CN114526135B - 压力与流量调节机构、压缩气体储能系统及调节方法 - Google Patents

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Abstract

一种压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，包括：减压罐，用于缓冲所述高压储气罐流向第一膨胀机的气体介质；流量调节阀，用于调节所述减压罐输出的气体介质流量；流量计；控制系统，接收所述流量计的流量数据以调节所述流量调节阀的开度；第二膨胀机，所述第二膨胀机的进口端与所述高压储气罐的出口相连通，所述第二膨胀机的出口端与所述减压罐相连通；所述第二膨胀机产生的机械能用于发电和/或向所述减压罐内通入压缩气体介质。通过上述结构，实现现有技术中的压缩空气储能系统释能过程中压力与流量的控制，并回收减压过程的能量，从而减少该过程中能量损失的问题。

Description

压力与流量调节机构、压缩气体储能系统及调节方法
技术领域
本发明涉及压缩空气储能技术领域，具体涉及一种气体压力与流量调节机构、压缩气体储能系统能量回收方法及调节方法。
背景技术
压缩空气储能系统应用于可再生能源、分布式能源系统，具有频繁变工况工作需求，需要对其释能过程的膨胀机的变工况运行需求进行压力与流量的调节。要求压缩气体储能系统的压力与流量调节机构可以准确地实现设计范围内，任意压力与流量的调节，同时回收减压过程中的能量，从而提高压缩空气储能系统的运行效率与变工况性能。
现有的压缩空气储能系统，例如公开号为CN215595843U的专利文件，公开了一种与燃煤发电机组集成的压缩空气储能系统，空气冷却器空气出口管道与储气室之间设置1#减压阀，组成压缩空气储能子系统；储气室出口设置减压阀，并串联一级空气加热器和二级空气加热器，进而通过第一膨胀机驱动储能系统发电机产生电能，组成上述压缩空气释能子系统。
压缩空气储能系统采用定容储气容器，在发电过程中均存在将高压空气通过节流降压达到所需要膨胀机入口压力。上述储气室通过减压阀直接通过加热器与膨胀机相连，导致储气室内的压缩空气在减压过程中难以精确控制气体的压力与流量，导致能量损失。以及，节流减压还是一个显著熵增的过程，在节流减压的过程中会浪费一部分能量，导致压缩空气储能系统能量损失的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种气体压力与流量调节机构、压缩气体储能系统能量回收方法及调节方法，以解决现有技术中的压缩空气储能系统释能过程中，储气室内的压缩空气在减压过程中气体的压力与流量难以精确控制，以及在减压过程中会造成较多能量损失的问题。为此，本发明提供一种压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，包括：
减压罐，与压缩空气储能系统的高压储气罐相连通，所述减压罐用于缓冲所述高压储气罐流向第一膨胀机的气体介质；
流量调节阀，设置在所述减压罐的出口位置，用于调节所述减压罐输出的气体介质流量；
流量计，设置在所述流量调节阀的介质出口位置；
控制系统，分别与所述减压罐、所述流量调节阀和所述流量计通讯相连，所述控制系统接收所述流量计的流量数据以调节所述流量调节阀的开度；
第二膨胀机，所述第二膨胀机的进口端与所述高压储气罐的出口相连通，所述第二膨胀机的出口端与所述减压罐相连通；所述第二膨胀机产生的机械能用于发电和/或向所述减压罐内通入压缩气体介质。
可选的，压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，还包括：
压缩机，所述压缩机与所述第二膨胀机传动相连，该压缩机通过所述第二膨胀机产生的机械能压缩气体介质，且所述压缩机与所述减压罐相连通，将所述压缩机产生的压缩气体介质移送至所述减压罐。
可选的，所述气体介质为空气；所述压缩机与大气环境相连通，将空气压缩并移送至所述减压罐内。
