CN116316724A - 压缩空气储能发电热回收系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种压缩空气储能发电热回收系统及方法，系统包括压缩机、第一换热器、储气罐、第一储罐、第二储罐、第二换热器、膨胀机、发电机、第三换热器和第三储罐，用电低谷期利用电能驱动压缩机对空气进行压缩，并将压缩空气产生的热能回收储存，减少了能量的浪费，提高了储能的热效率，用电高峰期可充分利用储存的热能加热压缩空气参与膨胀机做功，从而驱动发电机发电，提高了热能的利用率，并能将余热储存在第三储罐中，实现余热的回收。

Description

压缩空气储能发电热回收系统及方法
技术领域
本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种压缩空气储能发电热回收系统及方法。
背景技术
压缩空气储能系统具有储能容量大、建设周期短等优点，被认为是最具有广阔发展前景的大规模储能技术之一。目前，国内自主开发及建设的压缩空气储能示范电站大都采用非补燃式，即电站无外部热源或其他能源，只接收电网供电用于驱动空气压缩机，压缩过程产生的热量通过储热介质储存，待释能时加热压缩空气，以提高气体的做功能力，进而驱动气轮发电机组对外供电。
膨胀机在发电时，排气温度过高存在一定的能量损失，而储电－放电周期结束后，储热系统中低温水罐中水温升高，仍剩余一部分热量无法利用。
现有技术中，通常采用循环冷却水对系统降温后回流至低温水罐，用于下一次空气压缩过程换热。这种方式不仅没有回收热量，还需要消耗大量电能和冷却水，存在较大的能量浪费，从而导致压缩空气储能系统使用效率降低。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中压缩空气储能系统存在较大的能量浪费的缺陷。
为了解决上述问题，本发明提供了一种压缩空气储能发电热回收系统，包括：
压缩机，适于压缩空气；
第一换热器，与所述压缩机相连接；
储气罐，与所述第一换热器相连接；
第一储罐，与所述第一换热器相连接，所述第一储罐中适于储存第一介质；
第二储罐，与所述第一换热器相连接，所述第二储罐中适于储存第二介质；
第二换热器，与所述储气罐和所述第二储罐相连接，所述第一换热器、所述第二换热器、所述第一储罐与所述第二储罐间形成第一循环回路；
膨胀机，与所述第二换热器相连接；
发电机，与所述膨胀机相连接；
第三换热器，与所述第一储罐相连接，所述第三换热器与所述第一储罐间形成第二循环回路；
第三储罐，与所述第三换热器相连接，所述第三储罐中适于储存第三介质。
进一步地，此压缩空气储能发电热回收系统，还包括：
出水管路，与所述第三储罐相连接。
进一步地，此压缩空气储能发电热回收系统，所述出水管路上还设有旁支管路，所述旁支管路上设有加热器。
进一步地，此压缩空气储能发电热回收系统，还包括：
驱动器，与所述压缩机相连接，适于为所述压缩机提供驱动力。
进一步地，此压缩空气储能发电热回收系统，还包括：
第一泵，设置在所述第一储罐与所述第一换热器之间；
第二泵，设置在所述第二储罐与所述第二换热器之间；
第三泵，设置在所述第一储罐与所述第三换热器之间；
第四泵，设置在所述第三储罐与所述第三换热器之间；
第五泵，设置在所述出水管路上。
本发明还提供了一种压缩空气储能发电热回收方法，包括上述的压缩空气储能发电热回收系统。
进一步地，此压缩空气储能发电热回收方法，包括以下步骤：
步骤S1：所述压缩机将空气压缩后输入所述第一换热器，所述第一储罐将所述第一介质输送至所述第一换热器中，压缩后空气与所述第一介质换热后，将所述压缩后的空气储存在所述储气罐中，换热后的所述第一介质输入所述第二储罐中；
步骤S2：所述储气罐中的压缩空气输送至所述第二换热器中，所述第二储罐中将所述第二介质输送至所述第二换热器中，将所述压缩空气换热后输送至所述膨胀机中做功，所述膨胀机驱动所述发电机运转，所述第二介质换热后输送至所述第一储罐中；
步骤S3：发电结束后，先将所述第一储罐中的所述第一介质输送至所述第三换热器中，与所述第三储罐中的第三介质换热后，再将所述第一介质回流至所述第一储罐中。
进一步地，此压缩空气储能发电热回收方法，在步骤S3后还包括以下步骤：
