口端连接，第二口与副换热站的出口端连接，第三口与再热器的出口端连接。

进一步地，所述低温电加热器的出口端设置有第三三通阀，所述第三三通阀的第一口与低温电加热器的出口端连接，第二口与副换热站的入口端连接，第三口与低温储液罐的入口端连接；

所述第一支路上设置有第四三通阀，所述第四三通阀的第一口与第三三通阀的第二口连接，第四三通阀的第二口与低温储液罐的出口端连接，第三口与副换热站的入口端连接。

进一步地，所述供热给水管道上设置第五三通阀，所述第五三通阀的第一口与主换热站的出口端连接，第二口连接至用户端，第三口与供热换热器的出口端连接；

所述供热回水管道上设置有第六三通阀，所述第六三通阀的第一口与主换热站的入口端连接，第二口与用户端的输出端连接，第三口与供热换热器的入口端连接。

进一步地，所述第五三通阀的第三口与供热换热器的出口端之间的管路上设置有第七三通阀，所述第七三通阀的第一口与第五三通阀的第三口连接，第七三通阀的第二口与供热换热器的出口端连接，第七三通阀的第三口与副换热站的出口端连接；

所述第六三通阀的第三口与供热换热器的入口端之间的管路上设置有第八三通阀，所述第八三通阀的第一口与第六三通阀的第三口连接，第八三通阀的第二口与供热换热器的入口端连接，第八三通阀的第三口与副换热站的入口端连接。

一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能方法，包括供暖季夜间模式和供暖季日间模式；

当处于供暖季夜间模式时：

1-1)当风力机组存在较低弃风电量时，智能调度控制系统发出指令降低热电联供机组的出力水平，以减少其发电功率和供热功率，弃风电量经智能调度控制系统分配至电蓄热模块的低温循环回路，此时，冷态储液罐中的冷态蓄热介质进入低温电加热器，在低温电加热器中将弃风电量转换为热能加热蓄热介质，加热后的蓄热介质流入副换热站，在副换热站内传递热量给供热回水，进而产生供热给水供应给用户以弥补供热功率的缺额，放热后的蓄热介质进入冷态储液罐存储；

1-2)当风力机组存在较高弃风电量时，热电联供机组多余电能和风力机组弃风电量经智能调度控制系统分为三股，分别分配至压缩空气储能模块和电蓄热模块的高温循环回路和低温循环回路，对于压缩空气储能模块，其运行于储能模式，电动机利用分配的电能进行空气压缩，实现压缩热储存，对于电蓄热模块，冷态储液罐中的冷态蓄热介质流出，一路冷态蓄热介质进入低温循环回路，在低温电加热器中利用分配的电能加热后进入副换热站进行供热；另一路冷态蓄热介质进入高温循环回路，首先在中冷器中吸收压缩过程热升温，随后接着在高温电加热器中利用分配的电能继续加热形成高温蓄热介质；

1-3)在风速太低或无风的极限情况下，热电联供机组存在多余电量，智能调度控制系统选择电蓄热模块的低温循环回路利用热电联供机组多余电量进行低温蓄热介质储存；

当处于供暖季日间模式时：

2-1)若风电功率较为充足而电能不存在缺口时，电蓄热模块低温循环回路中低温蓄热介质在副换热站内传递热量给供热回水，进而产生供热给水供应给用户以弥补供热功率的缺额，此时供热由主换热站和副换热站共同提供；

2-2)若风电功率较低而电能存在缺口时，压缩空气储能模块工作于释能模式，释能模块吸收储能模块存储的压缩热做功驱动发电机发电弥补电能缺口，释能模块的排气进入供热换热器中释放热量；

同时，在电蓄热模块的高温循环回路中，高温蓄热介质流入再热器中放热，对释能模块的气体进行加热，降温后的蓄热介质存入冷态储液罐中；供热回水进入供热换热器，吸收释能模块的排气余热，升温供给用户，在供热换热器中放热后的排气排空，若还存在供热缺口，智能调度控制系统启动电蓄热模块的低温循环回路，低温蓄热介质流入副换热站，在副换热站内传递热量给供热回水，进而产生供热给水供应给热用户。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明在压缩空气储能系统中引入高温、低温两级电蓄热模块，并与热电联供机组进行深度融合，综合利用两类系统中的热、电等不同品位能量，能够同时实现风电平抑、清洁供暖与热电解耦功能。

