CN203783858U - 一种压缩空气储能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种压缩空气储能发电装置，包括空气压缩机组、电动机、冷却器、储气罐、加热装置、透平膨胀机组、发电机，电动机与空气压缩机组连接，空气压缩机组依次与冷却器、储气罐、加热装置、透平膨胀机组连接，透平膨胀机组与发电机连接，空气压缩机组的出口与冷却器之间通过第一管道连接，压缩空气储能发电装置还包括设置在第一管道上的压力测量装置和截止阀，压力测量装置设置在空气压缩机组的出口处，在截止阀两端并联有增压管道，在增压管道上设有增压挡板门和增压装置，充分利用低谷电、弃电等电能，能将空气压缩到储气罐所能承受的最大压力，使压缩空气更好的膨胀做功发电，保证此装置在储能阶段储存更多的能量，避免能量的浪费。

Description

一种压缩空气储能发电装置

技术领域

本实用新型属于电力储能技术领域，特别涉及一种压缩空气储能发电装置。

背景技术

目前，对于电能存储的技术有两大类，物理方法和化学方法，其中物理方法包括机械能和电磁场能储能，其中机械能储能主要包括抽水储能、压缩空气储能或飞轮储能，化学方法包括用法拉第准电容、蓄电池储能或氢储能。

不论是物理方法还是利用化学方法，在大容量的电能存储方面都存在很大困难，为了解决当今世界上电能供需矛盾问题，有的国家在抽水储能和压缩空气储能做了一些尝试。由于电力生产具有产、供、用同时发生并同时完成的特点，日间负荷和季间负荷，均有一定变化规律，电网调度中心时刻监督并指挥着网上运行的各种不同机组的带负荷情况，在用电高峰时段，可能由于开机方式小，造成顶峰电量不足；而在用电低谷时段，电网中反而存在一些电量浪费，例如风力发电机组的弃风现象。如果把这部分电能存储起来，在用电高峰到来的时候，再把这部分电能拿来补充电量不足,可实现电网运行中的削峰添谷作用。因此迫切需要经济、稳定、可靠、高效的电力储能系统与之相配套以缓解系统负荷峰谷差过大的情况。电力储能系统也是提高风电、太阳能发电等可再生能源利用率的有效手段。此外，电力储能系统还是解决分布式能源系统容量小、负荷波动大等问题的关键技术。

压缩空气储能系统是一种公认的具有很大发展潜力的大规模电力储能技术。传统压缩空气储能系统是一种基于燃气轮机的调峰电站，利用低谷电驱动压缩机将高压气体存入储气室中，在用电高峰将高压气体从储气室释放，进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧，然后驱动透平发电；其压缩空气储能系统具有储能密度较大、储能周期长、效率较高和单位投资相对较小等优点。

然而，在空气压缩机组的出口处压缩空气的压力经常不稳定，往往不能达到空气压缩机本身的性能参数要求，使得空气压缩机组出口处的排气压力大大降低，进入储气罐内的压缩空气也不能达到储气罐所能承受的最大压力，储气罐内储存的压缩空气的压力也会降低，这样透平膨胀机组膨胀做功减少，发电也会相应减少，使得整个压缩空气储能发电装置不能充分发挥其发电的作用，导致一部分能量的浪费。并且，随着压缩空气机组的不断使用，则空气压缩机设备会不断老化，导致空气压缩机性能降低，排气压力也会达不到空气压缩机本身的性能参数要求，进而不能满足储气罐所能承受的最大压力值，从而导致发电机的发电较少，造成了能源的浪费。由于空气压缩机达不到空气压缩机本身的性能参数要求，则做功发电较少，但是空气压缩机的运行仍然需要耗费电能，造成了对低谷电、弃电等电能的浪费，不能进行充分利用。

