CN117365916A - 一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统 - Google Patents

一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统，涉及能源技术领域，该系统包括处理器、永磁同步电机、压缩机、换热器、储气库、斜温层储罐、空气透平、第一离合器和第二离合器；处理器用于确定离合器的工作状态，第一离合器闭合且第二离合器断开时储能系统的工作回路为储能回路，储能回路包括永磁同步电机、第一离合器、压缩机、换热器、储气库和斜温层储罐，用于存储电网的电能；第一离合器断开且第二离合器闭合时工作回路为释能回路，释能回路包括储气库、斜温层储罐、换热器、空气透平、第二离合器和永磁同步电机，用于将压缩空气储能系统存储的能量转换为电能，以供电网使用。可以降低压缩空气储能系统的成本，拓宽该系统的应用场景。

Description

一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统
技术领域
本发明涉及能源技术领域，尤其涉及一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统。
背景技术
压缩空气储能系统具有寿命长、清洁环保、安全可靠等特点，压缩空气储能系统的性能是能源技术领域的重点问题。
目前，压缩空气储能系统主要由电动机、压缩机组、储气库、蓄热系统、换热器、空气透平、发电机、控制系统和接入系统等组成，系统较为复杂，所需要的储气空间较大，百兆瓦等级的压缩空气储能系统甚至需要十万立方米以上的储气空间，受地理条件制约严重，无法应用到用户侧和电源侧，且复杂的设计会增加压缩空气储能系统的研发、投资和运维成本，降低压缩空气储能系统的使用率和普及率。
发明内容
本发明提供了一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统，旨在降低压缩空气储能系统的设计成本和运维成本，拓宽压缩空气储能系统的应用场景。
根据本发明的一方面，提供了一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统，该压缩空气储能系统包括：处理器、永磁同步电机、压缩机、换热器、储气库、斜温层储罐、空气透平、第一离合器和第二离合器，处理器分别连接永磁同步电机、第一离合器和第二离合器，永磁同步电机分别连接第一离合器、第二离合器和电网，压缩机分别连接第一离合器和换热器，换热器分别连接储气库、斜温层储罐和空气透平，空气透平连接第二离合器；
处理器用于基于压缩空气储能系统的控制指令和状态参数确定第一离合器和第二离合器的工作状态，其中，当第一离合器闭合且第二离合器断开时，压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路，当第一离合器断开且第二离合器闭合时，压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路；
储能回路依次包括永磁同步电机、第一离合器、压缩机、换热器、储气库和斜温层储罐，储能回路用于存储电网的电能；
释能回路依次包括储气库、斜温层储罐、换热器、空气透平、第二离合器和永磁同步电机，释能回路用于将压缩空气储能系统存储的能量转换为电能，以供电网使用。
可选的，处理器具体用于：当控制指令为储能指令且状态参数满足储能条件时，闭合第一离合器并断开第二离合器；当控制指令为释能指令且状态参数满足释能条件时，闭合第二离合器并断开第一离合器。
可选的，储能条件为压缩空气储能系统的空气轴承的压力符合储能压力要求且斜温层储罐中的介质的温度小于第一温度阈值；释能条件为压缩空气储能系统的空气轴承的压力符合释能压力要求且斜温层储罐中的介质的温度大于第二温度阈值；其中，第一温度阈值小于第二温度阈值。
可选的，处理器还用于：基于第一离合器和第二离合器的工作状态，调整永磁同步电机的工作模式；其中，当第一离合器闭合且第二离合器断开时，永磁同步电机为电动机模式，当第一离合器断开且第二离合器闭合时，永磁同步电机为发电机模式。
可选的，当压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路时，永磁同步电机用于基于电网的电能驱动压缩机运行，压缩机用于向换热器输入第一压缩空气，换热器用于将第一压缩空气转换成热能和气能，储气库用于存储气能，斜温层储罐用于存储热能；当压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路时，换热器用于将斜温层储罐存储的热能和储气库存储的气能转换成第二压缩空气，空气透平用于基于第二压缩空气驱动永磁同步电机运行，永磁同步电机用于产生电能。