在电负荷低、热负荷高且因风电反调峰特性而存在弃风电量的供暖季夜间，若弃风电量低时，可降低热电联供机组的出力水平，通过低温电加热模块将弃风电能转换成热能进行供热，实现热电联供机组和风电的联合供热模式；若弃风电量较高时，可同时存储热电联供机组多余电能与弃风电量，通过在压缩空气储能系统实现电能-势能储存，通过电蓄热模块实现电能-热能储存。

在电负荷高、热负荷低且因风电反调峰特性而导致电能可能短缺的供暖季日间，在不提高热电联供机组出力水平的情况下可由压缩空气储能模块补充电能缺口，热能缺口由电蓄热模块低温循环回路的低温蓄热和压缩空气储能模块的释能阶段透平排气热能联合补充。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统示意图。

其中，1、低压压气机；2、中冷器；3、高压压气机；4、固体蓄热器；5、第一阀门；6、储气容积；7、第二阀门；8、高压透平；9、再热器；10、低压透平；11、供热换热器；A1、第一离合器；A2、电机；A3、第二离合器；B1、冷态储液罐；B2、低温电加热器；B3、低温储液罐；B4、高温电加热器；B5、高温储液罐；B6、副换热站；B7、第一三通阀；B8、第二三通阀；B9、第三三通阀；B10、第四三通阀；C1、常规机组；C2、风电机组；C3、热电联供机组；C4、主换热站；C5、智能调度控制系统；C6、第五三通阀；C7、第六三通阀；C8、第七三通阀；C9、第八三通阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做详细描述：

参见图1，一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统，在压缩空气储能系统中引入电蓄热模块以组成热电式压缩空气储能系统。其中，电蓄热模块配置有低温循环回路和高温循环回路，分别利用低温电加热器B2和高温电加热器B4实现电-热转换，且高温循环回路中温度比低温循环回路要高很多。另外，该压缩空气储能系统采用一级固体蓄热和一级液体蓄热的方式来存储压缩过程热，均为显热存储。

在供暖季夜间，电负荷需求低而热负荷需求高，使得热电联供机组C3强迫出力水平提高，存在多余电能；同时，风电反调峰特性也导致系统存在弃风电量。此时，智能调度控制系统C5将根据弃风电量的量级来确定系统的运行方式。当弃风电量较低时，智能调度控制系统C5降低热电联供机组C3的出力水平，降低其发电与供热功率；同时，智能调度控制系统C5将弃风电量分配至电蓄热模块的低温循环回路通过低温电加热器B2转换为热能后进行供热，实现部分清洁供热功能。此模式下系统供热由热电联供机组C3和电蓄热模块的低温循环回路来联合提供。当弃风电量较高时，智能调度控制系统C5将热电联供机组C3多余电能和弃风电量按照算法进行统一分配，并分为三股，实现电能-势能与电能-热能储存。第一股分配至压缩空气储能模块，将空气从大气压力压缩至高压进行势能储存，实现电能-势能转换；第二股分配至电蓄热模块的高温循环回路，通过高温电加热器B4实现电能-热能转换，对吸收压缩过程热的蓄热介质继续加热后存储；第三股分配至电蓄热模块的低温循环回路，通过低温电加热器B2实现电能-热能转换，加热蓄热介质进行低温蓄热存储或直接用于供热。在风速极低或无风情况下，智能调度控制系统C5优先选择电蓄热模块的低温循环回路利用热电联供机组C3多余电量进行低温蓄热介质储存，若低温储液罐B3已满时，可选择压缩空气储能模块与电蓄热模块的高温循环回路进行电能存储。

在供暖季日间，电负荷需求高而热负荷需求低，热电联供机组C3出力水平较低，热能供应不足，且因风电反调峰特性导致电能供应也可能存在缺口。此时，采用智能调度算法在不提高热电联供机组C3出力水平的情况下可由压缩空气储能模块补充电能缺口，热能缺口由电蓄热模块低温循环回路和压缩空气储能模块的释能阶段透平排气热能联合补充。若风电功率较为充足而电能不存在缺口时，利用存储在电蓄热模块低温循环回路的低温热能来弥补热能缺口，此时供热由主换热站C4和副换热站B6共同提供，并通过并行供热管道实现；若风电功率较低而电能存在缺口时，压缩空气储能模块工作于释能模式来发电补充电能缺口，同时其透平排气用于供热，若还存在供热缺口，智能调度控制系统C5优先启动电蓄热模块的低温循环回路来继续供热，进一步在极限情况下，仍存在热能缺口时，可通过电蓄热模块中高温循环回路蓄存工质和冷态蓄热工质混合来实现。此时，供热由主换热站C4、副换热站B6和供热换热器11共同提供，并通过并行供热管道实现。