实用新型内容

为了克服现有技术中空气压缩机组不能将空气压缩到储气罐所能承受的最大压力的缺点，本实用新型提供一种压缩空气储能发电装置，充分利用低谷电、弃电等电能，能够将空气压缩到储气罐所能承受的最大压力，使高压压缩空气更好的膨胀做功发电，能够保证此装置在储能阶段储存更多的能量，避免了能量的浪费，并且装置简单，易于实施。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种压缩空气储能发电装置，包括空气压缩机组、电动机、冷却器、储气罐、加热装置、透平膨胀机组、发电机，电动机与空气压缩机组连接，空气压缩机组依次与冷却器、储气罐、加热装置、透平膨胀机组连接，透平膨胀机组与发电机连接，空气压缩机组的出口与冷却器之间通过第一管道连接，其特征在于，压缩空气储能发电装置还包括设置在第一管道上的压力测量装置和截止阀，压力测量装置设置在空气压缩机组的出口处，在截止阀的两端并联有增压管道，在增压管道上设有控制管道流通的增压挡板门和增压装置。

增压装置为对压缩空气进行增压的旁路压缩机，增压挡板门与旁路压缩机串联连接，增压挡板门设置在旁路压缩机的入口处。

增压管道的一端设置在截止阀的进口处，另一端设置在截止阀的出口处。

压缩空气储能发电装置还包括控制系统，增压挡板门为电动挡板门，增压挡板门通过导线与控制系统连接。

截止阀为电动截止阀，电动截止阀与压力测量装置在第一管道上串联设置，电动截止阀的一端通过压力测量装置与空气压缩机组连接，另一端与冷却器连接，电动截止阀通过导线与控制系统连接。

压力测量装置包括取压孔、引压管和压力变送器，在第一管道的内壁上至少开设一个取压孔，引压管固定在第一管道外壁的取压孔处，取压孔通过引压管与压力变送器连接，压力变送器与控制系统连接。

优选的，取压孔设置有四个，四个取压孔设置在第一管道内的同一截面上，且沿第一管道内壁的圆周方向均匀分布。

优选的，取压孔的直径≤3mm。

加热装置包括电蓄热器和燃烧器，电蓄热器的进气端与储气罐的出气口连接，电蓄热器的排气端通过燃烧器与透平膨胀机组连接。

压缩空气储能发电装置还包括稳压节流阀和回热器，稳压节流阀设置在储气罐的出气口处，回热器设置在稳压节流阀与电蓄热器之间，透平膨胀机组通过导气管道与回热器连接。

本实用新型的有益效果是，充分利用低谷电、弃电等电能，能够将空气压缩到储气罐所能承受的最大压力，使高压压缩空气更好的膨胀做功发电，能够保证此装置在储能阶段储存更多的能量，避免了能量的浪费，并且装置简单，易于实施。

附图说明

下面结合附图对本实用新型所述的压缩空气储能发电装置进行具体说明。

图1是本实用新型压缩空气储能发电装置的结构示意图；

图2是本实用新型的压力测量装置的结构示意图。

如图所示，空气压缩机组1，空气压缩机101，级间冷却器102；冷却器2；储气罐3；稳压节流阀4；回热器5；加热装置6，电蓄热器61，燃烧器62；透平膨胀机组7；电动机8；发电机9；第一管道10；截止阀11；增压管道12，增压挡板门121，旁路压缩机122，旁路级间冷却器123；控制系统13，压力测量装置14，取压孔141，引压管142，压力变送器143；导气管道15；过滤除尘器16。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所述的压缩空气储能发电装置，包括空气压缩机组1、电动机8、冷却器2、储气罐3、加热装置6、透平膨胀机组7、发电机9。电动机8与空气压缩机组1连接，利用低谷电、弃风电等剩余电能驱动空气压缩机组1压缩空气，电动机8为空气压缩机组的工作提供动力。空气压缩机组1包括多台空气压缩机101、多台级间冷却器102以及相应的控制系统，多台空气压缩机101串联连接，对空气不断进行压缩，使其成为高压状态的压缩空气。每台空气压缩机的排气端均设置一台级间冷却器102，对压缩空气进行降温冷却。空气进入空气压缩机101内不断压缩，在排出空气压缩机101时压力增大且有一定的温升，则级间冷却器102对压缩空气进行降温冷却，使其进入下一个空气压缩机101时压缩空气足够的冷却，使空气压缩机101能够正常工作。空气压缩机组1依次与冷却器2、储气罐3、加热装置6、透平膨胀机组7连接，透平膨胀机组7与发电机9连接。空气压缩机组1与冷却器2、储气罐3、加热装置6、透平膨胀机组7之间通过管道连接，压缩空气在管道内依次进入各个设备，进行相应的工作。

