CN115405495B - 一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统及其运行方法，系统包括依次连接的压气机、蓄热容器、高压储气室、第一换热器、三罐释能模块、第二换热器、中压水气共容仓、抽蓄一体水轮机和地表蓄水池，三罐释能模块经第二换热器与中压水气共容仓的气体入口相连，水气共容仓的气体出口经阀门与压气机的入口相连，三罐释能模块与蓄热容器冷侧入口相连，蓄热容器的冷侧出口与三罐释能模块相连；甲醇裂解制氢单元中设置甲醇裂解器，甲醇裂解器耦合热泵单元，热泵单元向甲醇裂解器放热；实现能量梯级利用同时充分利用高压空气的压力能；使用三罐释能模块代替节流阀，保证抽蓄一体水轮机出力恒定，系统具有储能功能的同时实现冷电氢多联产。

Description

一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统及运行方法

技术领域

本发明属于压缩空气储能技术领域，具体涉及一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统及运行方法。

背景技术

氢气在工业上有着广泛的用途。近年来，由于精细化工、蒽醌法制双氧水、粉末冶金、油脂加氢、林业品和农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃料清洁汽车等的迅速发展，对纯氢需求量急速增加。其中甲醇裂解制氢产生大量的一氧化碳的同时需要外加200-300℃的热源，这会大大增加制氢的补热成本及一氧化碳的储存与运输成本。压缩空气储能系统释能段也需要将压缩空气加热到高温状态以提高系统的输出功量，从而提高系统效率，然而随着释能段入口压缩空气温度的升高，释能段排气温度也将升高，仍然会导致系统效率不高；同时，为保证进入压缩空气储能系统释能段的工作气体压力稳定，现有压缩空气储能系统多采用节流阀降压的方式，这将导致工作气体的压降损失。除此之外，空调制冷系统排热也将造成大量的能源浪费。因此，合理的梯级利用能源以及减少各系统部件的能量损失对提升系统效率十分必要。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统及运行方法，本发明耦合了一种三罐释能模块，该模块代替节流阀对压缩空气进行压力调节的同时对这部分压力能进行充分利用，通过甲醇裂解产生的一氧化碳燃烧热与压缩热对该释能模块进行分级补热，同时使用其低品位排气余热对液态甲醇进行预热，以实现热量的分级利用，利用热泵系统为甲醇裂解提供热源的同时供冷。本发明通过将抽水压缩空气储能单元同时耦合热泵单元、甲醇裂解制氢单元及三罐释能模块，实现了能量的梯级利用，使低品位热源与压力能得到充分利用的同时避免了二氧化碳的储存与运输，有助于提升系统效率与节约投资成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统，其特征在于，包括无坝抽水压缩空气储能单元、甲醇裂解制氢单元和热泵单元；无坝抽水压缩空气储能单元包括依次连接的压气机、蓄热容器、高压储气室、第一换热器、三罐释能模块、第二换热器、中压水气共容仓、抽蓄一体水轮机和地表蓄水池，三罐释能模块经第二换热器与中压水气共容仓的气体入口相连，水气共容仓的气体出口经阀门与压气机的入口相连，三罐释能模块经循环水泵与蓄热容器冷侧入口相连，蓄热容器的冷侧出口与三罐释能模块相连；甲醇裂解制氢单元中设置甲醇裂解器，甲醇裂解器耦合热泵单元，热泵单元向甲醇裂解器放热；

三罐释能模块包括水气罐组、水轮机组以及循环储油罐组；水气罐组包括第一水气罐、第二水气罐和第三水气罐；第一水气罐、第二水气罐与第三水气罐中均设置密封式隔热板，密封式隔热板上方为容纳油气空间，密封式隔热板下方为容水空间；第一水气罐、第二水气罐和第三水气罐顶部均设置进气口、排气口、导热油出口和导热油入口，进气口和排气口分别连通第一换热器和第三换热器，导热油出口和导热油入口连通储油罐组的入口和出口；第一水气罐、第二水气罐和第三水气罐的底部两两之间通过管道连通，所述管道上设置水轮机组。

甲醇裂解制氢单元包括依次连接的甲醇液罐、甲醇泵、甲醇裂解器、一氧化碳燃烧室及二氧化碳吸收装置，甲醇泵出口与第二换热器冷侧入口相连，第二换热器冷侧出口与甲醇裂解器入口相连，一氧化碳燃烧室出口与第一换热器热侧入口相连，第一换热器的热侧出口连接二氧化碳吸收装置；热泵单元包括热泵单元、送风机及第三换热器，热泵单元的热流体出口与甲醇裂解器的热侧入口相连，甲醇裂解器热侧出口与第三换热器热侧入口相连，第三换热器热侧出口与热泵单元的冷侧入口相连，送风机出口与第三换热器的冷侧入口相连，第三换热器的冷侧出口与一氧化碳燃烧室的空气入口相连。

