CN114635842A - 一种活塞式恒压压缩空气储能系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种活塞式恒压压缩空气储能系统，包括电网、第一空气压缩机组、第二空气压缩机组、第一发电机组、第二发电机组和储气洞室，所述储气洞室内设置有活塞，所述活塞将储气洞室的内腔隔成第一腔室和第二腔室。使用方法为：左侧机组利用电网中电能做功，将空气压缩进第一腔室进行储能，同时第二腔室内的高压空气进入第二发电机组做功，将储存在储气洞室的内能转化为电能并入电网；右侧机组重复左侧机组工作实现系统的循环运行。本发明设置两机组并行的活塞式恒压压缩空气储能系统，不需要利用水头压力补偿发电过程中储气洞室内压力的损失，选址灵活、适用性强，可以提高恒压式压气储能系统的适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及地下能源存储技术领域，特别涉及一种活塞式恒压压缩空气储能系统及其使用方法。
背景技术
实现碳达峰目标的首要措施就是减少化石能源的使用，增加风电、光伏电等绿色可再生能源的利用。风电、光伏电这些绿色可再生能源和传统的化石能源相比虽然更加环保，但是由于其具有间歇性和波动性导致发电的稳定性和持续性相对不足。为解决上述问题，就需要利用到大规模储能技术，而压缩空气储能就是一种常用的大规模储能技术。按照储气方式的不同，压气储能地下构筑物可以分为恒压式和变压式两类，主要区别在于前者在运行过程中可以保持洞室内空气压力不变，压力不变既可以保持储气洞室的稳定性，还可以提高能量转换效率和电能输出品质，因此，恒压式压气储能系统是压气储能电站建设的理想模式。
2020年12月11日公开的申请号为202010820787.1、名称为《一种基于废弃矿井的地下恒压压缩空气复合抽水储能系统及方法》的发明，公开了一种基于废弃矿井的地下恒压压缩空气复合抽水储能系统及方法，该系统利用废弃矿井作为储水、储气空间，通过水气交替充放实现了储水、储气空间的压力恒定，该方法虽然可以实现恒压储气发电，但是需要水头补偿发电过程中储气洞室内压力的损失，因此，只能建造在水资源丰富地区，对于风能、太阳能丰富但水资源缺乏的三北地区，这种方法就明显不适用。
发明内容
为了解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种活塞式恒压压缩空气储能系统及其使用方法。
本发明提供的一种活塞式恒压压缩空气储能系统及其使用方法，采用如下的技术方案：
一种活塞式恒压压缩空气储能系统，包括电网、第一空气压缩机组、第二空气压缩机组、第一发电机组、第二发电机组和储气洞室，所述第一空气压缩机组和储气洞室连通形成第一能量储存回路，所述第二空气压缩机组和储气洞室连通形成第二能量储存回路，所述储气洞室和所述第一发电机组连通形成第一能量释放回路，所述储气洞室和所述第二发电机组连通形成第二能量释放回路，所述第一空气压缩机组、第二空气压缩机组、第一发电机组和第二发电机组分别与所述电网连接，所述储气洞室内设置有活塞，所述活塞将储气洞室的内腔隔成第一腔室和第二腔室，活塞以可移动的方式设置在所述储气洞室的内腔中，所述第一腔室分别与第一空气压缩机组和第一发电机组连接，所述第二腔室分别与第二空气压缩机组和第二发电机组连接。
通过采用上述技术方案，设置两机组并行的活塞式恒压压缩空气储能系统，不需要利用水头压力补偿发电过程中储气洞室内压力的损失，因此选址灵活、适用性强，可以提高恒压式压气储能系统的适用范围，且结构简单，操作方便。
优选的，所述第一空气压缩机组与所述储气洞室通过第一进气管道连通，所述第一发电机组和所述储气洞室通过第一出气管道连通，所述第一进气管道和第一出气管道并联设置。
优选的，所述第二空气压缩机组与所述储气洞室通过第二进气管道连通，所述第二发电机组和所述储气洞室通过第二出气管道连通，所述第二进气管道和第二出气管道并联设置。
