CN115095788B - 一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置，包括储气罐本体，罐内排水装置、智能气体热交换系统，所述储气罐本体由并联设置的储气管单元组成，所述储气管单元由加长无缝管经两端收口成右无缝管收管口、左无缝管收管口而成，不仅安全性高而且成本低廉；每个储气管单元靠近右无缝管收管口处设有罐内排水装置，所述罐内排水装置包括内管和内管头，所述内管头经内管与分气管相通，有效解决了储气罐储存高压空气时的自动排水问题；所述智能气体热交换系统包括热交换器、储热箱，所述热交换器包括热交换器管、热交换器壳体，所述分气管与热交换器管相通，从而提高空气压缩储能系统的综合转化效率，降低能量损耗。
Description
技术领域
本发明涉及空气压缩储能领域，具体涉及一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置。
背景技术
空气压缩储能是全生命周期内最低成本的纯物理储能方式，是将常温常压普通空气经多级压缩机压缩成15兆帕到20兆帕的高压空气储存起来，再在需要发电时放出高压空气膨胀发电产生电能，其中一个重要环节高压空气储气装置是储存高压空气的装置，该装置的投入成本直接影响到空气压缩储能的投资回收周期和商业化普及。
目前空气压缩储能装置采用的高压储气罐一般采用厚钢板卷板再进行焊接，不仅材料和人工成本高昂而且由于有焊接缝则增加破裂的危险性，不利于降低成本及普及，还存在很大的危险性。也有的采用地下盐穴储存高压空气，该方式受地理位置和盐穴状态的影响太大，不能小型化实现用电终端用户的商业化应用。另外普通空气压缩过程会产生水和大量的热量，高压放气时会吸收大量热量，进入高压储气罐的水如果不能每次都及时排出将严重影响高压空气的再储存量，损失了储气罐的有效空间，如何将进入储气罐的水每次全部自动顺利及时排出及将压缩时的大量热量收集存储用于放气时加热以达到平衡是一个急需解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置。
为实现该技术目的，本发明的方案是：
一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置，包括储气罐本体，罐内排水装置、智能气体热交换系统，所述储气罐本体由并联设置的储气管单元组成，所述储气管单元由加长无缝管经两端收口成右无缝管收管口、左无缝管收管口而成，每个储气管单元靠近右无缝管收管口处设有罐内排水装置，所述罐内排水装置包括内管和内管头，所述内管头经内管与分气管相通，所述智能气体热交换系统包括热交换器、储热箱，所述热交换器包括热交换器管、热交换器壳体，所述分气管与热交换器管相通。
进一步地，所述热交换器壳体内部设有热传导流体介质，所述热
交换器壳体和储热箱之间经介质出口管道和介质入口管道相通，所述介质入口管道上设有冷却泵，所述冷却泵与电箱相联，所述热交换器管上设有传感器组，传感器组联接电箱。
进一步地，所述内管头位于储气管单元水平最低处且与储气管单元的管壁之间设置有进出气缝。
进一步地，所述右无缝管收管口、左无缝管收管口分别设有有孔
变径塞、无孔变径塞，所述内管头经内管、有孔变径塞与分气管相通。
进一步地，所述储气管单元与固定座采用两端固定支撑的连接方
式，储气管单元通过两侧固定座和固定压件固定排列设置，靠近罐内排水装置一端的固定座水平高度低于远离罐内排水装置一端的固定座。
作为优选，所述的内管为金属或非金属软管，所述内管头具有一
定重量且能在罐内随自身重量沿储气管单元内壁滑动。
作为优选，所述传感器组为温度传感器和压力传感器组合或为温
度传感器。
作为优选，所述的右无缝管收管口与有孔变径塞之间、左无缝管
收管口与无孔变径塞之间采用螺纹连接配合。
作为优选，所述储气罐本体设置在浸有热传导流体介质的容器中。
本发明的有益效果如下：
1、本发明创造性采用可以大批量化规模化生产的加长耐高压无缝管作为高压储气罐本体毛坯材料，再经两头收管加工，储气管单元没有任何焊缝，不仅安全性高而且成本低廉，满足了空气压缩储能的安全性和商业化要求。
2、本发明创新性设置了罐内排水装置，有效解决了水平放置的加长高压无缝管储气罐储存普通高压空气时的自动排水问题，使得空气压缩储能每次对高压无缝管罐体充放气时能有效利用罐体内容积，提高了能量存储密度，也间接降低了投入成本。