可选的，压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，还包括：
第二发电机，所述第二发电机与所述第二膨胀机相连通，所述第二膨胀机驱动所述第二发电机发电。
可选的，压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，还包括：
开关阀，所述开关阀设置在所述高压储气罐和所述减压罐之间，所述开关阀与所述控制系统通讯相连，以根据所述控制系统的控制指令调节气体进入所述减压罐的周期。
一种压缩气体储能系统，包括：
压缩气体储能系统的压力与流量调节机构；以及，
高压储气罐，用于储存高压气体介质；
换热器，与所述减压罐的出口相连通；
第一膨胀机，用于将空气的压力能转化为机械能；
第一发电机，与所述第一膨胀机传动相连。
一种压缩气体储能系统的调节方法，包括以下步骤：
S1，高压储气罐内的高压气体介质通过第二膨胀机后，进入减压罐减压；所述第二膨胀机产生的机械能用于发电和/或向所述减压罐内通入压缩气体介质；
S2，通过流量调节阀调整所述减压罐的出口开度，从而使减压后的气体介质依次进入换热器、第一膨胀机和第一发电机发电。
可选的，在步骤S2中，还包括：
通过流量计实时测量所述减压罐的出口流量，并将测量数据发送给控制系统，所述控制系统通过流量调节阀调节所述减压罐输出的气体介质流量。
可选的，在步骤S1中，还包括：通过控制系统控制位于所述高压储气罐和所述减压罐连通周期，以调节进入减压罐高压气体介质质量。
可选的，在步骤S1中，所述控制系统控制开关阀间断开关。
所述压缩空气储能系统的调节方法应用至上述压缩气体储能系统的压力与流量调节机构中。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，包括：减压罐，与压缩空气储能系统的高压储气罐相连通，所述减压罐用于缓冲所述高压储气罐流向第一膨胀机的气体介质；流量调节阀，设置在所述减压罐的出口位置，用于调节所述减压罐输出的气体介质流量；流量计，设置在所述流量调节阀的介质出口位置；控制系统，分别与所述减压罐、所述流量调节阀和所述流量计通讯相连，所述控制系统接收所述流量计的流量数据以调节所述流量调节阀的开度；第二膨胀机，所述第二膨胀机的进口端与所述高压储气罐的出口相连通，所述第二膨胀机的出口端与所述减压罐相连通；所述第二膨胀机产生的机械能用于发电和/或向所述减压罐内通入压缩气体介质。
在本发明中，通过在高压储气罐的出口端设置第二膨胀机，该第二膨胀机可以有效地将高压储气罐内高压介质的能量加以利用，通过第二膨胀机产生的机械能从而用于发电，或者用于驱动压缩机、从而产生压缩气体介质并将其移送至所述减压罐，进而增加减压罐的储气量、增加压缩气体储能系统的整体发电量。解决了现有技术中的压缩空气储能系统在减压过程中会造成较多能量损失的问题。
另外，在本发明中通过减压罐、流量调节阀、流量计以及控制上述三个部件的控制系统替代现有技术中的单独节流阀，从而实现对压缩空气储能系统中的第一膨胀机进口压力的精确控制，从而解决了现有储气室通过减压阀直接通过加热器与第一膨胀机相连，导致储气室内的压缩空气在减压过程中难以精确控制气体的压力与流量，导致能量损失的问题。
2.本发明提供的压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，还包括：压缩机，所述压缩机与所述第二膨胀机传动相连，该压缩机通过所述第二膨胀机产生的机械能压缩气体介质，且所述压缩机与所述减压罐相连通，将所述压缩机产生的压缩气体介质移送至所述减压罐。
在本发明中，通过第二膨胀机驱动压缩机工作，从而将大气环境中的空气压缩，进而输送至减压罐中。该结构可以有效地提高本发明中减压罐的储气量，从而提高所述高压储气罐的能源转换效率、提高压缩气体储能系统的发电量。而且，通过压缩机压缩空气的方式还可以使压缩机与控制机构以及能量源相连，进而调整压缩机的工作功率，从而调整减压罐的储气量。