步骤S4：将所述第三储罐中的所述第三介质通过所述加热器加热后输出。
本发明具有以下优点：
1.本发明提供的压缩空气储能发电热回收系统，包括压缩机、第一换热器、储气罐、第一储罐、第二储罐、第二换热器、膨胀机、发电机、第三换热器和第三储罐，压缩机适于压缩大气中的空气，第一换热器与压缩机相连接，储气罐与第一换热器相连接，第一储罐与第一换热器相连接，第一储罐中适于储存第一介质，第二储罐与第一换热器相连接，第二储罐中适于储存第二介质，第二换热器与储气罐和第二储罐相连接，第一换热器、第二换热器、第一储罐与第二储罐间形成第一循环回路，膨胀机与第二换热器相连接，发电机与膨胀机相连接，第三换热器与第一储罐相连接，第三换热器与第一储罐间形成第二循环回路，第三储罐与第三换热器相连接。
在用电低谷期，利用电能驱动压缩机对空气进行压缩，当大气中的空气被压缩机压缩时会放热，通过将压缩后的空气输入第一换热器中，使热量在第一换热器中与第一储罐中输入第一换热器中的第一介质进行换热，将压缩后空气的温度降低后输入储气罐中储存，将压缩空气产生的热能回收储存，减少了能量的浪费，提高了储能的热效率；而换热后的第一介质温度升高，输送至第二储罐中进行储存，在用电高峰期，将第二储罐中的第二介质和储气罐中的低温压缩空气输入至第二换热器中换热，使压缩空气加热后输入膨胀机中做功，并驱动发电机运转进行发电，换热后的第二介质温度降低，回流至第一储罐中，充分利用储存的热能，提高了热能的利用率；发电结束后，回流至第一储罐中的第一介质仍有部分余热，再将其与第三储罐中的第三介质输送至第三换热器中换热，使余热储存在第三储罐中，实现余热的回收。
2.本发明提供的压缩空气储能发电热回收系统，还包括与第三储罐相连接的出水管路，通过设置出水管，可将回收余热的第三介质输出至厂区一次供热水管网中提供初期供热，以满足供热初期热负荷需求，可为集中供热或化石能源供热难度和成本均较高的厂区实现间断蓄热、持续零碳供热，实现了热电联供的同时，可满足用户的热、电多样化能源需求。
3.本发明提供的压缩空气储能发电热回收系统，出水管路上还设有旁支管路，旁支管路上设有加热器，以实现对供热网水进一步加热，以满足供热尖峰时段热负荷需求。
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为本发明实施例中提供的压缩空气储能发电热回收系统示意图。
附图标记说明：
1、压缩机；2、第一换热器；3、储气罐；4、第一储罐；5、第二储罐；6、第二换热器；7、膨胀机；8、发电机；9、第三换热器；10、第三储罐；11、出水管路；12、加热器；13、驱动器；14、第一泵；15、第二泵；16、第三泵；17、第四泵；18、第五泵。
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，可以根据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
如图1所示，为本实施例提供的一种压缩空气储能发电热回收系统，包括压缩机1、第一换热器2、储气罐3、第一储罐4、第二储罐5、第二换热器6、膨胀机7、发电机8、第三换热器9和第三储罐10，压缩机1适于压缩大气中的空气，压缩机1的一端为进气端，另一端为出气端，第一换热器2与压缩机1的出气端相连接，储气罐3与第一换热器2相连接，第一储罐4与第一换热器2相连接，第一储罐4中适于储存第一介质，第二储罐5与第一换热器2相连接，第二储罐5中适于储存第二介质，第二换热器6与储气罐3和第二储罐5相连接，第一换热器2、第二换热器6、第一储罐4与第二储罐5间形成第一循环回路，膨胀机7具有进气端与出气端，膨胀机7的进气端与第二换热器6相连接，发电机8与膨胀机7相连接，第三换热器9与第一储罐4相连接，第三换热器9与第一储罐4间形成第二循环回路，第三储罐10与第三换热器9相连接，第三储罐10中适于储存第三介质。