如图1所示，冷却器2用于冷却由空气压缩机组1排出的压缩的高压空气，压缩空气虽然经过空气压缩机组内的级间冷却器102冷却，但是空气压缩机组1仍会不断进行压缩空气使其为高压状态的压缩空气，所以还会有一部分的温升，并且储气罐3的耐温有一定的限制，为了保证储气罐3可靠稳定的运行使用，在压缩空气经过空气压缩机组1后设置一冷却器2，对高压状态的压缩空气继续进行降温冷却。储气罐3用于储存经过空气压缩机组压缩的高压空气，以便在需要发电的时候，通过储气罐3释放压缩空气进行膨胀做功发电。加热装置6用于将储气罐内释放的压缩空气进行加热，将压缩空气转换为高温高压气体，以便进入透平膨胀机组7进行膨胀做功发电。透平膨胀机组7使高温高压气体进行膨胀，以膨胀功给发电机9提供能量，驱动发电机9发电。

如图1所示，空气压缩机组1的出口与冷却器2之间通过第一管道10连接，由空气压缩机组的出口排出的处于高压状态的压缩空气，流经第一管道10进入冷却器2内对高压压缩空气进行降温冷却。

如图1所示，压缩空气储能发电装置还包括压力测量装置14、控制第一管道导通或者断开的截止阀11和增压管道12。压力测量装置14、截止阀11均设置在第一管道10上，两者串联连接。压力测量装置14设置在空气压缩机组的出口处，用于测量空气压缩机组出口处的压缩空气的压力。在截止阀的两端并联有增压管道12，增压管道12用于对由空气压缩机组排出的压缩空气进行增大压力，使得进入储气罐内的压缩空气的压力值达到储气罐所能承受的最大的压力值，便于透平膨胀机组更好的做功。并且，增压管道的设置，有效的避免了空气压缩机组内设备的老化导致空气压缩机组不能更好的压缩空气，储气罐内压缩空气的压力值偏低，进而导致透平膨胀机组不能更好的做功，造成能源的浪费。

在增压管道12上设有控制增压管道导通或者断开的增压挡板门121和对压缩空气进行增压的增压装置。增加挡板门121根据压力测量装置测得的空气压缩机组出口处压缩空气压力的大小选择打开或者关闭，以便进入储气罐内的压缩空气的压力为储气罐能够承受的最大压力，在发电过程中产生更多的电能。

如图1所示，在本实施例中增压装置为旁路压缩机122，增压挡板门121与旁路压缩机122为串联连接，增压挡板门121设置在旁路压缩机122的入口处。当增压挡板门121打开时，则增压管道12为导通状态，压缩空气通过增压挡板门121进入旁路压缩机122内再次进行压缩，使其压力增大，达到所需的高压的压缩空气。

在增压管道12上，旁路压缩机的出口处设置有将压缩空气进行降温冷却的旁路级间冷却器123，旁路级间冷却器123与旁路压缩机122为串联连接，旁路级间冷却器123利用冷却水对经过旁路压缩机进行再次压缩的压缩空气进行降温冷却。增压挡板门121设置在旁路压缩机122的入口处，旁路压缩机122的出口连接旁路级间冷却器123的入口，旁路级间冷却器123的出口与第一管道10连接。

如图1所示，增压管道12的一端设置在截止阀的进口处，增压管道12的另一端设置在截止阀的出口处。这样，截止阀11与增压管道12均为并联设置，为两条并联的管道，根据空气压缩机组出口处压缩空气的压力值的大小，判断是否进入增压管道内进行增加压力使得压缩空气的压力达到储气罐所能承受的最大压力。

如图1所示，压缩空气储能发电装置还包括控制系统13，控制系统13可以根据压力测量装置测得空气压缩机组出口的压力值进行判断是否导通增压管道。增压挡板门121为电动挡板门，增压挡板门121通过导线与控制系统13连接。

如图1所示，截止阀11为电动截止阀，电动截止阀与压力测量装置14在第一管道10上串联设置，电动截止阀的一端通过压力测量装置14与空气压缩机组1连接，另一端与冷却器2连接，电动截止阀通过导线与控制系统13连接。