优选的，所述第一进气管道上设置有第一进气阀门，所述第一出气管道上设置有第一出气阀门。
优选的，所述第二进气管道上设置有第二进气阀门，所述第二出气管道上设置有第二出气阀门。
优选的，所述储气洞室的内腔壁由内向外依次铺设有密封层、碳纤维底层、分布式光纤传感器和钢筋混凝土衬砌，所述储气洞室的两端设置有混凝土塞。
通过采用上述技术方案，一是保持储气洞室内高压气体的密封，二是为活塞的运行提供良好的环境。
优选的，所述第一空气压缩机组和第二空气压缩机组均包括高压压缩机和低压压缩机，空气依次经过低压压缩机和高压压缩机，变成高压可存储的压缩空气，储存在所述储气洞室内，所述高压压缩机和低压压缩机之间设置有换热器。
优选的，所述第一发电机组和第二发电机组均包括高压膨胀机和低压膨胀机，压缩空气依次经过高压膨胀机和低压膨胀机，进行膨胀做功发电，所述高压膨胀机和低压膨胀机之间设置有换热器。
一种活塞式恒压压缩空气储能系统的使用方法：包括以下步骤：
打开第一能量储存回路和第二能量释放回路，关闭第一能量释放回路和第二能量储存回路，第一空气压缩机组利用电网中富余的电能做功，把大气中的空气压缩通过第一能量储存回路进入储气洞室的第一腔室进行储能，同时储气洞室的第二腔室内的高压空气将通过第二能量释放回路进入第二发电机组膨胀做功，将储存在储气洞室的内能转化为稳定的电能并入电网；
打开第二能量储存回路和第一能量释放回路，关闭第一能量储存回路和第二能量释放回路，第二空气压缩机组利用电网中富余的电能做功，把大气中的空气压缩通过第二能量储存回路进入储气洞室的第二腔室，储气洞室的第一腔室内的高压空气将通过第一能量释放回路进入第一发电机组膨胀做功，将储存在储气洞室的内能转化为稳定的电能并入电网，重复以上步骤即可实现系统的循环运行。
通过采用上述技术方案，两机组共用同一段储气洞室，可以大大降低压气储能电站初期建设的投资费用；且两机组协同运行可以大大提高压气储能电站的能量转换效率。
综上所述，本发明具有如下的有益技术效果：
1、本发明中设置两机组并行的活塞式恒压压缩空气储能系统，不需要利用水头压力补偿发电过程中储气洞室内压力的损失，不需要建造在水资源丰富地区，对于风能、太阳能丰富但水资源缺乏的三北地区也可以使用，因此选址灵活、适用性强，可以提高恒压式压气储能系统的适用范围，且结构简单，操作方便。
2、本发明中两机组共用同一段储气洞室，可以大大降低压气储能电站初期建设的投资费用，节约成本。
3、本发明中两机组协同运行可以大大提高压气储能电站的能量转换效率。
附图说明
图1是本发明一种活塞式恒压压缩空气储能系统的结构示意图；
图2是本发明一种活塞式恒压压缩空气储能系统中的储气洞室的截面剖面图。
其中，1、电网；2、第一空气压缩机组；3、第二空气压缩机组；4、第一发电机组；5、第二发电机组；6、储气洞室；7、活塞；8、第一腔室；9、第二腔室；10、第一进气管道；11、第一出气管道；12、第二进气管道；13、第二出气管道；14、第一进气阀门；15、第一出气阀门；16、第二进气阀门；17、第二出气阀门；18、密封层；19、碳纤维底层；20、分布式光纤传感器；21、钢筋混凝土衬砌；22、混凝土塞。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例公开一种活塞式恒压压缩空气储能系统。参照图1，包括电网1、第一空气压缩机组2、第二空气压缩机组3、第一发电机组4、第二发电机组5和储气洞室6，所述第一空气压缩机组2和储气洞室6连通形成第一能量储存回路，所述第二空气压缩机组3和储气洞室6连通形成第二能量储存回路，所述储气洞室6和所述第一发电机组4连通形成第一能量释放回路，所述储气洞室6和所述第二发电机组5连通形成第二能量释放回路。所述第一空气压缩机组2与所述储气洞室6通过第一进气管道10连通，所述第一发电机组4和所述储气洞室6通过第一出气管道11连通，所述第一进气管道10和第一出气管道11并联设置。