在用电低谷期，利用电能驱动压缩机1对大气中的空气进行压缩，当空气被压缩机1压缩时会放热，使压缩后的压缩空气温度升高，通过将压缩后的空气输入第一换热器2中，使热量在第一换热器2中与第一储罐4中输入第一换热器2中的低温第一介质进行换热，将压缩后的空气温度降低后输入储气罐3中储存，温度升高后的第一介质输入第二储罐5中，从而将压缩空气时产生的热能回收储存，减少了能量的浪费，提高了储能的热效率；在用电高峰期，将第二储罐5中的高温第二介质和储气罐3中的低温压缩空气输入至第二换热器6中换热，使压缩空气加热后输入膨胀机7中做功，并驱动发电机8运转进行发电，换热后的第二介质温度降低，回流至第一储罐4中，充分利用储存的热能，提高了热能的利用率；发电结束后，回流至第一储罐4中的第一介质仍有部分余热，再将其与第三储罐10中的第三介质输送至第三换热器9中换热，换热后回流至第三储罐10，使余热储存在第三储罐10中，实现余热的回收。
本实施例对第一介质、第二介质、第三介质不做具体限定，为符合现实情况，本实施例中第一介质为低温水，第二介质为高温水，第三介质为中温水，在其他一些未示出的实施例中第一介质、第二介质、第三介质也可以为冷却液、油液等。
本实施例对第一换热器2不做具体限定，为符合现实情况，本实施例中第一换热器2为气水冷却器，并可采用BEM型壳体封头管壳式换热器。
本实施例对第二换热器6不做具体限定，为符合现实情况，本实施例中第一换热器2为气水加热器12，并可采用BEM型壳体封头管壳式换热器。
本实施例对第三换热器9不做具体限定，为符合现实情况，本实施例中第三换热器9为水水换热器，并可采用BEM型壳体封头管壳式换热器。
本实施例中，还包括与压缩机1相连接的驱动器13，适于为压缩机1提供驱动力。
本实施例中，还包括与第三储罐10相连接的出水管路11，通过设置出水管，可将回收余热的第三介质输出至厂区一次供热水管网中提供初期供热，以满足供热初期热负荷需求，可为集中供热或化石能源供热难度和成本均较高的厂区实现间断蓄热、持续零碳供热，实现了热电联供的同时，可满足用户的热、电多样化能源需求。
本实施例中，出水管路11上还设有旁支管路，旁支管路上设有加热器12，以实现对供热管网水进一步加热，以满足供热尖峰时段热负荷需求。
本实施例对驱动器13不做具体限定，为符合现实情况，本实施例中驱动器13采用电动机。
本实施例中，在第一储罐4与第一换热器2之间设置有第一泵14，第一泵14为低温水泵，用于将第一储罐4中的低温第一介质注入第一换热器2中，在第二储罐5与第二换热器6之间设置有第二泵15，第二泵15为高温水泵，用于将第二储罐5中的高温第二介质注入第二换热器6中，在第一储罐4与第三换热器9之间设置有第三泵16，第三泵16为中温水泵，用于将第一储罐4中的中温第一介质注入第三换热器9中，在第三储罐10与第三换热器9之间设置有第四泵17，第四泵17为蓄水泵，用于将第三储罐10中的低温第三介质注入第三换热器9中，在出水管路11上设置有第五泵18，第五泵18为供热水泵，用于将第三储罐10中的介质输出至供热管网中。
实施例2
本实施例提供了一种压缩空气储能发电热回收方法，采用了实施例1中的压缩空气储能发电热回收系统，包括以下步骤：
步骤S1：压缩机1将空气压缩后输入第一换热器2中，第一储罐4将第一介质输送至第一换热器2中，压缩后空气与第一介质换热后，将压缩后的空气储存在储气罐3中，换热后的第一介质输入第二储罐5中；
步骤S2：储气罐3中的压缩空气输送至第二换热器6中，第二储罐5中将第二介质输送至第二换热器6中，将压缩空气换热后输送至膨胀机7中做功，膨胀机7驱动发电机8运转，第二介质换热后输送至第一储罐4中；
步骤S3：发电结束后，先将第一储罐4中的第一介质输送至第三换热器9中，与第三储罐10中的第三介质换热后，再将第一介质回流至第一储罐4中；
步骤S4：将第三储罐10中的第三介质通过加热器12加热后输出。
通过在用电低谷期，利用电能驱动压缩机1对大气中的空气进行压缩，由于空气被压缩机1压缩时会放热，使压缩后的压缩空气温度升高，通过将压缩后的空气输入第一换热器2中，使热量在第一换热器2中与第一储罐4中输入第一换热器2中的低温第一介质进行换热，将压缩后的空气温度降低后输入储气罐3中储存，温度升高后的第一介质输入第二储罐5中，从而将压缩空气时产生的热能回收储存，减少了能量的浪费，提高了储能的热效率；在用电高峰期，将第二储罐5中的高温第二介质和储气罐3中的低温压缩空气输入至第二换热器6中换热，使压缩空气加热后输入膨胀机7中做功，并驱动发电机8运转进行发电，换热后