第一水气罐、第二水气罐和第三水气罐中均设置若干叠式肋片，叠式肋片上端与下端分别固定在水气罐顶部与密封式隔热板上端面，叠式肋片采用可伸缩结构，所述可伸缩结构至少分为两段，相邻两段之间可滑动连接；每一段叠式肋片均包括若干块单个肋片。

叠式肋片上设置卡扣和卡槽，轴向相邻两段叠式肋片通过卡扣和卡槽连接，卡扣卡在卡槽中，卡扣能沿着卡槽滑动。

储油罐组包括循环热油罐、循环冷油罐、循环油泵以及第四换热器；循环热油罐的出口连接循环冷油罐，第四换热器冷侧进出口分别连接循环油泵和循环热油罐；第四换热器热侧与蓄热容器冷侧相连；循环冷油罐的入口设置第一导热油泵，循环热油罐的出口设置第二导热油泵。

蓄热容器与高压储气室之间及高压储气室与三罐释能模块之间均设置阀门；第一水气罐、第二水气罐和第三水气罐的进气口、排气口、导热油出口和导热油入口均设置电磁阀。

第一水气罐、第二水气罐和第三水气罐的顶部均设置油位检测器和压力传感器，第一水气罐、第二水气罐、第三水气罐及循环储油罐外均设置绝热层，且内部涂有防锈涂层，导热油管外包覆绝热层或导热油管采用绝热材料进行制成。

高压储气室为能承受高压的地下矿井或盐穴。

本发明所述的一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统的运行方法，其特征在于，具体如下：

储能阶段：在抽蓄一体水轮机的作用下，地表蓄水池中的水进入水气共容仓，水气共容仓中的水推动中压空气进入压气机，经压气机压缩，中压空气变为高压空气进入蓄热容器，高压空气压缩热经蓄热容器吸收后进入高压储气室进行储气；

释能阶段：高压储气室中的高压气体进入第一换热器加热后，高压气体进入三罐释能模块做功释能，三罐释能模块尾部中压排气进入第二换热器，低品位排气余热充分利用后进入水气共容仓，在中压气体的作用下水气共容仓中的水推动抽蓄一体水轮机做功，带动发电机发电，之后水进入地表蓄水池；在三罐释能模块中分为六个释能阶段：第一个释能阶段，第一水气罐内气体处于静止状态，第二水气罐内气体膨胀推动罐的水进入水轮机释能后进入第三水气罐，进一步推动第三水气罐内气体恒压排气，之后气体进入第三换热器放热；与此同时，第一水气罐内冷导热油进入储油罐组，储油罐组内热导热油完全进入第一水气罐后，水进入第四换热器以及蓄热容器换热，第一水气罐换导热油的过程在第一水气罐静止不工作的时间内完成，当第二水气罐内气体压力等于排气压力时，进入第二释能阶段；第二个释能阶段，第一换热器的热侧出口流出的高压空气进入第一水气罐、第一水气罐开始进入吸气阶段，第二水气罐静止，第一水气罐中的水进入水轮机，推动水轮机做功后进入第三水气罐推动罐内气体排气，当第三水气罐内导热油到设定油位时，进入第三释能阶段；第三释能阶段，第一水气罐处于膨胀阶段、膨胀过程与第一释能阶段第二水气罐相同，第二水气罐处于排气阶段、排气过程与第一释能阶段第三水气罐相同，第三水气罐处于静止阶段，过程与第一释能阶段第一水气罐相同；第四释能阶段，第一水气罐处于静止阶段，过程与第二释能阶段第二水气罐相同，第二水气罐处于排气阶段，过程与第二释能阶段第三水气罐相同，第三水气罐处于吸气阶段，过程与第二释能阶段第一水气罐相同；第五释能阶段，第一水气罐处于排气阶段，过程与第一释能阶段第三水气罐相同，第二水气罐处于静止阶段，过程第一释能阶段第一水气罐相同，第三水气罐处于膨胀阶段，过程与第一释能阶段第二水气罐相同；第六释能阶段，第一水气罐处于排气阶段，过程与第二释能阶段第三水气罐相同，第二水气罐处于吸气阶段、过程与第二释能阶段第一水气罐相同，第三水气罐为静止阶段、过程与第二释能阶段第二水气罐相同；第六释能阶段后，第一水气罐进入静止阶段，第二水气罐进入膨胀阶段，第三水气罐进入排气阶段，与第一释能阶段完全相同。