可选的，压缩空气储能系统还包括：第一气管、第二气管、第一调节阀和第二调节阀；第一气管的第一端连接换热器，第一气管的第二端连接储气库，第一气管用于将换热器产生的气能传送至储气库；第二气管的第一端连接储气库，第二气管的第二端连接换热器，第二气管用于将储气库存储的气能传送至换热器；第一调节阀设置在第一气管上，用于调节第一气管的气流量，第二调节阀设置在第二气管上，用于调节第二气管的气流量。
可选的，压缩空气储能系统还包括：第一水管、第二水管、第三调节阀和第四调节阀；第一水管的第一端连接斜温层储罐，第一水管的第二端连接换热器，第二水管的第一端连接换热器，第二水管的第二端连接斜温层储罐，其中，压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路时，第一水管用于将斜温层储罐中的介质传送至换热器，第二水管用于将换热器反馈的介质传送至斜温层储罐，当压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路时，第二水管用于将斜温层储罐中的介质传送至换热器，第一水管用于将换热器反馈的介质传送至斜温层储罐；第三调节阀设置在第一水管上，用于调节第一水管的介质流量，第四调节阀设置在第二水管上，用于调节第二水管的介质流量。
可选的，压缩空气储能系统还包括：压缩机径向空气轴承、永磁同步电机空气轴承和空气透平径向空气轴承；其中，压缩机径向空气轴承用于支撑压缩机；永磁同步电机空气轴承用于支撑永磁同步电机；空气透平径向空气轴承用于支撑空气透平。
可选的，压缩机径向空气轴承包括第一压缩机径向空气轴承和第二压缩机径向空气轴承，永磁同步电机空气轴承包括第一永磁同步电机径向空气轴承、第二永磁同步电机径向空气轴承和永磁同步电机推力空气轴承，空气透平径向空气轴承包括第一空气透平径向空气轴承和第二空气透平径向空气轴承；第一压缩机径向空气轴承和第二压缩机径向空气轴承相对设置在压缩机两侧，用于为压缩机提供径向的支撑力；第一空气透平径向空气轴承和第二空气透平径向空气轴承相对设置在空气透平两侧，用于为空气透平提供径向的支撑力；第一永磁同步电机径向空气轴承和第二永磁同步电机径向空气轴承相对设置在永磁同步电机两侧，用于为永磁同步电机提供径向的支撑力；永磁同步电机推力空气轴承与第一永磁同步电机径向空气轴承或者第二永磁同步电机径向空气轴承相连接，用于为永磁同步电机提供轴向的支撑力。
可选的，压缩空气储能系统还包括：第一连接管道、第二连接管道、第三连接管道、第四连接管道、第五调节阀、第六调节阀和第七调节阀；第二连接管道的第一端连接压缩机径向空气轴承，第二连接管道的第二端连接第一连接管道的第一端，第三连接管道的第一端连接永磁同步电机空气轴承，第三连接管道的第二端连接第一连接管道的第一端，第四连接管道的第一端连接空气透平径向空气轴承，第四连接管道的第二端连接第一连接管道的第一端，第一连接管道的第二端连接储气库；其中，第五调节阀设置在第二连接管道上，用于调节第二连接管道的气流量，第六调节阀设置在第三连接管道上，用于调节第三连接管道的气流量，第七调节阀设置在第四连接管道上，用于调节第四连接管道的气流量。
本发明的配置斜温层储罐的压缩空气储能系统包括处理器、永磁同步电机、压缩机、换热器、储气库、斜温层储罐、空气透平、第一离合器和第二离合器，处理器分别连接永磁同步电机、第一离合器和第二离合器，永磁同步电机分别连接第一离合器、第二离合器和电网，压缩机分别连接第一离合器和换热器，换热器分别连接储气库、斜温层储罐和空气透平，空气透平连接第二离合器；处理器用于基于压缩空气储能系统的控制指令和状态参数确定第一离合器和第二离合器的工作状态，其中，当第一离合器闭合且第二离合器断开时，压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路，当第一离合器断开且第二离合器闭合时，压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路；储能回路依次包括永磁同步电机、第一离合器、压缩机、换热器、储气库和斜温层储罐，储能回路用于存储电网的电能；释能回路依次包括储气库、斜温层储罐、换热器、空气透平、第二离合器和永磁同步电机，释能回路用于将压缩空气储能系统存储的能量转换为电能，以供电网使用。本发明的压缩空气储能系统的结构简单，在实现储能功能和释能功能的同时还可以降低压缩空气储能系统的设计成本和运维成本，拓宽压缩空气储能系统的应用场景。解决了现有储能系统较为复杂，所需要的储气空间较大，受地理条件制约严重，无法应用到用户侧和电源侧，且复杂的设计会增加压缩空气储能系统的研发、投资和运维成本，降低压缩空气储能系统的使用率和普及率的问题。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例一提供的一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的另一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统的结构示意图。