3.本发明提供的压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，还包括：开关阀，所述开关阀设置在所述高压储气罐和所述减压罐之间，所述开关阀与所述控制系统通讯相连，以根据所述控制系统的控制指令调节气体进入所述减压罐的周期。
在本发明中，通过控制系统控制开关阀的开启或关闭，可以有效地将高压储气罐内的气体介质移送至减压罐，进而稳定减压罐的出口压力。而且，高压储气罐间断送气还可以有效地保证减压罐内的压力值稳定可控。
4.本发明提供的压缩气体储能系统，包括：压缩气体储能系统的压力与流量调节机构；以及，高压储气罐，用于储存高压气体介质；换热器，与所述减压罐的出口相连通；第一膨胀机，用于将空气的压力能转化为机械能；第一发电机，与所述第一膨胀机传动相连。在本发明中的压缩气体储能系统包括压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，具有压缩气体储能系统的压力与流量调节机构所有的有益效果。
5.本发明提供的压缩气体储能系统的调节方法，包括以下步骤：S1，高压储气罐内的高压气体介质通过第二膨胀机后，进入减压罐减压；所述第二膨胀机产生的机械能用于发电和/或向所述减压罐内通入压缩气体介质；S2，通过流量调节阀调整所述减压罐的出口开度，从而使减压后的气体介质依次进入换热器、第一膨胀机和第一发电机发电。
在本发明中，通过第二膨胀机将高压储气罐内高压介质的能量转换为机械能，进而加以利用。解决了现有技术中的压缩空气储能系统在减压过程中会造成较多能量损失的问题。而且，在本发明中，通过减压罐给高压储气罐内排出的高压气体介质减压，避免了现有技术中采用单独节流阀控制第一膨胀机进口压力的方法。解决了现有储气室通过减压阀直接通过加热器与第一膨胀机相连，导致储气室内的压缩空气在减压过程中难以精确控制气体的压力与流量，导致能量损失。以及，节流减压还是一个显著熵增的过程，会带来系统能量损失问题。从而提高了压缩空气储能系统的气体介质控制精度，降低了节流损失，提高了压缩空气储能系统效率。
6.本发明提供的压缩气体储能系统的调节方法，在步骤S2中，还包括：通过流量计实时测量所述减压罐的出口流量，并将测量数据发送给控制系统，所述控制系统通过流量调节阀调节所述减压罐输出的气体介质流量。
在本发明提供的压缩空气储能系统调节方法中，通过相互配合的流量计、减压罐和流量调节阀，对压缩空气储能系统中的第一膨胀机进口压力的控制，避免高压储气罐内的压缩空气在减压过程中难以精确控制气体的压力与流量的问题，从而减小能量浪费。
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为本发明提供的具有压缩机的压缩气体储能系统结构示意图；
图2为本发明提供的具有第二发电机的压缩气体储能系统结构示意图；
附图标记说明：
1-减压罐；2-高压储气罐；3-第一膨胀机；4-流量调节阀；5-流量计；6-控制系统；7-第二膨胀机；8-压缩机；9-第二发电机；10-开关阀；11-第一发电机；12-换热器。
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。
实施例1
记载了一种压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，如图1所示，其包括：
减压罐1，与压缩空气储能系统的高压储气罐2相连通，所述减压罐1用于缓冲所述高压储气罐2流向第一膨胀机3的气体介质；
流量调节阀4，设置在所述减压罐1的出口位置，用于调节所述减压罐1输出的气体介质流量；
流量计5，设置在所述流量调节阀4的介质出口位置；
控制系统6，分别与所述减压罐1、所述流量调节阀4和所述流量计5通讯相连，所述控制系统6接收所述流量计5的流量数据以调节所述流量调节阀4的开度；
第二膨胀机7，所述第二膨胀机7的进口端与所述高压储气罐2的出口相连通，所述第二膨胀机7的出口端与所述减压罐1相连通；所述第二膨胀机7产生的机械能用于向所述减压罐1内通入压缩空气介质；
压缩机8，所述压缩机8与所述第二膨胀机7传动相连，该压缩机8通过所述第二膨胀机7产生的机械能压缩气体介质，且所述压缩机8分别与所述减压罐1和大气环境相连通，将空气压缩并移送至所述减压罐1内；