所述第二空气压缩机组3与所述储气洞室6通过第二进气管道12连通，所述第二发电机组5和所述储气洞室6通过第二出气管道13连通，所述第二进气管道12和第二出气管道13并联设置。所述第一进气管道10上设置有第一进气阀门14，所述第一出气管道11上设置有第一出气阀门15。所述第二进气管道12上设置有第二进气阀门16，所述第二出气管道13上设置有第二出气阀门17。所述第一空气压缩机组2、第二空气压缩机组3、第一发电机组4和第二发电机组5分别与所述电网1连接，所述储气洞室6内设置有活塞7，所述活塞7将储气洞室6的内腔隔成第一腔室8和第二腔室9，活塞7以可移动的方式设置在所述储气洞室6的内腔中，所述第一腔室8分别与第一空气压缩机组2和第一发电机组4连接，所述第二腔室9分别与第二空气压缩机组3和第二发电机组5连接。所述第一空气压缩机组2和第二空气压缩机组3均包括高压压缩机和低压压缩机，空气依次经过低压压缩机和高压压缩机，变成高压可存储的压缩空气，储存在所述储气洞室6内，所述高压压缩机和低压压缩机之间设置有换热器。所述第一发电机组4和第二发电机组5均包括高压膨胀机和低压膨胀机，压缩空气依次经过高压膨胀机和低压膨胀机，进行膨胀做功发电，所述高压膨胀机和低压膨胀机之间设置有换热器。
参照图2，所述储气洞室6的内腔壁由内向外依次铺设有密封层18、碳纤维底层19、分布式光纤传感器20和钢筋混凝土衬砌21，所述储气洞室6的两端设置有混凝土塞22。
一种活塞式恒压压缩空气储能系统的使用方法，包括以下步骤：
打开第一能量储存回路上的第一进气阀门14和第二能量释放回路上的第二出气阀门17，关闭第一能量释放回路上的第一出气阀门15和第二能量储存回路上的第二进气阀门16，第一空气压缩机组2利用电网1中富余的电能做功，把大气中的空气压缩通过第一能量储存回路进入储气洞室6的第一腔室8进行储能，同时储气洞室6的第二腔室9内的高压空气将通过第二能量释放回路进入第二发电机组5膨胀做功，将储存在储气洞室6的内能转化为稳定的电能并入电网1；
打开第二能量储存回路上的第二进气阀门16和第一能量释放回路上的第一出气阀门15，关闭第一能量储存回路上的第一进气阀门14和第二能量释放回路上的第二出气阀门17，第二空气压缩机组3利用电网1中富余的电能做功，把大气中的空气压缩通过第二能量储存回路进入储气洞室6的第二腔室9，储气洞室6的第一腔室8内的高压空气将通过第一能量释放回路进入第一发电机组4膨胀做功，将储存在储气洞室6的内能转化为稳定的电能并入电网1，重复以上步骤即可实现系统的循环运行。
工作原理：左侧机组放气发电时，右侧机组以相同的速率将高压空气注入储气洞室6，随着左侧第一腔室8内压力的降低，右侧的高压空气将推动活塞7向左移动，使左右两侧储气洞室6内高压空气的压力保持相等；同样，在右侧机组放气发电，左侧机组以相同的速率将高压空气注入第一腔室8，随着右侧第二腔室9内压力的降低，左侧高压空气将推动活塞7向右移动，使左右两侧储气洞室6内高压空气的压力保持相等。只要控制好左右两侧机组的充放气速率，就可以实现恒压储气发电。
在地质条件较好的围岩内开挖储气洞室6，储气洞室6的内腔壁由内向外依次铺设有密封层18、碳纤维底层19、分布式光纤传感器20和钢筋混凝土衬砌21，储气洞室6的两端设置有混凝土塞22，能够维持洞室的稳定性，保持洞室内高压气体的密封，为活塞的运行提供良好的环境。
以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种活塞式恒压压缩空气储能系统，其特征在于：包括电网(1)、第一空气压缩机组(2)、第二空气压缩机组(3)、第一发电机组(4)、第二发电机组(5)和储气洞室(6)，所述第一空气压缩机组(2)和储气洞室(6)连通形成第一能量储存回路，所述第二空气压缩机组(3)和储气洞室(6)连通形成第二能量储存回路，所述储气洞室(6)和所述第一发电机组(4)连通形成第一能量释放回路，所述储气洞室(6)和所述第二发电机组(