附图标记：
10-配置斜温层储罐的压缩空气储能系统、101-处理器、102-永磁同步电机、103-压缩机、104-换热器、105-储气库、106-斜温层储罐、107-空气透平、108-第一离合器、109-第二离合器、110-第一气管、111-第二气管、112-第一调节阀、113-第二调节阀、114-第一水管、115-第二水管、116-第三调节阀、117-第四调节阀、118-压缩机径向空气轴承、119-永磁同步电机空气轴承、120-空气透平径向空气轴承、121-第一连接管道、122-第二连接管道、123-第三连接管道、124-第四连接管道、125-第五调节阀、126-第六调节阀、127-第七调节阀。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统的结构示意图，本实施例可适用于存储能量以及跨时间、跨空间的转移和利用能量等情况。如图1所示，该压缩空气储能系统包括：处理器101、永磁同步电机102、压缩机103、换热器104、储气库105、斜温层储罐106、空气透平107、第一离合器108和第二离合器109，处理器101分别连接永磁同步电机102、第一离合器108和第二离合器109，永磁同步电机102分别连接第一离合器108、第二离合器109和电网，压缩机103分别连接第一离合器108和换热器104，换热器105分别连接储气库105、斜温层储罐106和空气透平107，空气透平107连接第二离合器109。
其中，处理器用于基于压缩空气储能系统的控制指令和状态参数确定第一离合器和第二离合器的工作状态，当第一离合器闭合且第二离合器断开时，压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路，当第一离合器断开且第二离合器闭合时，压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路；储能回路依次包括永磁同步电机、第一离合器、压缩机、换热器、储气库和斜温层储罐，储能回路用于存储电网的电能；释能回路依次包括储气库、斜温层储罐、换热器、空气透平、第二离合器和永磁同步电机，释能回路用于将压缩空气储能系统存储的能量转换为电能，以供电网使用。
压缩空气储能系统的控制指令包括储能指令和释能指令，控制指令可以是操作人员基于控制设备向压缩空气储能系统发送的，用于告知压缩空气储能系统需要执行的工作类型，状态参数可以理解为压缩空气储能系统的运行数据，例如，空气轴承的压力、斜温层储罐的介质温度等，本实施例对此不进行限定。
具体的，当控制指令为储能指令且空气轴承的压力和斜温层储罐的介质温度满足储能需求时，处理器控制第一离合器闭合且第二离合器断开，以便组成储能回路，存储电网的电能。当控制指令为释能指令且空气轴承的压力和斜温层储罐的介质温度满足释能需求时，处理器控制第一离合器断开且第二离合器闭合，以便组成释能回路，将压缩空气储能系统存储的能量转换成电能，以供电网使用。
斜温层储罐可以是斜温层储热水罐，但不限于斜温层储热水罐，即斜温层储罐是用于储存介质的，但介质不限于水。
这样设置的好处在于可以将用电低谷期的电能进行存储以便用电高峰期使用，其次，本发明仅采用一个换热器即可完成储能阶段和释能阶段对压缩空气冷却和升温的需求，节约了设备成本，最后，本发明在压缩空气储能系统中引入了斜温层储罐，相比于常规需要冷常温、热双罐的配置，节省了系统的组成部件，本发明仅需要一个储罐即可满足储常温介质和高温介质的功能，节省压缩空气储能系统的占地面积和应用成本。
本实施例提供的配置斜温层储罐的压缩空气储能系统包括处理器、永磁同步电机、压缩机、换热器、储气库、斜温层储罐、空气透平、第一离合器和第二离合器，处理器分别连接永磁同步电机、第一离合器和第二离合器，永磁同步电机分别连接第一离合器、第二离合器和电网，压缩机分别连接第一离合器和换热器，换热器分别连接储气库、斜温层储罐和空气透平，空气透平连接第二离合器；处理器用于基于压缩空气储能系统的控制指令和状态参数确定第一离合器和第二离合器的工作状态，其中，当第一离合器闭合且第二离合器断开时，压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路，当第一离合器断开且第二离合器闭合时，压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路；储能回路依次包括永磁同步电机、第一离合器、压缩机、换热器、储气库和斜温层储罐，储能回路用于存储电网的电能；释能回路依次包括储气库、斜温层储罐、换热器、空气透平、第二离合器和永磁同步电机，释能回路用于将压缩空气储能系统存储的能量转换为电能，以供电网使用。本实施例提供的压缩空气储能系统的结构简单，在实现储能功能和释能功能的同时还可以降低压缩空气储能系统的设计成本和运维成本，拓宽压缩空气储能系统的应用场景。