在三罐释能模块中分为六个释能阶段：第一个释能阶段，第一水气罐内气体处于静止状态，第二水气罐内气体膨胀推动罐的水进入水轮机释能后进入第三水气罐，进一步推动第三水气罐内气体通过气体出口阀门恒压排气，之后气体进入第三换热器；与此同时，第一水气罐内冷导热油进入循环冷油罐，第一水气罐内冷导热油完全进入循环冷油罐后，循环热油罐内热导热油进入第一水气罐，当循环热油罐内热导热油完全进入第一水气罐后，循环冷油罐内冷导热油进入第四换热器，吸热后变为热导热油进入循环热油罐储存，与此同时导热油在循环油泵的作用下进入第四换热器与蓄热容器的换热介质换热，第一水气罐换导热油的过程在第一水气罐静止不工作的时间内完成，当第二水气罐内气体压力等于排气压力时，进入第二释能阶段；第二个释能阶段，第一换热器的热侧出口流出的高压空气进入第一水气罐、第一水气罐开始进入吸气阶段，第二水气罐静止，第一水气罐中的水进入水轮机，推动水轮机做功后进入第三水气罐推动罐内气体排气，当第三水气罐内导热油到设定油位时，进入第三释能阶段；

在吸气与膨胀阶段，叠式肋片伸长，在排气阶段，叠式肋片缩短，叠式肋片上端固定，叠式肋片下端与密封式隔热板连接，卡扣沿着卡槽滑动。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明将无坝抽水压缩空气储能与热泵及甲醇裂解制氢耦合的同时提出了一中三罐释能模块及方法，实现了能量梯级利用同时充分利用了高压空气的压力能；三罐释能模块能够实现循环交替释能，使用三罐释能模块代替节流阀，使压力能得到充分利用的同时起到了稳压的作用，使水气共容仓内压力保持恒定、保证抽蓄一体水轮机出力恒定，进一步使发电稳定、保证发电质量，热泵为甲醇裂解供热的同时为外界提供冷使系统兼具供冷功能，大大提高了系统/>效率；使用多种技术相互耦合、系统具有储能功能的同时实现了冷电氢多联产。

进一步地，甲醇裂解制氢单元产生的一氧化碳经燃烧室燃烧后为三罐释能模块前的高压空气补热，减少了一氧化碳的储存与运输成本的同时增加了高压空气的做功能力、提高了系统效率；空气经甲醇裂解器冷端出口余热预热后进入一氧化碳燃烧室，充分利用了甲醇裂解器低品位排气余热的同时提高了一氧化碳燃烧室热经济性。

进一步地，三罐释能模块中使用两端分别与水气罐顶部及密封式隔热板相连的叠式肋片，具有良好的导热功能，有利于为高压空气补热，提高系统效率。

进一步地，使用三罐释能模块排气余热预热甲醇液，减少了热泵的耗功，进一步提升了系统效率。

基于本发明所述系统的运行方法，在三罐释能模块释能过程中，使用低品位压缩热加热导热油、再通过导热油为正在膨胀的高压空气补热，进一步增加了高压空气的做功能力、使低品位压缩热得到充分利用；热泵为甲醇裂解供热的同时为外界提供冷使系统兼具供冷功能，大大提高了系统/>效率；三罐释能模块运行时每个循环分为六个释能阶段，每个水气罐在静止阶段有足够时间换导热油，大大提高了系统便捷性。

附图说明

图1为本发明一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统。

图2为本发明中三罐释能模块图。

图3为本发明中叠式肋片的单个肋片的直观图、正视图、后视图与俯视图。

图4为本发明中叠式肋片为展开时直观图、展开时直观图与俯视图。

附图中：1、压气机；2、蓄热容器；3、第一电磁阀；4、高压储气室；5、第二电磁阀； 6、第一换热器；7、三罐释能模块；8、第三换热器；9、水气共容仓；10、抽蓄一体水轮机；11、地表蓄水池；12、甲醇液罐；13、甲醇泵；14、第二换热器；15、热泵单元；16、甲醇裂解器；17、一氧化碳燃烧室；18、二氧化碳吸收装置；19、送风机；20、第三电磁阀；21、循环水泵；701、第四电磁阀；702、第五电磁阀；703、第六电磁阀；704、第七电磁阀；705、第八电磁阀；706、第九电磁阀；707、第一导热油管；708、第一压力传感器； 709、第一密封式隔热板；710、第一水气罐；711、第二导油管；712、第二压力传感器； 713、第二密封式隔热板；714、第二水气罐；715、第三导油管；716、第三压力传感器； 717、第三水气罐；718、第三密封式隔热板；719、第十电磁阀；720、第十一电磁阀；721、第十二电磁阀；722、第十三电磁阀；723、第十四电磁阀；724、水轮机；725、第十五电磁阀；726、第十六电磁阀；727、第十七电磁阀；728、第一导热油泵；729、第二导热油泵； 730、第十八电磁阀；731、第十九电磁阀；732、循环油泵；733、第二十电磁阀；734、循环冷油罐；735、循环热油罐；736、第一油位检测器；737、第二油位检测器；738、第三油位检测器；739、第四换热器；740、第一叠式肋片；741、第二叠式肋片；742、第三叠式肋片；743、第二十一电磁阀；740a、卡扣；740b、卡槽。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本发明进行详细阐述。

本发明将无坝抽水压缩空气储能与热泵及甲醇裂解制氢单元进行耦合，对能量进行了梯级利用，充分利用了高压空气压力能与低品位热源，在提升了系统效率的同时避免了一氧化碳的储存与运输、减少投资成本。