当压力测量装置14测得压缩空气的压力值为限定值时，则控制系统13控制截止阀11打开，压缩空气经过截止阀11进入冷却器2内降温冷却之后储存在储气罐3内。其中限定值为储气罐可以承受压缩空气的最大压力值。当压力测量装置14测得压缩空气的压力值小于限定值时，压缩空气的压力较小，达不到储气罐能够承受的最大压力，需要对压缩空气进行增压，则控制系统13控制增压挡板门121打开，压缩空气进入增压管道12内进行增压，压缩空气进入旁路压缩机122内进行再次压缩，压力增大，并通过旁路级间冷却器的降温冷却，再进入冷却器2内进一步的降温冷却，之后储存在储气罐3内。

如图2所示，压力测量装置14包括取压孔141、引压管142和压力变送器143，在第一管道的内壁上至少开设一个取压孔141，通过取压孔141对压缩空气的压力进行取样测量。在第一管道的外壁上取压孔处固定引压管142，即引压管142设置在第一管道的外壁上，并且对应于取压孔141，将取压孔处采集的压缩空气导出。引压管142与压力变送器143连接，引压管142将由取压孔处采集的压缩空气导入压力变送器143内，进行压力的测量。

如图1、2所示，压力变送器143通过导线与控制系统13连接，将空气压缩机组出口处压缩空气的压力值传输至控制系统13内。当控制系统13经过逻辑判断，判断压力测量装置14测得压缩空气的压力值为限定值时，则控制系统13控制电动截止阀打开，增压挡板门121关闭，压缩空气通过第一管道进入冷却器2降温冷却之后储存在储气罐3内。

当控制系统13经过逻辑判断，判断压力测量装置14测得压缩空气的压力值小于限定值时，则控制系统13控制增压挡板门121打开，电动截止阀关闭，压缩空气通过增压管道12进入冷却器2降温冷却之后储存在储气罐3内。

通过控制系统对空气压缩机组出口处压缩空气的压力值进行判断、选择，并控制增压挡板门和电动截止阀的开闭，提高了准确度，无需工作人员手动操作，防止了人工操作的出错，并且节省了人力。

如图2所示，为了使得压力变送器143测量空气压缩机组出口处压缩空气的压力更准确，可以设置多个取压孔141，多个取压孔141应设置在同一截面上。在本实施例中，取压孔141设置有四个，四个取压孔141设置在第一管道内的同一截面上，并且沿第一管道内壁的圆周方向均匀分布。这样的设置方式，取压孔141可以采集到第一管道10内同一截面上不同位置处的压缩空气，使得测量数据更加精确，提高压力变送器测量压力的准确性，同时便于控制系统对压缩空气压力值与限定值的判断。

取压孔141的直径≤3mm，确保了管道内压缩空气的流通，防止压缩空气由取压孔处向外泄露，导致压缩空气的压力降低。取压孔处的第一管道的内壁应光滑、无毛刺,保证压缩空气在第一管道10内顺畅的流通，避免发生堵塞现象。

如图1所示，加热装置6包括电蓄热器61和燃烧器62，电蓄热器61的进气端与储气罐的出气口连接，电蓄热器61的排气端通过燃烧器62与透平膨胀机组7连接。电蓄热器61利用其内的蓄热体对压缩空气进行换热，燃烧器62将压缩空气与燃料一起燃烧产生高温烟气。在储能阶段，电蓄热器61利用低谷电、弃风电等剩余电能将电蓄热器内的蓄热体加热，蓄热体的温度升高，电蓄热器61将电能转换为热能，对热能进行储存。当需要发电时，储气罐将其内的高压压缩空气进行释放，压缩空气经过电蓄热器61，利用电蓄热器内的处于高温的蓄热体对高压压缩空气进行换热，高压压缩空气吸收蓄热体的温度使自身温度升高，蓄热体的温度降低。经过电蓄热器之后具有一定温度的高压压缩空气再通过燃烧器62，燃烧器62将压缩空气与燃料一起燃烧，产生高温烟气，高温烟气进入透平膨胀机组7内进行膨胀做功。采用电蓄热器对高压压缩空气进行增温，充分利用了废弃的电能，避免了能量的浪费，并且节省了燃烧器内燃料的使用，节约成本。