解决了现有储能系统较为复杂，所需要的储气空间较大，受地理条件制约严重，无法应用到用户侧和电源侧，且复杂的设计会增加压缩空气储能系统的研发、投资和运维成本，降低压缩空气储能系统的使用率和普及率的问题。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统的结构示意图，本实施例可适用于存储能量以及跨时间、跨空间的转移和利用能量等情况。如图2所示，该压缩空气储能系统包括：处理器101、永磁同步电机102、压缩机103、换热器104、储气库105、斜温层储罐106、空气透平107、第一离合器108、第二离合器109、第一气管110、第二气管111、第一调节阀112、第二调节阀113、第一水管114、第二水管115、第三调节阀116、第四调节阀117、压缩机径向空气轴承118、永磁同步电机空气轴承119、空气透平径向空气轴承120、第一连接管道121、第二连接管道122、第三连接管道123、第四连接管道124、第五调节阀125、第六调节阀126和第七调节阀127。处理器101分别连接永磁同步电机102、第一离合器108和第二离合器109，永磁同步电机102分别连接第一离合器108、第二离合器109和电网，压缩机103分别连接第一离合器108和换热器104，换热器104分别连接储气库105、斜温层储罐106和空气透平107，空气透平107连接第二离合器108，第一气管110的第一端连接换热器104，第一气管110的第二端连接储气库105，第二气管111的第一端连接储气库105，第二气管111的第二端连接换热器104，第一调节阀112设置在第一气管110上，第二调节阀113设置在第二气管111上，第一水管114的第一端连接斜温层储罐106，第一水管114的第二端连接换热器104，第二水管115的第一端连接换热器104，第二水管115的第二端连接斜温层储罐106，第三调节阀116设置在第一水管114上，第四调节阀117设置在第二水管115上，压缩机径向空气轴承118连接压缩机103，永磁同步电机空气轴承119连接永磁同步电机102，空气透平径向空气轴承120连接空气透平107，第二连接管道122的第一端连接压缩机径向空气轴承118，第二连接管道122的第二端连接第一连接管道121的第一端，第三连接管道123的第一端连接永磁同步电机空气轴承119，第三连接管道123的第二端连接第一连接管道121的第一端，第四连接管道124的第一端连接空气透平径向空气轴承120，第四连接管道124的第二端连接第一连接管道121的第一端，第一连接管道121的第二端连接储气库105，第五调节阀125设置在第二连接管道122上，第六调节阀126设置在第三连接管道123上，第七调节阀127设置在第四连接管道124上(各部件的端口号在图中未予以示出)。
其中，处理器用于基于压缩空气储能系统的控制指令和状态参数确定第一离合器和第二离合器的工作状态，其中，当第一离合器闭合且第二离合器断开时，压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路，当第一离合器断开且第二离合器闭合时，压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路；储能回路依次包括永磁同步电机、第一离合器、压缩机、换热器、储气库和斜温层储罐，储能回路用于存储电网的电能；释能回路依次包括储气库、斜温层储罐、换热器、空气透平、第二离合器和永磁同步电机，释能回路用于将压缩空气储能系统存储的能量转换为电能，以供电网使用；第一气管用于将换热器产生的气能传送至储气库；第二气管用于将储气库存储的气能传送至换热器；第一调节阀用于调节第一气管的气流量；第二调节阀用于调节第二气管的气流量；压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路时，第一水管用于将斜温层储罐中的介质传送至换热器，第二水管用于将换热器反馈的介质传送至斜温层储罐；当压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路时，第二水管用于将斜温层储罐中的介质传送至换热器，第一水管用于将换热器反馈的介质传送至斜温层储罐；第三调节阀用于调节第一水管的介质流量，第四调节阀用于调节第二水管的介质流量；压缩机径向空气轴承用于支撑压缩机；永磁同步电机空气轴承用于支撑永磁同步电机；空气透平径向空气轴承用于支撑空气透平；第五调节阀用于调节第二连接管道的气流量，第六调节阀用于调节第三连接管道的气流量，第七调节阀用于调节第四连接管道的气流量。
压缩空气储能系统的控制指令包括储能指令和释能指令，控制指令可以是操作人员基于控制设备向压缩空气储能系统发送的，用于告知压缩空气储能系统需要执行的工作类型，状态参数可以理解为压缩空气储能系统的运行数据，例如，空气轴承的压力、斜温层储罐的介质温度等，本实施例对此不进行限定。