开关阀10，所述开关阀10设置在所述高压储气罐2和所述减压罐1之间，所述开关阀10与所述控制系统6通讯相连，以根据所述控制系统6的控制指令调节气体进入所述减压罐1的周期。
在本发明中，通过第二膨胀机7驱动压缩机8工作，从而将大气环境中的空气压缩，进而输送至减压罐1中。该结构可以增加释能过程进入膨胀机的压缩空气量，降低释能过程空气压力降低的能量损失，从而提高提高压缩气体储能系统的发电量。而且，通过压缩机8压缩空气的方式还可以使压缩机8与控制机构以及能量源相连，进而调整压缩机8的工作功率，从而调整减压罐1的储气量。
当然，本实施例对压缩机8压缩的介质，以及高压储气罐2储存的介质不做具体限定，在其它实施例中，压缩机8压缩的介质以及高压储气罐2内的介质还可以为其它惰性气体。
当然，本实施例对第二膨胀机7产生机械能应用的驱动对象不做具体限定，在其它实施例中，第二膨胀机7还可以同时驱动电机9发电并/或驱动压缩机8压缩气体介质。
实施例2
记载了一种压缩气体储能系统，如图1所示，其包括：压缩气体储能系统的压力与流量调节机构；以及，高压储气罐2，用于储存高压气体介质；换热器12，与所述减压罐1的出口相连通；第一膨胀机3，用于将空气的压力能转化为机械能；第一发电机11，与所述第一膨胀机3传动相连。
压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，如图1所示，包括：
减压罐1，与压缩空气储能系统的高压储气罐2相连通，所述减压罐1用于缓冲所述高压储气罐2流向第一膨胀机3的气体介质；
流量调节阀4，设置在所述减压罐1的出口位置，用于调节所述减压罐1输出的气体介质流量；
流量计5，设置在所述流量调节阀4的介质出口位置；
控制系统6，分别与所述减压罐1、所述流量调节阀4和所述流量计5通讯相连，所述控制系统6接收所述流量计5的流量数据以调节所述流量调节阀4的开度；
第二膨胀机7，所述第二膨胀机7的进口端与所述高压储气罐2的出口相连通，所述第二膨胀机7的出口端与所述减压罐1相连通；所述第二膨胀机7产生的机械能用于向所述减压罐1内通入压缩空气介质；
压缩机8，所述压缩机8与所述第二膨胀机7传动相连，该压缩机8通过所述第二膨胀机7产生的机械能压缩气体介质，且所述压缩机8分别与所述减压罐1和大气环境相连通，将空气压缩并移送至所述减压罐1内；
开关阀10，所述开关阀10设置在所述高压储气罐2和所述减压罐1之间，所述开关阀10与所述控制系统6通讯相连，以根据所述控制系统6的控制指令调节气体进入所述减压罐1的周期。
实施例3
一种压缩气体储能系统的调节方法，包括以下步骤：
S1，高压储气罐2内的高压气体介质通过第二膨胀机7后，进入减压罐1减压；所述第二膨胀机7产生的机械能用于向所述减压罐1内通入压缩气体介质；在本步骤中，所述控制系统6控制开关阀10间断开关，从而控制位于所述高压储气罐2和所述减压罐1连通周期，以调节进入减压罐1高压气体介质质量；
S2，通过流量调节阀4调整所述减压罐1的出口开度，从而使减压后的气体介质依次进入换热器12、第一膨胀机3和第一发电机11发电；在本步骤中，通过流量计5实时测量所述减压罐1的出口流量，并将测量数据发送给控制系统6，所述控制系统6通过流量调节阀4调节所述减压罐1输出的气体介质流量；
实施例4
一种压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，如图2所示，其包括：
减压罐1，与压缩空气储能系统的高压储气罐2相连通，所述减压罐1用于缓冲所述高压储气罐2流向第一膨胀机3的气体介质；
流量调节阀4，设置在所述减压罐1的出口位置，用于调节所述减压罐1输出的气体介质流量；
流量计5，设置在所述流量调节阀4的介质出口位置；
控制系统6，分别与所述减压罐1、所述流量调节阀4和所述流量计5通讯相连，所述控制系统6接收所述流量计5的流量数据以调节所述流量调节阀4的开度；