5)连通形成第二能量释放回路，所述第一空气压缩机组(2)、第二空气压缩机组(3)、第一发电机组(4)和第二发电机组(5)分别与所述电网(1)连接，所述储气洞室(6)内设置有活塞(7)，所述活塞(7)将储气洞室(6)的内腔隔成第一腔室(8)和第二腔室(9)，活塞(7)以可移动的方式设置在所述储气洞室(6)的内腔中，所述第一腔室(8)分别与第一空气压缩机组(2)和第一发电机组(4)连接，所述第二腔室(9)分别与第二空气压缩机组(3)和第二发电机组(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种活塞式恒压压缩空气储能系统，其特征在于：所述第一空气压缩机组(2)与所述储气洞室(6)通过第一进气管道(10)连通，所述第一发电机组(4)和所述储气洞室(6)通过第一出气管道(11)连通，所述第一进气管道(10)和第一出气管道(11)并联设置。
3.根据权利要求1所述的一种活塞式恒压压缩空气储能系统，其特征在于：所述第二空气压缩机组(3)与所述储气洞室(6)通过第二进气管道(12)连通，所述第二发电机组(5)和所述储气洞室(6)通过第二出气管道(13)连通，所述第二进气管道(12)和第二出气管道(13)并联设置。
4.根据权利要求2所述的一种活塞式恒压压缩空气储能系统，其特征在于：所述第一进气管道(10)上设置有第一进气阀门(14)，所述第一出气管道(11)上设置有第一出气阀门(15)。
5.根据权利要求3所述的一种活塞式恒压压缩空气储能系统，其特征在于：所述第二进气管道(12)上设置有第二进气阀门(16)，所述第二出气管道(13)上设置有第二出气阀门(17)。
6.根据权利要求1所述的一种活塞式恒压压缩空气储能系统，其特征在于：所述储气洞室(6)的内腔壁由内向外依次铺设有密封层(18)、碳纤维底层(19)、分布式光纤传感器(20)和钢筋混凝土衬砌(21)，所述储气洞室(6)的两端设置有混凝土塞(22)。
7.根据权利要求1所述的一种活塞式恒压压缩空气储能系统，其特征在于：所述第一空气压缩机组(2)和第二空气压缩机组(3)均包括高压压缩机和低压压缩机，空气依次经过低压压缩机和高压压缩机，变成高压可存储的压缩空气，储存在所述储气洞室(6)内，所述高压压缩机和低压压缩机之间设置有换热器。
8.根据权利要求1所述的一种活塞式恒压压缩空气储能系统，其特征在于：所述第一发电机组(4)和第二发电机组(5)均包括高压膨胀机和低压膨胀机，压缩空气依次经过高压膨胀机和低压膨胀机，进行膨胀做功发电，所述高压膨胀机和低压膨胀机之间设置有换热器。
9.一种如权利要求1所述的活塞式恒压压缩空气储能系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
打开第一能量储存回路和第二能量释放回路，关闭第一能量释放回路和第二能量储存回路，第一空气压缩机组(2)利用电网(1)中富余的电能做功，把大气中的空气压缩通过第一能量储存回路进入储气洞室(6)的第一腔室(8)进行储能，同时储气洞室(6)的第二腔室(9)内的高压空气将通过第二能量释放回路进入第二发电机组(5)膨胀做功，将储存在储气洞室(6)的内能转化为稳定的电能并入电网(1)；
打开第二能量储存回路和第一能量释放回路，关闭第一能量储存回路和第二能量释放回路，第二空气压缩机组(3)利用电网(1)中富余的电能做功，把大气中的空气压缩通过第二能量储存回路进入储气洞室(6)的第二腔室(9)，储气洞室(6)的第一腔室(8)内的高压空气将通过第一能量释放回路进入第一发电机组(4)膨胀做功，将储存在储气洞室(6)的内能转化为稳定的电能并入电网(1)，重复以上步骤即可实现系统的循环运行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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