处理器具体用于当控制指令为储能指令且状态参数满足储能条件时，闭合第一离合器并断开第二离合器；当控制指令为释能指令且状态参数满足释能条件时，闭合第二离合器并断开第一离合器。具体的，当控制指令为储能指令且空气轴承的压力和斜温层储罐的介质温度满足储能需求时，处理器控制第一离合器闭合且第二离合器断开，以便组成储能回路，存储电网的电能。当控制指令为释能指令且空气轴承的压力和斜温层储罐的介质温度满足释能需求时，处理器控制第一离合器断开且第二离合器闭合，以便组成释能回路，将压缩空气储能系统存储的能量转换成电能，以供电网使用。
进一步的，储能条件为压缩空气储能系统的空气轴承的压力符合储能压力要求且斜温层储罐中的介质的温度小于第一温度阈值；释能条件为压缩空气储能系统的空气轴承的压力符合释能压力要求且斜温层储罐中的介质的温度大于第二温度阈值；其中，第一温度阈值小于第二温度阈值。
值得注意的是储能压力要求与压缩机的转子的质量相关，释能压力要求与空气透平的转子的质量相关，斜温层储罐中的介质的温度小于第一温度阈值用于表示斜温层储罐中的介质为常温介质，斜温层储罐中的介质的温度大于第二温度阈值用于表示斜温层储罐中的介质为高温介质，本实施例对储能压力要求、释能压力要求、第一温度阈值、第二温度阈值等各参数具体数值不进行限定。
本实施例采用静压空气轴承来支撑压缩机、空气透平和永磁同步电机等转动部件，高压气体来源为气库，提高轴承的使用寿命，设计方案充分利用了压缩空气储能的特点，减少了常规油润滑轴承需要的润滑油辅助系统，节约设计成本，降低系统运维支出。
各管道上设置有调节阀，用于调节管道的开合度，以便控制管道流量，维持压缩空气储能系统的稳定，调节压缩空气储能系统的储能效率。
进一步的，处理器还用于：基于第一离合器和第二离合器的工作状态，调整永磁同步电机的工作模式；其中，当第一离合器闭合且第二离合器断开时，永磁同步电机为电动机模式，当第一离合器断开且第二离合器闭合时，永磁同步电机为发电机模式。
具体的，电动机模式的永磁同步电机应用于储能回路，用于驱动压缩机运转，发电机模式的永磁同步电机应用于释能回路，用于进行发电动作。
进一步的，当压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路时，永磁同步电机用于基于电网的电能驱动压缩机运行，压缩机用于向换热器输入第一压缩空气，换热器用于将第一压缩空气转换成热能和气能，储气库用于存储气能，斜温层储罐用于存储热能；当压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路时，换热器用于将斜温层储罐存储的热能和储气库存储的气能转换成第二压缩空气，空气透平用于基于第二压缩空气驱动永磁同步电机运行，永磁同步电机用于产生电能。
其中，第一压缩空气可以理解为压缩机输出换热器的气体，第二压缩空气可以理解为换热器输入空气透平的气体。
具体的，储能过程的压缩机功率其中，WC表示压缩机的压缩功率，κ表示空气的绝热指数，Rg表示理想气体常数，/>表示压缩机的空气质量流量，Tc,in表示压缩机入口空气温度，Tc,out表示压缩机出口空气温度。压缩机出口空气温度其中，βc表示压缩机的压比，ηc表示压缩机绝热效率。储能过程中斜温层储罐中的介质进入换热器，经压缩空气出口的空气加热后回到斜温层储罐，换热器中的热力平衡的公式为/>其中，qm,D表示换热器中工质质量流量，cp,D表示换热器中工质的比热容，Ti,D表示换热器中进口工质温度，To,D表示换热器中出口工质温度，t表示时间，h表示对流换热系数，A表示换热面积，To,a表示换热器中排气温度，Ti,a表示换热器中进气温度。储气库中的温度是采用积分方法进行确定的，积分公式为/>其中，T表示储气库温度，Cv表示空气的定容比热容，mt表示储气库内空气的瞬时质量，Ctk表示储气库自身结构的比热容，mtk表示储气库的自身质量，hout表示储气库释放的空气比焓，/>表示储气库释放的空气质量。储气库中的压力/>其中，V表示储气库的容积。释能过程中空气透平驱动发电机做功对外发电，空气透平的输出功率/>其中，WT表示空气透平的功率，/>表示空气透平的空气质量流量，Te,in表示空气透平的入口空气温度，Te,out表示空气透平的出口空气温度。空气透平的出口空气温度/>其中，βe表示空气透平的膨胀比，ηe表示空气透平的绝热效率。
储能过程和释能过程中储气库的温度和压力的变化公式是相同的。
处理器还用于监测压缩空气储能系统的运行参数，并根据运行参数结束压缩空气储能系统的储能过程/释能过程。例如，在储能过程中，若处理器检测到储气库的压力大于储气库的最大压力或者接收到第三方控制系统发送的储能中止指令时结束系统的储能工作，在释能过程中，若处理器检测到储气库的压力小于最小储能压力或者接收到第三方控制系统发送的释能中止指令时结束系统的释能工作。