的第二介质温度降低，回流至第一储罐4中，充分利用储存的热能，提高了热能的利用率；发电结束后，回流至第一储罐4中的第一介质仍有部分余热，再将其与第三储罐10中的第三介质输送至第三换热器9中换热，换热后回流至第三储罐10，使余热储存在第三储罐10中，实现余热的回收，再将回收余热的第三介质输出至厂区一次供热水管网中提供初期供热，以满足供热初期热负荷需求，可为集中供热或化石能源供热难度和成本均较高的厂区实现间断蓄热、持续零碳供热，实现了热电联供的同时，可满足用户的热、电多样化能源需求，在尖峰供热时期，用热量需求大，可通过旁支管路上设有加热器12加热输出的第三介质，以实现对供热管网水进一步加热，以满足供热尖峰时段热负荷需求。
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 (8)

1.一种压缩空气储能发电热回收系统，其特征在于，包括：
压缩机(1)，适于压缩空气；
第一换热器(2)，与所述压缩机(1)相连接；
储气罐(3)，与所述第一换热器(2)相连接；
第一储罐(4)，与所述第一换热器(2)相连接，所述第一储罐(4)中适于储存第一介质；
第二储罐(5)，与所述第一换热器(2)相连接，所述第二储罐(5)中适于储存第二介质；
第二换热器(6)，与所述储气罐(3)和所述第二储罐(5)相连接，所述第一换热器(2)、所述第二换热器(6)、所述第一储罐(4)与所述第二储罐(5)间形成第一循环回路；
膨胀机(7)，与所述第二换热器(6)相连接；
发电机(8)，与所述膨胀机(7)相连接；
第三换热器(9)，与所述第一储罐(4)相连接，所述第三换热器(9)与所述第一储罐(4)间形成第二循环回路；
第三储罐(10)，与所述第三换热器(9)相连接，所述第三储罐(10)中适于储存第三介质。
2.根据权利要求1所述的压缩空气储能发电热回收系统，其特征在于，还包括：
出水管路(11)，与所述第三储罐(10)相连接。
3.根据权利要求2所述的压缩空气储能发电热回收系统，其特征在于，所述出水管路(11)上还设有旁支管路，所述旁支管路上设有加热器(12)。
4.根据权利要求3所述的压缩空气储能发电热回收系统，其特征在于，还包括：
驱动器(13)，与所述压缩机(1)相连接，适于为所述压缩机(1)提供驱动力。
5.根据权利要求4所述的压缩空气储能发电热回收系统，其特征在于，还包括：
第一泵(14)，设置在所述第一储罐(4)与所述第一换热器(2)之间；
第二泵(15)，设置在所述第二储罐(5)与所述第二换热器(6)之间；
第三泵(16)，设置在所述第一储罐(4)与所述第三换热器(9)之间；
第四泵(17)，设置在所述第三储罐(10)与所述第三换热器(9)之间；
第五泵(18)，设置在所述出水管路(11)上。
6.一种压缩空气储能发电热回收方法，其特征在于，包括权利要求3至5中任一项所述的压缩空气储能发电热回收系统。
7.根据权利要求6所述的压缩空气储能发电热回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：所述压缩机(1)将空气压缩后输入所述第一换热器(2)，所述第一储罐(4)将所述第一介质输送至所述第一换热器(2)中，压缩后空气与所述第一介质换热后，将所述压缩后的空气储存在所述储气罐(3)中，换热后的所述第一介质输入所述第二储罐(5)中；
步骤S2：所述储气罐(3)中的压缩空气输送至所述第二换热器(6)中，所述第二储罐(5)中将所述第二介质输送至所述第二换热器(6)中，将所述压缩空气换热后输送至所述膨胀机(7)中做功，所述膨胀机(7)驱动所述发电机(8)运转，所述第二介质换热后输送至所述第一储罐(4)中；
步骤S3：发电结束后，先将所述第一储罐(4)中的所述第一介质输送至所述第三换热器(9)中，与所述第三储罐(10)中的第三介质换热后，再将所述第一介质回流至所述第一储罐(4)中。
8.根据权利要求7所述的压缩空气储能发电热回收方法，其特征在于，在步骤S3后还包括以下步骤：
步骤S4：将所述第三储罐(10)中的所述第三介质通过所述加热器(12)加热后输出。
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