如图1所示，一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统，包括无坝抽水压缩空气储能单元、甲醇裂解制氢单元、热泵单元；

具体包括压气机1、蓄热容器2、第一电磁阀3、高压储气室4、第二电磁阀5、第一换热器6、三罐释能模块7、第三换热器8、水气共容仓9、抽蓄一体水轮机10、地表蓄水池 11、甲醇液罐12、甲醇泵13、第二换热器14、热泵单元15、甲醇裂解器16、一氧化碳燃烧室17、二氧化碳吸收装置18、送风机19、第三电磁阀20、循环水泵21；

无坝抽水压缩空气储能单元包括依次连接的压气机1、蓄热容器2、高压储气室4、第一换热器6、三罐释能模块7、第二换热器14、中压水气共容仓9、抽蓄一体水轮机10和地表蓄水池11，三罐释能模块7经第二换热器14与中压水气共容仓9的气体入口相连，水气共容仓 9的气体出口经阀门与压气机1的入口相连，三罐释能模块7经循环水泵21与蓄热容器2冷侧入口相连，蓄热容器2的冷侧出口与三罐释能模块7相连；甲醇裂解制氢单元中设置甲醇裂解器16，甲醇裂解器16耦合热泵单元，热泵单元向甲醇裂解器16放热；

三罐释能模块7包括水气罐组、水轮机组以及循环储油罐组；水气罐组包括第一水气罐 710、第二水气罐714和第三水气罐717；第一水气罐710、第二水气罐714与第三水气罐717中均设置密封式隔热板，密封式隔热板上方为容纳油气空间，密封式隔热板下方为容水空间；第一水气罐710、第二水气罐714和第三水气罐717顶部均设置进气口、排气口、导热油出口和导热油入口，进气口和排气口分别连通第一换热器6和第三换热器8，导热油出口和导热油入口连通储油罐组的入口和出口；第一水气罐710、第二水气罐714和第三水气罐717的底部两两之间通过管道连通，所述管道上设置水轮机组724。

作为一种优选的实施例，高压储气室为能承受高压的地下矿井或盐穴。

如图2所示，本发明中三罐释能模块包括第四电磁阀701、第五电磁阀702、第六电磁阀703、第七电磁阀704、第八电磁阀705、第九电磁阀706、第一导热油管707、第一压力传感器708、第一密封式隔热板709、第一水气罐710、第二导油管711、第二压力传感器712、第二密封式隔热板713、第二水气罐714、第三导油管715、第三压力传感器716、第三水气罐717、第三密封式隔热板718、第十电磁阀719、第十一电磁阀720、第十二电磁阀721、第十三电磁阀722、第十四电磁阀723、水轮机组724、第十五电磁阀725、第十六电磁阀 726、第十七电磁阀727、第一导热油泵728、第二导热油泵729、第十八电磁阀730、第十九电磁阀731、循环油泵732、第二十电磁阀733、循环冷油罐734、循环热油罐735、第一油位检测器736、第二油位检测器737、第三油位检测器738、第四换热器739、第一叠式肋片 740、第二叠式肋片741、第三叠式肋片742、第二十一电磁阀743；

如图3所示，本发明中叠式肋片的单个肋片的立体图、正视图、后视图与俯视图分别对应图3a、b、c和d所示，叠式肋片上设置卡扣740a和卡槽740b，叠式肋片沿着轴向至少分为两段，轴向相邻两段叠式肋片通过卡扣740a和卡槽740b连接，卡扣740a卡在卡槽 740b中，卡扣740a能沿着卡槽740b滑动。叠式肋片各层肋排片间接触良好，肋片采用导热性能较好以及与导热油间粘性较小的材料制成。

水气罐及循环储油罐保温性能良好，且内部涂有防锈涂层；导热油管外包覆绝热层或导热油管采用绝热材料进行制成。

参考图4，以两段叠式肋片作为示例，为方便说明分为第一段叠式肋片和第二段叠式肋片；第一段叠式肋片和第二段叠式肋片均包括若干块单个肋片，第一段叠式肋片和第二段叠式肋片上的单个肋片数量相等；第一段叠式肋片上的单个肋片均匀安装在一根中心管外侧，第二段叠式肋片的单个肋片均连接一块弧形板，所述弧形板能够与所述中心管外侧紧贴，并沿着中心管外侧滑动；本发明中叠式肋片安装后未伸长状态立体图、伸长状态立体图与俯视图，分别对应图4a、图4b和图4c所示。