可选的，压缩机径向空气轴承包括第一压缩机径向空气轴承和第二压缩机径向空气轴承，永磁同步电机空气轴承包括第一永磁同步电机径向空气轴承、第二永磁同步电机径向空气轴承和永磁同步电机推力空气轴承，空气透平径向空气轴承包括第一空气透平径向空气轴承和第二空气透平径向空气轴承。
具体的，第一压缩机径向空气轴承和第二压缩机径向空气轴承相对设置在压缩机两侧，用于为压缩机提供径向的支撑力；第一空气透平径向空气轴承和第二空气透平径向空气轴承相对设置在空气透平两侧，用于为空气透平提供径向的支撑力；第一永磁同步电机径向空气轴承和第二永磁同步电机径向空气轴承相对设置在永磁同步电机两侧，用于为永磁同步电机提供径向的支撑力；永磁同步电机推力空气轴承与第一永磁同步电机径向空气轴承或者第二永磁同步电机径向空气轴承相连接，用于为永磁同步电机提供轴向的支撑力。
进一步的，压缩机与换热器的连接管道和换热器与空气透平的连接管道上也设置了调节阀，用于调节管道上的气体流量。
图3是本发明实施例二提供的另一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统的结构示意图，其中，1表示压缩机的进气管道，2表示压缩机，3表示压缩机排气管道，4表示压缩机与换热器的连接管道上的调节阀，5表示储气库去永磁同步电机的空气轴承的连接管道上的调节阀，6表示换热器去储气库的连接管道上的调节阀，7表示储气库去压缩机径向空气轴承的管道(即连接管道)上的调节阀，8表示储气库去空气透平径向空气轴承的管道上的调节阀，9表示储气库去空气轴承的管道，10表示储气库去永磁同步电机的空气轴承的连接管道，11表示储气库去压缩机径向空气轴承的连接管道，12表示储气库去空气透平径向空气轴承的连接管道，13表示第一压缩机径向空气轴承，14表示第二压缩机径向空气轴承，15表示第一永磁同步电机径向空气轴承，16表示第二永磁同步电机径向空气轴承，17表示永磁同步电机推力空气轴承，18表示第一空气透平径向空气轴承，19表示第二空气透平径向空气轴承，20表示空气透平，21表示永磁同步电机，22表示电网，23表示换热器去储气库的管道，24表示换热器去空气透平的管道，25表示换热器，26表示斜温层储罐，27表示储气库，28表示第一水管，29表示换热器的出口管道，30表示换热器的入口管道，31表示储气库去换热器的管道上的调节阀，32表示储气库去换热器的管道，33表示第二水管，34表示第二水管上的调节阀，35表示第一水管上的调节阀，36表示第一离合器，37表示第二离合器，38表示换热器去空气透平的管道上的调节阀。
具体的，图中的箭头表示压缩空气储能系统中的气流流向。值得注意的是本实施例中的永磁同步电机为永磁发电/电动一体机，调节阀为电动调节阀，图3中的空气轴承可能与压缩机、永磁同步电机和空气透平的连接线重叠，但不代表空气轴承与压缩机、永磁同步电机和空气透平等部件相连接。
本实施例的配置斜温层储罐的压缩空气储能系统包括：处理器、永磁同步电机、压缩机、换热器、储气库、斜温层储罐、空气透平、第一离合器、第二离合器、第一气管、第二气管、第一调节阀、第二调节阀、第一水管、第二水管、第三调节阀、第四调节阀、压缩机径向空气轴承、永磁同步电机空气轴承、空气透平径向空气轴承、第一连接管道、第二连接管道、第三连接管道、第四连接管道、第五调节阀、第六调节阀和第七调节阀。处理器分别连接永磁同步电机、第一离合器和第二离合器，永磁同步电机分别连接第一离合器、第二离合器和电网，压缩机分别连接第一离合器和换热器，换热器分别连接储气库、斜温层储罐和空气透平，空气透平连接第二离合器，第一气管的第一端连接换热器，第一气管的第二端连接储气库，第二气管的第一端连接储气库，第二气管的第二端连接换热器，第一调节阀设置在第一气管上，第二调节阀设置在第二气管上，第一水管的第一端连接斜温层储罐，第一水管的第二端连接换热器，第二水管的第一端连接换热器，第二水管的第二端连接斜温层储罐，第三调节阀设置在第一水管上，第四调节阀设置在第二水管上，第二连接管道的第一端连接压缩机径向空气轴承，第二连接管道的第二端连接第一连接管道的第一端，第三连接管道的第一端连接永磁同步电机空气轴承，第三连接管道的第二端连接第一连接管道的第一端，第四连接管道的第一端连接空气透平径向空气轴承，第四连接管道的第二端连接第一连接管道的第一端，第一连接管道的第二端连接储气库，第五调节阀设置在第二连接管道上，第六调节阀设置在第三连接管道上，第七调节阀设置在第四连接管道上。