3、本发明设置了由电箱控制的智能热交换系统，在空气压缩储能系统对无缝管储气罐本体进行存储和放出高压空气时，由电箱根据热交换器的温度实测值和设定值进行比对启动热交换系统，进而控制和完成对高压空气压缩后的热量收集和高压空气膨胀放气时的加热供热，实现热量平衡，能大大提高空气压缩储能系统的综合转化效率，降低能量损耗。
附图说明
图1为本发明3根储气罐单元的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本发明60根储气罐单元实施案例三维图；
图4为图3的正视图。
图中1储气管单元、2-1右无缝管收管口、2-2左无缝管收管口、3-1有孔变径塞、3-2无孔变径塞、4内管、5内管头、6固定座、7智能气体热交换系统、8热交换器、8-1热交换器管、8-2热交换器壳体、9分气管、10总气管、11固定压件、12电箱、13传感器组、13-1温度传感器、13-2压力传感器、14热传导流体介质、15储热箱、16介质出口管道、17介质入口管道、18冷却泵、19进出气缝。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1、图2所示，本发明所述的具体实施例为：
一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置，包括储气罐本体，罐内排水装置、智能气体热交换系统7，所述储气罐本体由多个上下前后并联设置的储气管单元1组成，实现不同容量的空气压缩储能装置对高压储气罐容积的要求，所述储气管单元1也可以根据现场空间环境设置成串联结构的储气罐本体。
每个储气管单元1由加长无缝管经两端收口成右无缝管收管口2-1、左无缝管收管口2-2而成，储气管单元1没有任何焊缝，不仅安全性高而且成本低廉。储气管单元1的材料优先采用直径Φ260mm到Φ280mm、壁厚5.0mm—6.5mm、长度12m左右的耐压无缝钢管，材质优先选用37锰。
每个储气管单元1靠近右无缝管收管口2-1处设有罐内排水装置，所述罐内排水装置包括内管4和内管头5，所述内管头5经内管4与分气管9相通，有效解决了水平放置的加长高压无缝管罐体储存普通高压空气时的自动排水问题。
本实施例中智能气体热交换系统7包括热交换器8、储热箱15，
所述热交换器8包括热交换器管8-1、热交换器壳体8-2，所述分气管9与热交换器管8-1相通，所述热交换器壳体8-2内部设有热传导流体介质14，所述热交换器壳体8-2和储热箱15之间经介质出口管道16和介质入口管道17相通，所述介质入口管道17上设有冷却泵18，所述冷却泵18与电箱12相联，所述热交换器管8-1上设有传感器组13，传感器组13联接电箱12，所述传感器组13为温度传感器13-1和压力传感器13-2组合或为温度传感器13-1。
当给储气罐本体充高压气体储能时，由于压缩空气会产生大量热量，高压气体温度高，电箱12此时根据温度传感器13-1的实测数值与设定值比较，当实测温度值超过设定数值时，电箱12会启动冷却泵18进行热传导流体介质14循环，从热交换器8中将热量通过热传导流体介质14带到储热箱15内储存，直到达到设定值停止，确保进入储气罐本体的高压空气温度正常。
当从储气罐本体中放出高压空气用于膨胀发电时，由于高压气体向低压膨胀放气时会吸收大量热量，如不进行加热则出气膨胀口金属管会低温损坏发生危险，当温度传感器13-1实测温度小于设定温度时电箱12启动冷却泵18进行热传导流体介质14循环，从储热箱15中将热量带至热交换器8中加热，直至达到设定温度停止。
所述内管头5位于储气管单元1水平最低处且与储气管单元1的
管壁之间设置有进出气缝19，所述的内管4为金属或非金属软管，所述内管头5具有一定重量且能在罐内随自身重量沿储气管单元1内壁滑动至水平最低点，以确保储气管单元1积水全部顺利及时排出。
所述右无缝管收管口2-1、左无缝管收管口2-2分别设有有孔变
径塞3-1、无孔变径塞3-2，所述内管头5经内管4、有孔变径塞3-1与分气管9相通。
所述储气管单元1与固定座6采用两端固定支撑的连接方式，储
气管单元1通过两侧固定座6和固定压件11固定排列设置，靠近罐内排水装置一端的固定座6水平高度低于远离罐内排水装置一端的固定座6，以便储气管单元1积水更顺利及时排出。
所述的右无缝管收管口2-1与有孔变径塞3-1之间、左无缝管收
管口2-2与无孔变径塞3-2之间采用螺纹连接配合。
所述储气罐本体设置在浸有热传导流体介质的容器中，以便更好
的进行热量收集和加热。