进一步的，弧形板和中心管外侧也可以设置卡扣740a和卡槽740b，卡扣740a卡在卡槽 740b中，卡扣740a能沿着卡槽740b滑动。

图4示例中心管为圆管，本发明中心管也可以为方管，而所述弧形板的形状适应中心管而变。

无坝抽水压缩空气储能单元包括依次连接的压气机1、蓄热容器2、高压储气室4、第一换热器6、三罐释能模块7、第二换热器14、水气共容仓9、抽蓄一体水轮机10和地表蓄水池 11，蓄热容器2与高压储气室4之间设置第一电磁阀3、高压储气室4与第一换热器6之间均设置第二电磁阀5，三罐释能模块7经第二换热器14与水气共容仓9气体入口相连，水气共容仓9气体出口经第三电磁阀20与压气机1入口相连，三罐释能模块7经循环水泵21与蓄热容器2冷侧入口相连、蓄热容器2热侧出口与三罐释能模块7相连。

甲醇裂解制氢单元包括依次连接的甲醇液罐12、甲醇泵13、甲醇裂解器16、一氧化碳燃烧室17及二氧化碳吸收装置18，甲醇泵13出口与第二换热器14冷侧入口相连，第二换热器 14热侧出口与甲醇裂解器16入口相连，一氧化碳燃烧室17出口与第一换热器6热侧入口相连，第一换热器6热侧连接二氧化碳吸收装置18；热泵单元包括热泵单元15、送风机19及第三换热器8，热泵单元15热流体出口与甲醇裂解器16热侧入口相连，甲醇裂解器16冷侧出口与第三换热器8热侧入口相连，第三换热器8冷侧出口与热泵单元15冷侧入口相连，送风机19出口与第三换热器8冷侧入口相连，第三换热器8热侧出口与一氧化碳燃烧室17空气入口相连；甲醇裂解器16向外部提供氢气。

三罐释能模块7包括水气罐组、水轮机组、循环储油罐组，储油罐组包括循环热油罐735、循环冷油罐734、循环油泵732以及第四换热器739，循环冷油罐出口依次通过第二十电磁阀 733、循环油泵732、第四换热器739与循环热油罐735入口相连，循环热油罐735的出口连接循环冷油罐734，第四换热器739冷侧连接循环油泵732和循环热油罐735；第四换热器739 热侧出口与蓄热容器2冷侧入口相连，蓄热容器2热侧出口经循环水泵21与第四换热器739 热侧入口相连。

水轮机组724包括一个水轮机及发电机，水轮机与发电机相连。

水气罐组包括第一水气罐710、第二水气罐714和第三水气罐717，第一水气罐710、第二水气罐714与第三水气罐717顶部分别对应设置第一压力传感器708、第二压力传感器712 和第三压力传感器716，第一水气罐710、第二水气罐714与第三水气罐717顶部分别对应设置第一导热油管707、第二导热油管711和第三导热油管715，第一水气罐710、第二水气罐 714与第三水气罐717顶部分别对应设置第一油位检测器736、第二油位检测器737及第三油位检测器738，每个水气罐内均设置密封式隔热板与叠式肋片，叠式肋片上端与下端分别固定在水气罐顶部与密封式隔热板上端面，叠式肋片采用可伸缩结构；密封式隔热板包括第一密封式隔热板709、第二密封式隔热板713和第三密封式隔热板718；叠式肋片包括第一叠式肋片740、第二叠式肋片741和第三叠式肋片742，密封式隔热板上方为容纳油气空间，密封式隔热板下方为容水空间，第一水气罐710、第二水气罐714与第三水气罐717分别对应设置第一密封式隔热板709、第二密封式隔热板713和第三密封式隔热板718，第一水气罐710、第二水气罐714与第三水气罐717中分别对应设置第一叠式肋片740、第二叠式肋片741和第三叠式肋片742；第一换热器6热侧出口分别经第五电磁阀702、第六电磁阀703、第八电磁阀705 与第一水气罐710气体入口、第二水气罐714气体入口以及第三水气罐717气体入口相连，第一水气罐气体710出口经第四电磁阀701、第二水气罐714气体出口经第七电磁阀704以及第三水气罐717气体出口经第九电磁阀706与第二换热器14热侧入口相连；第一水气罐710、第二水气罐714、第三水气罐717下端分别经阀门与水轮机组724相连，油泵组包括第一导热油泵728和第二导热油泵729，第一导热油管707经第十电磁阀719、第二导热油管711经第十一电磁阀720、第三导热油管715经第十三电磁阀722与第一导热油泵728的入口相连，第一导热油管707经第十电磁阀719、第二导热油管711经第十一电磁阀720、第三导热油管715 经第十三电磁阀722与第二导热油泵729的出口相连，第一导热油泵728出口经第十八电磁阀730与循环储油罐组的循环冷油罐734相连，第二导热油泵729入口经第十九电磁阀731与循环储油罐组的循环热油罐735相连。

在吸气与膨胀阶段，叠式肋片将伸展，叠式肋片上端固定、卡扣740a在卡槽740b中滑动；在排气阶段、叠式肋片将折叠，叠式肋片上端固定、卡扣740a在卡槽740b中滑动。