值得注意的是，压缩空气储能装置中的固体蓄热器4可视作压气机后冷器和透平预热器。另外，透平排气侧的供热换热器11与主换热站C4、副换热站B6为并联结构。

实施例

参照图1，一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统，该系统由电源/热源与智能调度模块、电蓄热模块和压缩空气储能模块等组成。电源/热源与智能调度模块包括常规机组C1、风力机组C2、热电联供机组C3、智能调度控制系统C5和主换热站C4等。电蓄热模块由冷态储液罐B1、低温储液罐B3、高温储液罐B5、低温电加热器B2、高温电加热器B4、副换热站B6和辅助阀门等组成。压缩空气储能模块包括低压压气机1、高压压气机3、中冷器2、固体蓄热器4、储气容积6、高压透平8、再热器9、低压透平10、供热换热器11、第一离合器A1、第二离合器A3和电机A2等。

主要工作原理描述如下：

常规机组C1、风力机组C2和热电联供机组C3通过智能调度控制系统C5为用户提供电能供应；同时，热电联供机组C3的抽汽进入主换热站C4中放热，用以加热经第六三通阀C7流入的供热回水，产生供热给水经第五三通阀C6流出为用户提供热能供应，放热后的热电联供机组C3抽汽返回热电联供机组C3。

1、在供暖季夜间，电负荷需求低而热负荷需求高，使得热电联供机组C3强迫出力水平提高，存在多余电能；同时，风电反调峰特性导致系统存在弃风电量。此时采用智能调度算法根据过剩电力水平与组成情况进行能量管理，实现电能-热能转换或/和电能-势能转换，可分为3种情况运行。

(1)当弃风电量较低时，如低于压缩空气储能系统压缩机总功率的30％时，可降低热电联供机组的出力水平，降低其发电与供热功率，通过低温电加热器将弃风电能转换成热能进行供热，实现热电联供机组和风电的联合供热模式，具体工作原理为：当风力机组C2存在较低弃风电量时，智能调度控制系统C5发出指令降低热电联供机组C3的出力水平，以减少其发电功率和供热功率，弃风电量经智能调度控制系统C5分配至电蓄热模块的低温循环回路。此时，冷态储液罐B1中的冷态蓄热介质流出经第一三通阀B7后进入低温电加热器B2，在低温电加热器B2中将弃风电量转换为热能加热蓄热介质，加热后的蓄热介质经第三三通阀B9和第四三通阀B10流入副换热站B6，在副换热站B6内传递热量给经第六三通阀C7和第八三通阀C9来的供热回水，进而产生供热给水流经第七三通阀C8和第五三通阀C6供应给用户以弥补供热功率缺额，以实现清洁能源供热，放热后的蓄热介质流经第二三通阀B8后进入冷态储液罐B1存储。若特殊情况下低温电加热器B2和热电联供机组C3联合产生的供热量高于热量需求时，可将低温电加热器B2产生的部分或全部热量经第三三通阀B9存入低温储液罐B3中。此模式下系统供热由热电联供机组C3和电蓄热模块的低温循环回路来联合提供。