第二膨胀机7，所述第二膨胀机7的进口端与所述高压储气罐2的出口相连通，所述第二膨胀机7的出口端与所述减压罐1相连通；所述第二膨胀机7产生的机械能用于发电；
第二发电机9，所述第二发电机9与所述第二膨胀机7相连通，所述第二膨胀机7驱动所述第二发电机9发电；
开关阀10，所述开关阀10设置在所述高压储气罐2和所述减压罐1之间，所述开关阀10与所述控制系统6通讯相连，以根据所述控制系统6的控制指令调节气体进入所述减压罐1的周期。
在本发明中，通过第二膨胀机7驱动第二发电机9工作，从而在高压储气罐2将其中的压缩气体移送至减压罐1的过程中，将高压储气罐2内气体介质的能量充分利用，提高系统的储能效率。
实施例5
一种压缩气体储能系统的调节方法，包括以下步骤：
S1，高压储气罐2内的高压气体介质通过第二膨胀机7后，进入减压罐1减压；所述第二膨胀机7产生的机械能用于通过第二发电机9发电；在本步骤中，所述控制系统6控制开关阀10间断开关，从而控制位于所述高压储气罐2和所述减压罐1连通周期，以调节进入减压罐1高压气体介质质量；
S2，通过流量调节阀4调整所述减压罐1的出口开度，从而使减压后的气体介质依次进入换热器12、第一膨胀机3和第一发电机11发电；在本步骤中，通过流量计5实时测量所述减压罐1的出口流量，并将测量数据发送给控制系统6，所述控制系统6通过流量调节阀4调节所述减压罐1输出的气体介质流量；
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 (1)

1.一种压缩气体储能系统的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，高压储气罐（2）内的高压气体介质通过第二膨胀机（7）后，进入减压罐（1）减压；所述第二膨胀机（7）产生的机械能用于向所述减压罐（1）内通入压缩气体介质；
S2，通过流量调节阀（4）调整所述减压罐（1）的出口开度，从而使减压后的气体介质依次进入换热器（12）、第一膨胀机（3）和第一发电机（11）发电；
在步骤S2中，还包括：通过流量计（5）实时测量所述减压罐（1）的出口流量，并将测量数据发送给控制系统（6），所述控制系统（6）通过流量调节阀（4）调节所述减压罐（1）输出的气体介质流量；
在步骤S1中，还包括：通过控制系统（6）控制位于所述高压储气罐（2）和所述减压罐（1）连通周期，以调节进入减压罐（1）高压气体介质质量；
在步骤S1中，所述控制系统（6）控制开关阀（10）间断开关；
压缩气体储能系统的压力与流量调节机构，包括：
减压罐（1），与压缩空气储能系统的高压储气罐（2）相连通，所述减压罐（1）用于缓冲所述高压储气罐（2）流向第一膨胀机（3）的气体介质；
流量调节阀（4），设置在所述减压罐（1）的出口位置，用于调节所述减压罐（1）输出的气体介质流量；
流量计（5），设置在所述流量调节阀（4）的介质出口位置；
控制系统（6），分别与所述减压罐（1）、所述流量调节阀（4）和所述流量计（5）通讯相连，所述控制系统（6）接收所述流量计（5）的流量数据以调节所述流量调节阀（4）的开度；
第二膨胀机（7），所述第二膨胀机（7）的进口端与所述高压储气罐（2）的出口相连通，所述第二膨胀机（7）的出口端与所述减压罐（1）相连通；所述第二膨胀机（7）产生的机械能用于向所述减压罐（1）内通入压缩气体介质；
压缩机（8），所述压缩机（8）与所述第二膨胀机（7）传动相连，该压缩机（8）通过所述第二膨胀机（7）产生的机械能压缩气体介质，且所述压缩机（8）与所述减压罐（1）相连通，将所述压缩机（8）产生的压缩气体介质移送至所述减压罐（1）；
开关阀（10），所述开关阀（10）设置在所述高压储气罐（2）和所述减压罐（1）之间，所述开关阀（10）与所述控制系统（6）通讯相连，以根据所述控制系统（6）的控制指令调节气体进入所述减压罐（1）的周期；
所述气体介质为空气；所述压缩机（8）与大气环境相连通，将空气压缩并移送至所述减压罐（1）内。
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