第一叠式肋片740、第二叠式肋片741及第三叠式肋片742各层肋排片间接触良好，肋片采用导热性能较好以及与导热油间粘性较小的材料构成。

第一水气罐710、第二水气罐714、第三水气罐717及循环冷储油罐734、循环热储油罐 735均采用保温性能良好的材料制备，且内部涂有防锈涂层。

第一导热油管707、第二导热油管711与第三导热油管715均采用绝热材料进行制备。

高压储气室4为能承受高压的地下矿井或盐穴。

各阀门自动控制系统进行调节，热泵单元消耗电能来自释能阶段发电机供电。

本发明所述一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统的运行方法，具体如下：

储能阶段：在抽蓄一体水轮机10的作用下，地表蓄水池11内的水进入水气共容仓9，水气共容仓9内水推动中压空气经第三电磁阀20进入压气机1入口，经压气机1压缩、中压空气变为高压空气进入蓄热容器2，高压空气压缩热在蓄热容器2吸收后经第一电磁阀3进入高压储气室4进行储气。

释能阶段：高压储气室4中的高压气体经第二电磁阀5进入第一换热器6冷侧加热后，进入三罐释能模块7做功释能，三罐释能模块7尾部中压排气进入第二换热器14热侧入口，中压排气的低品位排气余热充分利用后进入水气共容仓9，在中压气体的作用下水气共容仓9内水推动抽蓄一体水轮机10做功，带动发电机发电，之后水进入地表蓄水池11。

在三罐释能模块7中分为六个释能阶段：

第一个释能阶段，先关闭第四电磁阀701与第五电磁阀702，打开第八电磁阀706，关闭第十四电磁阀723与第十六电磁阀726，打开第十二电磁阀721与第十七电磁阀727，此时第一水气罐710内气体处于静止状态、第二水气罐714内气体膨胀推动罐内水经第十二电磁阀 721进入水轮机组724，推动水轮机组724释能后经第十七电磁阀727进入第三水气罐717，进一步推动第三水气罐717内的气体经第八电磁阀706恒压排气，之后气体进入第二换热器 14，与此同时，第十电磁阀719打开，第十一电磁阀720与第十三电磁阀722关闭，第一水气罐710内冷导热油在第一导热油泵728的作用下经第十电磁阀719与第十八电磁阀730进入循环冷油罐734，当第一水气罐710内冷导热油完全进入循环冷油罐734后，循环热油罐735 内热导热油经第十九电磁阀731进入第二导热油泵729，再经第十电磁阀719进入第一水气罐，当循环热油罐735内热导热油完全进入第一水气罐710后，第十电磁阀719关闭，循环冷油罐734内冷导热油经第二十电磁阀733与循环油泵732进入第四换热器739，吸热后变为热导热油进入循环热油罐735储存；与此同时导热油在循环油泵732的作用下进入第四换热器 739与蓄热容器2的换热介质换热，第一水气罐换导热油的过程在第一水气罐静止不工作的时间内完成；经第二压力传感器712检测，当第二水气罐714内气体压力等于排气压力时，第十二电磁阀721关闭，第五电磁阀702打开，进入第二释能阶段。

第二个释能阶段：第一换热器6热侧出口流出的高压空气经第五电磁阀702，第一水气罐 710开始进入吸气阶段，第二水气罐714静止，第一水气罐710中的水经第十四电磁阀723进入水轮机组724，推动水轮机做功后经第十七电磁阀727进入第三水气罐717，继续推动罐内气体排气，当第三水气罐内导热油到第三油位检测器738监测油位时，第五电磁阀702与第九电磁阀706关闭，之后进入第三释能阶段。

第三释能阶段：第一水气罐710处于膨胀阶段、膨胀过程与第一释能阶段中第二水气罐 714的运行过程相同，第二水气罐714处于排气阶段，排气过程与第一释能阶段中第三水气罐 717相同；第三水气罐717处于静止阶段，过程与第一释能阶段第一水气罐710相同；第四释能阶段：第一水气罐710处于静止阶段，过程与第二释能阶段第二水气罐714相同；第二水气罐处于排气阶段，过程与第二释能阶段第三水气罐717相同，第三水气罐717处于吸气阶段，过程与第二释能阶段第一水气罐710相同；第五释能阶段：第一水气罐710处于排气阶段，过程与第一释能阶段第三水气罐717相同；第二水气罐714处于静止阶段，过程第一释能阶段第一水气罐710相同，第三水气罐717处于膨胀阶段，过程与第一释能阶段第二水气罐714相同；第六释能阶段：第一水气罐710处于排气阶段，过程与第二释能阶段第三水气罐717相同，第二水气罐714处于吸气阶段，过程与第二释能阶段第一水气罐710相同，第三水气罐 717为静止阶段，过程与第二释能阶段第二水气罐714相同；第六释能阶段后，第一水气罐710 进入静止阶段，第二水气罐714进入膨胀阶段，第三水气罐717进入排气阶段，与第一释能阶段完全相同。

Claims (10)