(2)当弃风电量较高时，如大于等于压缩空气储能系统压缩机总功率的30％时，可利用热电联供机组多余电能与弃风电量进行电能-势能与电能-热能储存，具体工作原理为：当风力机组C2存在较高弃风电量时，热电联供机组C3多余电能和风力机组C2弃风电量经智能调度控制系统C5分为三股，分别分配至压缩空气储能模块和电蓄热模块的高温循环回路和低温循环回路。对于压缩空气储能模块，其运行于储能模式，第一离合器A1啮合，第二离合器A3断开，电机A2运行于电动机模式，第一阀门5开启，第二阀门7关闭。电动机利用分配的电能驱动两级压气机进行空气压缩，环境大气进入低压压气机1压缩后进入中冷器2，释放压缩过程热降温后进入高压压气机3继续压缩升压，接着进入固体蓄热器4中释放压缩过程热后经第一阀门5后存储入储气容积6中，同时固体蓄热器4中的固体蓄热介质吸热升温实现压缩热储存。对于电蓄热模块，冷态储液罐B1中的冷态蓄热介质流出，经第一三通阀B7后可分为两路。一路冷态蓄热介质进入低温循环回路，在低温电加热器B2中利用分配的电能加热后经第三三通阀B9后存入低温储液罐B3中，也可经第三三通阀B9和第四三通阀B10进入副换热站B6进行供热；另一路冷态蓄热介质进入高温循环回路，首先在中冷器2中吸收压缩过程热升温，随后接着在高温电加热器B4中利用分配的电能继续加热形成高温蓄热介质，最后存入高温储液罐B5中。若低温循环回路中的低温储液罐B3已储满，则此时智能调度控制系统C5将电能分配给压缩空气储能模块和电蓄热模块的高温循环回路。

(3)在风速太低或无风的极限情况下，热电联供机组C3存在多余电量，智能调度控制系统C5优先选择电蓄热模块的低温循环回路利用热电联供机组C3多余电量进行低温蓄热介质储存，若低温储液罐B3储满且还存在热电联供机组C3多余电量时，智能调度控制系统C5可选择压缩空气储能模块与电蓄热模块的高温循环回路进行电能存储。

2、在供暖季日间，电负荷需求高而热负荷需求低，热电联供机组C3出力水平较低，热能供应不足，且因风电反调峰特性导致电能供应也可能存在缺口。此时，采用智能调度算法在不提高热电联供机组C3出力水平的情况下可由压缩空气储能模块补充电能缺口，热能缺口由电蓄热模块低温循环回路的低温储液罐蓄热和压缩空气储能模块的释能阶段透平排气热能联合补充。

(1)若风电功率较为充足而电能不存在缺口时，存储在电蓄热模块低温循环回路中低温储液罐B3的低温蓄热介质流出，经第四三通阀B10流入副换热站B6，在副换热站B6内传递热量给经第六三通阀C7和第八三通阀C9来的供热回水，进而产生供热给水流经第七三通阀C8和第五三通阀C6供应给用户以弥补供热功率的缺额，此时供热由主换热站C4和副换热站B6共同提供，并通过并行供热管道实现。

(2)若风电功率较低而电能存在缺口时，压缩空气储能模块工作于释能模式，第一离合器A1断开，第二离合器A3啮合，电机A2运行于发电机模式，第一阀门5关闭，第二阀门7开启。储气容积6中的高压空气流经第二阀门7后进入固体蓄热系统4中吸收其中储存的压缩热而升温，升温后的空气进入高压透平8中膨胀做功，高压透平8的排气进入再热器9中吸收电蓄热模块的高温循环回路蓄存热量升温，随后进入低压透平10中继续膨胀做功，此时两级透平驱动发电机发电弥补电能缺口，低压透平10的排气进入供热换热器11中释放热量。

同时，在电蓄热模块的高温循环回路中，高温储液罐B5中的高温蓄热介质流入再热器9中放热，对高压透平8的排气进行加热，降温后的蓄热介质经第二三通阀B8存入冷态储液罐B1中；在供热换热器11中，从第六三通阀C7流来的供热回水进入供热换热器11，吸收低压透平10的排气余热，升温经第五三通阀C6供给热负荷，在供热换热器11中放热后的透平排气排空。若还存在供热缺口，智能调度控制系统C5启动电蓄热模块的低温循环回路，低温储液罐B3的低温蓄热介质流出，经第四三通阀B10流入副换热站B6，在副换热站B6内传递热量给经第六三通阀C7和第八三通阀C9来的供热回水，进而产生供热给水流经第七三通阀C8和第五三通阀C6供应给热用户。进一步，极限情况下若低温储液罐B3蓄热量不足时，可通过混合高温蓄热罐B5和冷态蓄热罐B1的工质进入副换热站B6来实现。该情况下供热由主换热站C4、副换热站B6和供热换热器11共同提供，并通过并行供热管道实现。

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 (5)

1.一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统，其特征在于，包括压缩空气储能模块、电蓄热模块以及电源/热源与智能调度模块；

所述压缩空气储能模块包括电机（A2），所述电机（A2）的两侧分别连接有储能模块和释能模块，所述释能模块的末端连接有供热换热器（11），当储能模块运行时，电机（A2）运行于电动机模式，当释能模块运行时，电机（A2）运行于发电机模式；