处理器用于基于压缩空气储能系统的控制指令和状态参数确定第一离合器和第二离合器的工作状态，其中，当第一离合器闭合且第二离合器断开时，压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路，当第一离合器断开且第二离合器闭合时，压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路；储能回路依次包括永磁同步电机、第一离合器、压缩机、换热器、储气库和斜温层储罐，储能回路用于存储电网的电能；释能回路依次包括储气库、斜温层储罐、换热器、空气透平、第二离合器和永磁同步电机，释能回路用于将压缩空气储能系统存储的能量转换为电能，以供电网使用；第一气管用于将换热器产生的气能传送至储气库；第二气管用于将储气库存储的气能传送至换热器；第一调节阀用于调节第一气管的气流量；第二调节阀用于调节第二气管的气流量；压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路时，第一水管用于将斜温层储罐中的介质传送至换热器，第二水管用于将换热器反馈的介质传送至斜温层储罐；当压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路时，第二水管用于将斜温层储罐中的介质传送至换热器，第一水管用于将换热器反馈的介质传送至斜温层储罐；第三调节阀用于调节第一水管的介质流量，第四调节阀用于调节第二水管的介质流量；压缩机径向空气轴承用于支撑压缩机；永磁同步电机空气轴承用于支撑永磁同步电机；空气透平径向空气轴承用于支撑空气透平；第五调节阀用于调节第二连接管道的气流量，第六调节阀用于调节第三连接管道的气流量，第七调节阀用于调节第四连接管道的气流量。本实施例提供的压缩空气储能系统的结构简单，在实现储能功能和释能功能的同时还可以降低压缩空气储能系统的设计成本和运维成本，拓宽压缩空气储能系统的应用场景。其次，本实施例采用静压空气轴承来支撑压缩机、空气透平和永磁同步电机等转动部件，高压气体来源为气库，提高轴承的使用寿命，设计方案充分利用了压缩空气储能的特点，减少了常规油润滑轴承需要的润滑油辅助系统，节约设计成本，降低系统运维支出。进一步的，本实施例配置多个调节阀，可以动态调整系统中各管道的流量。解决了现有储能系统较为复杂，所需要的储气空间较大，受地理条件制约严重，无法应用到用户侧和电源侧，且复杂的设计会增加压缩空气储能系统的研发、投资和运维成本，降低压缩空气储能系统的使用率和普及率的问题。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配置斜温层储罐的压缩空气储能系统，其特征在于，包括：处理器、永磁同步电机、压缩机、换热器、储气库、斜温层储罐、空气透平、第一离合器和第二离合器，所述处理器分别连接所述永磁同步电机、所述第一离合器和所述第二离合器，所述永磁同步电机分别连接所述第一离合器、所述第二离合器和电网，所述压缩机分别连接所述第一离合器和所述换热器，所述换热器分别连接所述储气库、所述斜温层储罐和所述空气透平，所述空气透平连接所述第二离合器；
所述处理器，用于基于压缩空气储能系统的控制指令和状态参数确定第一离合器和第二离合器的工作状态，其中，当所述第一离合器闭合且所述第二离合器断开时，所述压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路，当所述第一离合器断开且所述第二离合器闭合时，所述压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路；
所述储能回路依次包括所述永磁同步电机、所述第一离合器、所述压缩机、所述换热器、所述储气库和所述斜温层储罐，所述储能回路用于存储所述电网的电能；
所述释能回路依次包括所述储气库、所述斜温层储罐、所述换热器、所述空气透平、所述第二离合器和所述永磁同步电机，所述释能回路用于将所述压缩空气储能系统存储的能量转换为电能，以供所述电网使用。
2.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述处理器，具体用于：
当所述控制指令为储能指令且所述状态参数满足储能条件时，闭合所述第一离合器并断开所述第二离合器；
当所述控制指令为释能指令且所述状态参数满足释能条件时，闭合所述第二离合器并断开所述第一离合器。
3.根据权利要求2所述的压缩空气储能系统，其特征在于，
所述储能条件为所述压缩空气储能系统的空气轴承的压力符合储能压力要求且所述斜温层储罐中的介质的温度小于第一温度阈值；
所述释能条件为所述压缩空气储能系统的空气轴承的压力符合释能压力要求且所述斜温层储罐中的介质的温度大于第二温度阈值；
其中，所述第一温度阈值小于第二温度阈值。
4.根据权利要求2所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述处理器，还用于：
基于所述第一离合器和所述第二离合器的工作状态，调整所述永磁同步电机的工作模式；
其中，当所述第一离合器闭合且所述第二离合器断开时，所述永磁同步电机为电动机模式，当所述第一离合器断开且所述第二离合器闭合时，所述永磁同步电机为发电机模式。
5.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，