1.一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统，其特征在于，包括无坝抽水压缩空气储能单元、甲醇裂解制氢单元和热泵单元；无坝抽水压缩空气储能单元包括依次连接的压气机(1)、蓄热容器(2)、高压储气室(4)、第一换热器(6)、三罐释能模块(7)、第二换热器(14)、中压水气共容仓(9)、抽蓄一体水轮机(10)和地表蓄水池(11)，三罐释能模块(7)经第二换热器(14)与中压水气共容仓(9)的气体入口相连，水气共容仓(9)的气体出口经阀门与压气机(1)的入口相连，三罐释能模块(7)经循环水泵(21)与蓄热容器(2)冷侧入口相连，蓄热容器(2)的冷侧出口与三罐释能模块(7)相连；甲醇裂解制氢单元中设置甲醇裂解器(16)，甲醇裂解器(16)耦合热泵单元，热泵单元向甲醇裂解器(16)放热；

三罐释能模块(7)包括水气罐组、水轮机组以及循环储油罐组；水气罐组包括第一水气罐(710)、第二水气罐(714)和第三水气罐(717)；第一水气罐(710)、第二水气罐(714)与第三水气罐(717)中均设置密封式隔热板，密封式隔热板上方为容纳油气空间，密封式隔热板下方为容水空间；第一水气罐(710)、第二水气罐(714)和第三水气罐(717)顶部均设置进气口、排气口、导热油出口和导热油入口，进气口和排气口分别连通第一换热器(6)和第三换热器(8)，导热油出口和导热油入口连通储油罐组的入口和出口；第一水气罐(710)、第二水气罐(714)和第三水气罐(717)的底部两两之间通过管道连通，所述管道上设置水轮机组(724)。

2.根据权利要求1所述的压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统，其特征在于，甲醇裂解制氢单元包括依次连接的甲醇液罐(12)、甲醇泵(13)、甲醇裂解器(16)、一氧化碳燃烧室(17)及二氧化碳吸收装置(18)，甲醇泵(13)出口与第二换热器(14)冷侧入口相连，第二换热器(14)冷侧出口与甲醇裂解器(16)入口相连，一氧化碳燃烧室(17)出口与第一换热器(6)热侧入口相连，第一换热器(6)的热侧出口连接二氧化碳吸收装置(18)；热泵单元包括热泵单元(15)、送风机(19)及第三换热器(8)，热泵单元(15)的热流体出口与甲醇裂解器(16)的热侧入口相连，甲醇裂解器(16)热侧出口与第三换热器(8)热侧入口相连，第三换热器(8)热侧出口与热泵单元(15)的冷侧入口相连，送风机(19)出口与第三换热器(8)的冷侧入口相连，第三换热器(8)的冷侧出口与一氧化碳燃烧室(17)的空气入口相连。

3.根据权利要求1所述的压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统，其特征在于，第一水气罐(710)、第二水气罐(714)和第三水气罐(717)中均设置若干叠式肋片，叠式肋片上端与下端分别固定在水气罐顶部与密封式隔热板上端面，叠式肋片采用可伸缩结构，所述可伸缩结构至少分为两段，相邻两段之间可滑动连接；每一段叠式肋片均包括若干块单个肋片。

4.根据权利要求3所述的压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统，其特征在于，叠式肋片上设置卡扣(740a)和卡槽(740b)，轴向相邻两段叠式肋片通过卡扣(740a)和卡槽(740b)连接，卡扣(740a)卡在卡槽(740b)中，卡扣(740a)能沿着卡槽(740b)滑动。

5.根据权利要求1所述的压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统，其特征在于，储油罐组包括循环热油罐(735)、循环冷油罐(734)、循环油泵(732)以及第四换热器(739)；循环热油罐(735)的出口连接循环冷油罐(734)，第四换热器(739)冷侧进出口分别连接循环油泵(732)和循环热油罐(735)；第四换热器(739)热侧与蓄热容器(2)冷侧相连；循环冷油罐(734)的入口设置第一导热油泵(728)，循环热油罐(735)的出口设置第二导热油泵(729)。

6.根据权利要求1所述的压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统，其特征在于，蓄热容器(2)与高压储气室(4)之间及高压储气室(4)与三罐释能模块(7)之间均设置阀门；第一水气罐(710)、第二水气罐(714)和第三水气罐(717)的进气口、排气口、导热油出口和导热油入口均设置电磁阀。

7.根据权利要求1所述的压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统，其特征在于，第一水气罐(710)、第二水气罐(714)和第三水气罐(717)的顶部均设置油位检测器和压力传感器，第一水气罐(710)、第二水气罐(714)、第三水气罐(717)及循环储油罐外均设置绝热层，且内部涂有防锈涂层，导热油管外包覆绝热层或导热油管采用绝热材料进行制成。

8.根据权利要求1所述的压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统，其特征在于，高压储气室为能承受高压的地下矿井或盐穴。

9.权利要求1至8中任一项所述的一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统的运行方法，其特征在于，具体如下：