所述电蓄热模块包括冷态储液罐（B1），所述冷态储液罐（B1）的出口和入口之间连接有低温循环回路和高温循环回路，所述低温循环回路上设置有低温电加热器（B2），所述高温循环回路上设置有高温电加热器（B4），所述储能模块与高温循环回路的首端通过中冷器（2）换热，所述释能模块与高温循环回路的尾端通过再热器（9）换热；

所述电源/热源与智能调度模块包括常规机组（C1）、风力机组（C2）和热电联供机组（C3），所述常规机组（C1）、风力机组（C2）和热电联供机组（C3）通过智能调度控制系统（C5）为用户、低温电加热器（B2）、高温电加热器（B4）及电机（A2）供电，所述热电联供机组（C3）的抽汽出口连接至主换热站（C4），抽汽经在主换热站（C4）内放热后经连接至热电联供机组（C3）的抽汽进口返回热电联供机组（C3），用户的供热回水管道连接至主换热站（C4），经在主换热站（C4）内吸热后通过供热给水管道将供热给水输送至用户；

所述供热给水管道与供热换热器（11）的出口端连通，所述供热回水管道与供热换热器（11）的入口端连通，所述供热给水管道与供热换热器（11）的出口端之间管路以及供热回水管道与供热换热器（11）的入口端之间管路均连通至低温循环回路的副换热站（B6）；

所述储能模块包括低压压气机（1）和高压压气机（3），所述低压压气机（1）和高压压气机（3）同轴设置，所述低压压气机（1）的出气口和高压压气机（3）的进气口之间管路与中冷器（2）连接，所述高压压气机（3）与电机（A2）通过第一离合器（A1）连接，所述高压压气机（3）的出气口通过固体蓄热器（4）连接至储气容积（6），所述固体蓄热器（4）与储气容积（6）之间设置有第一阀门（5）；

所述释能模块包括高压透平（8）和低压透平（10），所述高压透平（8）和低压透平（10）同轴设置，所述高压透平（8）与电机（A2）通过第二离合器（A3）连接，所述储气容积（6）的出口端通过固体蓄热器（4）连接至高压透平（8）的进气口，所述储气容积（6）和固体蓄热器（4）之间设置有第二阀门（7），所述高压透平（8）的出气口和低压透平（10）的进气口之间管路与再热器（9）连接，所述低压透平（10）的出口端连接至供热换热器（11）；

所述低温循环回路包括连接在冷态储液罐（B1）出口端的低温电加热器（B2），所述低温电加热器（B2）的出口端连接有两条支路，第一支路连接至副换热站（B6），第二支路通过低温储液罐（B3）连接至第一支路，所述副换热站（B6）的出口端连接至冷态储液罐（B1）的入口端；

所述高温循环回路包括连接在冷态储液罐（B1）出口端的高温电加热器（B4），所述冷态储液罐（B1）出口端与高温电加热器（B4）的入口端之间管路与中冷器（2）连接，所述高温电加热器（B4）的出口端通过高温储液罐（B5）连接至冷态储液罐（B1）的入口端，所述高温储液罐（B5）的出口与冷态储液罐（B1）的入口端之间管路与再热器（9）连接；

所述供热给水管道上设置第五三通阀（C6），所述第五三通阀（C6）的第一口与主换热站（C4）的出口端连接，第二口连接至用户端，第三口与供热换热器（11）的出口端连接；

所述供热回水管道上设置有第六三通阀（C7），所述第六三通阀（C7）的第一口与主换热站（C4）的入口端连接，第二口与用户端的输出端连接，第三口与供热换热器（11）的入口端连接。

2.根据权利要求1所述的一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统，其特征在于，所述冷态储液罐（B1）的出口端设置有第一三通阀（B7），所述第一三通阀（B7）的第一口与冷态储液罐（B1）出口端连接，第二口与低温电加热器（B2）的入口端连接，第三口与中冷器（2）的入口端连接；

所述冷态储液罐（B1）的入口端设置有第二三通阀（B8），所述第二三通阀（B8）的第一口与冷态储液罐（B1）的入口端连接，第二口与副换热站（B6）的出口端连接，第三口与再热器（9）的出口端连接。