如图3、图4所示，由60根储气管单元1组成的空气压缩储能智能型低成本储气装置三维图案例，图3为上方斜视图，图4为水平正视图，图中每层10根储气管单元1，6层共计60根，两头在固定座6上固定排列，同时固定压件11压紧固定，每个储气管单元1优先选用外径Φ273mm，壁厚6mm, 37锰材质，12m长无缝管两头收管口制成，内部极限承压为35MPA（兆帕），额定安全工作压力20MPA（兆帕），重量约474Kg/根，内部容积为0.64m³/根。
图3、图4中一根储气管单元1右侧局部剖开可见内管头5在储气管单元1最右侧且处于水平最低处（图4所示），内管头5经内管4和有孔变径塞3-1与分气管9相通，储气管单元1左侧收管口2-2由无孔变径塞3-2堵住，右侧由有孔变径塞3-1堵住。60根储气管单元1的内部结构、外部结构及外型都相同，所有储气管单元1的分气管9都汇合联接到热交换器8中的热交换器管8-1的一端且相通，热交换器管8-1的另一端联通总气管10，热交换器管8-1设在热交换器壳体8-2内部，且两者之间充有热传导流体介质14，热交换器壳体8-2经介质出口管道16和介质入口管道17与储热箱15相通，且内部都充有热传导流体介质14，在介质入口管道17上设有冷却泵18，冷却泵18联接电箱，在热交换器管8-1上设有温度传感器13-1和压力传感器13-2且两者都联接电箱。
如图4所示，左侧固定座A处比右侧固定座B处高，以便所有储气管单元1内的水流向设有罐内排水装置的右侧，更好的将水随高压空气排出。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置，包括储气罐本体，罐内排水装置、智能气体热交换系统（7），其特征在于：所述储气罐本体由并联设置的储气管单元（1）组成，所述储气管单元（1）由加长无缝管经两端收口成右无缝管收管口（2-1）、左无缝管收管口（2-2），所述储气管单元（1）与固定座（6）采用两端固定支撑的连接方式，储气管单元（1）通过两侧固定座（6）和固定压件（11）固定排列设置，靠近罐内排水装置一端的固定座（6）水平高度低于远离罐内排水装置一端的固定座（6），每个储气管单元（1）靠近右无缝管收管口（2-1）处设有罐内排水装置，所述罐内排水装置包括内管（4）和内管头（5），所述内管头（5）经内管（4）与分气管（9）相通，所述智能气体热交换系统（7）包括热交换器（8）、储热箱（15），所述热交换器（8）包括热交换器管（8-1）、热交换器壳体（8-2），所述分气管（9）与热交换器管（8-1）相通，所述热交换器壳体（8-2）内部设有热传导流体介质（14），所述热交换器壳体（8-2）和储热箱（15）之间经介质出口管道（16）和介质入口管道（17）相通，所述介质入口管道（17）上设有冷却泵（18），所述冷却泵（18）与电箱（12）相联，所述热交换器管（8-1）上设有传感器组（13），传感器组（13）联接电箱（12）。
2.根据权利要求1所述的一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置，其特征在于：所述内管头（5）位于储气管单元（1）水平最低处且与储气管单元（1）的管壁之间设置有进出气缝（19）。
3.根据权利要求1所述的一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置，其特征在于：所述右无缝管收管口（2-1）、左无缝管收管口（2-2）分别设有有孔变径塞（3-1）、无孔变径塞（3-2），所述内管头（5）经内管（4）、有孔变径塞（3-1）与分气管（9）相通。
4.根据权利要求1所述的一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置，其特征在于：所述的内管（4）为金属或非金属软管，所述内管头（5）具有一定重量且能在罐内随自身重量沿储气管单元（1）内壁滑动。
5.根据权利要求1所述的一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置，其特征在于：所述传感器组（13）为温度传感器（13-1）和压力传感器（13-2）组合或为温度传感器（13-1）。
6.根据权利要求3所述的一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置，其特征在于：所述的右无缝管收管口（2-1）与有孔变径塞（3-1）之间、左无缝管收管口（2-2）与无孔变径塞（3-2）之间采用螺纹连接配合。
7.根据权利要求1所述的一种用于空气压缩储能的智能型低成本储气装置，其特征在于：所述储气罐本体设置在浸有热传导流体介质的容器中。
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