储能阶段：在抽蓄一体水轮机(10)的作用下，地表蓄水池(11)中的水进入水气共容仓(9)，水气共容仓(9)中的水推动中压空气进入压气机(1)，经压气机(1)压缩，中压空气变为高压空气进入蓄热容器(2)，高压空气压缩热经蓄热容器(2)吸收后进入高压储气室(4)进行储气；

释能阶段：高压储气室(4)中的高压气体进入第一换热器(6)加热后，高压气体进入三罐释能模块(7)做功释能，三罐释能模块(7)尾部中压排气进入第二换热器(14)，低品位排气余热充分利用后进入水气共容仓(9)，在中压气体的作用下水气共容仓(9)中的水推动抽蓄一体水轮机(10)做功，带动发电机发电，之后水进入地表蓄水池(11)；在三罐释能模块中分为六个释能阶段：第一个释能阶段，第一水气罐(710)内气体处于静止状态，第二水气罐(714)内气体膨胀推动罐的水进入水轮机释能后进入第三水气罐(717)，进一步推动第三水气罐(717)内气体恒压排气，之后气体进入第三换热器(14)放热；与此同时，第一水气罐(710)内冷导热油进入储油罐组，储油罐组内热导热油完全进入第一水气罐(710)后，水进入第四换热器(739)以及蓄热容器(2)换热，第一水气罐(710)换导热油的过程在第一水气罐(710)静止不工作的时间内完成，当第二水气罐(714)内气体压力等于排气压力时，进入第二释能阶段；第二个释能阶段，第一换热器(6)的热侧出口流出的高压空气进入第一水气罐(710)、第一水气罐(710)开始进入吸气阶段，第二水气罐静止，第一水气罐(710)中的水进入水轮机，推动水轮机做功后进入第三水气罐(717)推动罐内气体排气，当第三水气罐(717)内导热油到设定油位时，进入第三释能阶段；第三释能阶段，第一水气罐(710)处于膨胀阶段、膨胀过程与第一释能阶段第二水气罐(714)相同，第二水气罐(714)处于排气阶段、排气过程与第一释能阶段第三水气罐(717)相同，第三水气罐(717)处于静止阶段，过程与第一释能阶段第一水气罐(710)相同；第四释能阶段，第一水气罐(710)处于静止阶段，过程与第二释能阶段第二水气罐(714)相同，第二水气罐(714)处于排气阶段，过程与第二释能阶段第三水气罐(717)相同，第三水气罐(717)处于吸气阶段，过程与第二释能阶段第一水气罐(710)相同；第五释能阶段，第一水气罐(710)处于排气阶段，过程与第一释能阶段第三水气罐(717)相同，第二水气罐(714)处于静止阶段，过程第一释能阶段第一水气罐相同，第三水气罐(717)处于膨胀阶段，过程与第一释能阶段第二水气罐相同；第六释能阶段，第一水气罐(710)处于排气阶段，过程与第二释能阶段第三水气罐(717)相同，第二水气罐(714)处于吸气阶段、过程与第二释能阶段第一水气罐(710)相同，第三水气罐(717)为静止阶段、过程与第二释能阶段第二水气罐(714)相同；第六释能阶段后，第一水气罐(710)进入静止阶段，第二水气罐(714)进入膨胀阶段，第三水气罐(717)进入排气阶段，与第一释能阶段完全相同。

10.根据权利要求9所述的运行方法，其特征在于，在三罐释能模块中分为六个释能阶段：第一个释能阶段，第一水气罐(710)内气体处于静止状态，第二水气罐(714)内气体膨胀推动罐的水进入水轮机释能后进入第三水气罐(717)，进一步推动第三水气罐(717)内气体通过气体出口阀门恒压排气，之后气体进入第三换热器(14)；与此同时，第一水气罐(710)内冷导热油进入循环冷油罐(734)，第一水气罐(710)内冷导热油完全进入循环冷油罐(734)后，循环热油罐(734)内热导热油进入第一水气罐(710)，当循环热油罐(735)内热导热油完全进入第一水气罐(710)后，循环冷油罐(734)内冷导热油进入第四换热器(739)，吸热后变为热导热油进入循环热油罐(735)储存，与此同时导热油在循环油泵(732)的作用下进入第四换热器(739)与蓄热容器(2)的换热介质换热，第一水气罐(710)换导热油的过程在第一水气罐(710)静止不工作的时间内完成，当第二水气罐(714)内气体压力等于排气压力时，进入第二释能阶段；第二个释能阶段，第一换热器(6)的热侧出口流出的高压空气进入第一水气罐(710)、第一水气罐(710)开始进入吸气阶段，第二水气罐静止，第一水气罐(710)中的水进入水轮机，推动水轮机做功后进入第三水气罐(717)推动罐内气体排气，当第三水气罐(717)内导热油到设定油位时，进入第三释能阶段；

在吸气与膨胀阶段，叠式肋片伸长，在排气阶段，叠式肋片缩短，叠式肋片上端固定，叠式肋片下端与密封式隔热板连接，卡扣(740a)沿着卡槽(740b)滑动。