3.根据权利要求2所述的一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统，其特征在于，所述低温电加热器（B2）的出口端设置有第三三通阀（B9），所述第三三通阀（B9）的第一口与低温电加热器（B2）的出口端连接，第二口与副换热站（B6）的入口端连接，第三口与低温储液罐（B3）的入口端连接；

所述第一支路上设置有第四三通阀（B10），所述第四三通阀（B10）的第一口与第三三通阀（B9）的第二口连接，第四三通阀（B10）的第二口与低温储液罐（B3）的出口端连接，第三口与副换热站（B6）的入口端连接。

4.根据权利要求1所述的一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第五三通阀（C6）的第三口与供热换热器（11）的出口端之间的管路上设置有第七三通阀（C8），所述第七三通阀（C8）的第一口与第五三通阀（C6）的第三口连接，第七三通阀（C8）的第二口与供热换热器（11）的出口端连接，第七三通阀（C8）的第三口与副换热站（B6）的出口端连接；

所述第六三通阀（C7）的第三口与供热换热器（11）的入口端之间的管路上设置有第八三通阀（C9），所述第八三通阀（C9）的第一口与第六三通阀（C7）的第三口连接，第八三通阀（C9）的第二口与供热换热器（11）的入口端连接，第八三通阀（C9）的第三口与副换热站（B6）的入口端连接。

5.一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能方法，采用权利要求1-4任选一项所述的一种兼具风电平抑与热电解耦的压缩空气储能系统，其特征在于，包括供暖季夜间模式和供暖季日间模式；

当处于供暖季夜间模式时：

1-1）当风力机组（C2）存在较低弃风电量时，智能调度控制系统（C5）发出指令降低热电联供机组（C3）的出力水平，以减少其发电功率和供热功率，弃风电量经智能调度控制系统（C5）分配至电蓄热模块的低温循环回路，此时，冷态储液罐（B1）中的冷态蓄热介质进入低温电加热器（B2），在低温电加热器（B2）中将弃风电量转换为热能加热蓄热介质，加热后的蓄热介质流入副换热站（B6），在副换热站（B6）内传递热量给供热回水，进而产生供热给水供应给用户以弥补供热功率的缺额，放热后的蓄热介质进入冷态储液罐（B1）存储；

1-2）当风力机组（C2）存在较高弃风电量时，热电联供机组（C3）多余电能和风力机组（C2）弃风电量经智能调度控制系统（C5）分为三股，分别分配至压缩空气储能模块和电蓄热模块的高温循环回路和低温循环回路，对于压缩空气储能模块，其运行于储能模式，电动机利用分配的电能进行空气压缩，实现压缩热储存，对于电蓄热模块，冷态储液罐（B1）中的冷态蓄热介质流出，一路冷态蓄热介质进入低温循环回路，在低温电加热器（B2）中利用分配的电能加热后进入副换热站（B6）进行供热；另一路冷态蓄热介质进入高温循环回路，首先在中冷器（2）中吸收压缩过程热升温，随后接着在高温电加热器（B4）中利用分配的电能继续加热形成高温蓄热介质；

1-3）在风速太低或无风的极限情况下，热电联供机组（C3）存在多余电量，智能调度控制系统（C5）选择电蓄热模块的低温循环回路利用热电联供机组（C3）多余电量进行低温蓄热介质储存；

当处于供暖季日间模式时：

2-1）若风电功率较为充足而电能不存在缺口时，电蓄热模块低温循环回路中低温蓄热介质在副换热站（B6）内传递热量给供热回水，进而产生供热给水供应给用户以弥补供热功率的缺额，此时供热由主换热站（C4）和副换热站（B6）共同提供；

2-2）若风电功率较低而电能存在缺口时，压缩空气储能模块工作于释能模式，释能模块吸收储能模块存储的压缩热做功驱动发电机发电弥补电能缺口，释能模块的排气进入供热换热器（11）中释放热量；

同时，在电蓄热模块的高温循环回路中，高温蓄热介质流入再热器（9）中放热，对释能模块的气体进行加热，降温后的蓄热介质存入冷态储液罐（B1）中；供热回水进入供热换热器（11），吸收释能模块的排气余热，升温供给用户，在供热换热器（11）中放热后的排气排空，若还存在供热缺口，智能调度控制系统（C5）启动电蓄热模块的低温循环回路，低温蓄热介质流入副换热站（B6），在副换热站（B6）内传递热量给供热回水，进而产生供热给水供应给热用户。

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