当所述压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路时，所述永磁同步电机用于基于所述电网的电能驱动所述压缩机运行，所述压缩机用于向所述换热器输入第一压缩空气，所述换热器用于将所述第一压缩空气转换成热能和气能，所述储气库用于存储所述气能，所述斜温层储罐用于存储所述热能；
当所述压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路时，所述换热器用于将所述斜温层储罐存储的所述热能和所述储气库存储的所述气能转换成第二压缩空气，所述空气透平用于基于所述第二压缩空气驱动所述永磁同步电机运行，所述永磁同步电机用于产生电能。
6.根据权利要求5所述的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括：第一气管、第二气管、第一调节阀和第二调节阀；
所述第一气管的第一端连接所述换热器，所述第一气管的第二端连接所述储气库，所述第一气管用于将所述换热器产生的气能传送至所述储气库；
所述第二气管的第一端连接所述储气库，所述第二气管的第二端连接所述换热器，所述第二气管用于将所述储气库存储的气能传送至所述换热器；
所述第一调节阀设置在所述第一气管上，用于调节所述第一气管的气流量，所述第二调节阀设置在所述第二气管上，用于调节所述第二气管的气流量。
7.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括：第一水管、第二水管、第三调节阀和第四调节阀；
所述第一水管的第一端连接所述斜温层储罐，所述第一水管的第二端连接所述换热器，所述第二水管的第一端连接所述换热器，所述第二水管的第二端连接所述斜温层储罐，其中，所述压缩空气储能系统的当前工作回路为储能回路时，所述第一水管用于将所述斜温层储罐中的介质传送至所述换热器，所述第二水管用于将所述换热器反馈的介质传送至所述斜温层储罐，当所述压缩空气储能系统的当前工作回路为释能回路时，所述第二水管用于将所述斜温层储罐中的介质传送至所述换热器，所述第一水管用于将所述换热器反馈的介质传送至所述斜温层储罐；
所述第三调节阀设置在所述第一水管上，用于调节所述第一水管的介质流量，所述第四调节阀设置在所述第二水管上，用于调节所述第二水管的介质流量。
8.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括：压缩机径向空气轴承、永磁同步电机空气轴承和空气透平径向空气轴承；
所述压缩机径向空气轴承，用于支撑所述压缩机；
所述永磁同步电机空气轴承，用于支撑所述永磁同步电机；
所述空气透平径向空气轴承，用于支撑所述空气透平。
9.根据权利要求8所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩机径向空气轴承包括第一压缩机径向空气轴承和第二压缩机径向空气轴承，所述永磁同步电机空气轴承包括第一永磁同步电机径向空气轴承、第二永磁同步电机径向空气轴承和永磁同步电机推力空气轴承，所述空气透平径向空气轴承包括第一空气透平径向空气轴承和第二空气透平径向空气轴承；
所述第一压缩机径向空气轴承和所述第二压缩机径向空气轴承相对设置在所述压缩机两侧，用于为所述压缩机提供径向的支撑力；
所述第一空气透平径向空气轴承和所述第二空气透平径向空气轴承相对设置在所述空气透平两侧，用于为所述空气透平提供径向的支撑力；
所述第一永磁同步电机径向空气轴承和所述第二永磁同步电机径向空气轴承相对设置在所述永磁同步电机两侧，用于为所述永磁同步电机提供径向的支撑力；
所述永磁同步电机推力空气轴承与所述第一永磁同步电机径向空气轴承或者所述第二永磁同步电机径向空气轴承相连接，用于为所述永磁同步电机提供轴向的支撑力。
10.根据权利要求8所述的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括：第一连接管道、第二连接管道、第三连接管道、第四连接管道、第五调节阀、第六调节阀和第七调节阀；
所述第二连接管道的第一端连接所述压缩机径向空气轴承，所述第二连接管道的第二端连接所述第一连接管道的第一端，所述第三连接管道的第一端连接所述永磁同步电机空气轴承，所述第三连接管道的第二端连接所述第一连接管道的第一端，所述第四连接管道的第一端连接所述空气透平径向空气轴承，所述第四连接管道的第二端连接所述第一连接管道的第一端，所述第一连接管道的第二端连接所述储气库；
其中，所述第五调节阀设置在所述第二连接管道上，用于调节所述第二连接管道的气流量，所述第六调节阀设置在所述第三连接管道上，用于调节所述第三连接管道的气流量，所述第七调节阀设置在所述第四连接管道上，用于调节所述第四连接管道的气流量。
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