如图1所示，压缩空气储能发电装置还包括稳压节流阀4和回热器5，稳压节流阀4设置在储气罐的出气口处，回热器5设置在稳压节流阀4与电蓄热器61之间，透平膨胀机组7通过导气管道15与回热器5连接。稳压节流阀4设置在储气罐3与回热器5之间，用于调节进入回热器内的压缩空气的流量，使压缩空气在管道内稳定运行，安全可靠地进入后续的设备中。

透平膨胀机组7对压缩空气进行膨胀做功发电之后，一部分高温烟气带有一定的热量，通过导气管道15导入回热器内，回热器5利用这部分高温烟气带有的热量对储气罐排出的压缩空气进行加热，起到预热的作用，并且提高了能量的利用率。压缩空气经过回热器的预热之后进入电蓄热器61内，通过电蓄热器61对压缩空气进行增温，再进入燃烧器内将压缩空气与燃料共同燃烧产生高温烟气。这样充分利用废弃的电能和透平膨胀机组排出的带有余热的气体，避免了能量的浪费，提高了燃烧器的工作效率，节省了燃烧器燃料的消耗。

如图1所示，压缩空气储能发电装置还包括一过滤除尘器16，过滤除尘器16与空气压缩机组的入口连接，由于进入空气压缩机组的空气中带有一部分的灰尘等杂质，过滤除尘器16用于对进入空气压缩机组内的空气进行除杂，使进入空气压缩机组的空气为干净的空气，进而提高透平膨胀机组的工作效率，防止压缩空气带有的灰尘影响压缩空气储能发电装置的运行，减少了装置内各设备的清扫工序和清扫的成本。

本实用新型所述的压缩空气储能发电装置，在第一管道10上设置压力测量装置14和截止阀11，在截止阀的两端并联有增压管道12，在增压管道12上设有增压挡板门121和增压装置。压力测量装置14测量空气压缩机组出口处压缩空气的压力，通过控制系统13进行判断，选择压缩空气流经的管道，对压缩空气进行增压或者保持原压力，使得进入储气罐内的压缩空气为储气罐所能承受的最大压力，压缩空气在透平膨胀机组的作用下能够释放最大的能量驱动发电机发电。不仅充分利用了低谷电、弃电等的电能，防止了能量的浪费，而且有效地避免了空气压缩机组在长期使用状态下设备老化，导致压缩空气不能达到最大的压力状态，此装置能够保证在储能阶段储存更多的能量，并且装置简单，易于实施。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。

Claims (10)

1.一种压缩空气储能发电装置，包括空气压缩机组(1)、电动机(8)、冷却器(2)、储气罐(3)、加热装置(6)、透平膨胀机组(7)、发电机(9)，所述电动机(8)与空气压缩机组(1)连接，所述空气压缩机组(1)依次与冷却器(2)、储气罐(3)、加热装置(6)、透平膨胀机组(7)连接，所述透平膨胀机组(7)与发电机(9)连接，所述空气压缩机组的出口与冷却器之间通过第一管道(10)连接，其特征在于，所述压缩空气储能发电装置还包括设置在第一管道上的压力测量装置(14)和截止阀(11)，所述压力测量装置(14)设置在空气压缩机组的出口处，在所述截止阀(11)的两端并联有增压管道(12)，在增压管道(12)上设有控制管道流通的增压挡板门(121)和增压装置。

2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述增压装置为对压缩空气进行增压的旁路压缩机(122)，所述增压挡板门(121)与旁路压缩机(122)串联连接，所述增压挡板门(121)设置在旁路压缩机的入口处。

3.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述增压管道的一端设置在截止阀的进口处，另一端设置在截止阀的出口处。

4.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述压缩空气储能发电装置还包括控制系统(13)，所述增压挡板门(121)为电动挡板门，所述增压挡板门(121)通过导线与控制系统(13)连接。

5.根据权利要求4所述的一种压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述截止阀(11)为电动截止阀，所述电动截止阀与压力测量装置(14)在第一管道上串联设置，所述电动截止阀的一端通过压力测量装置(14)与空气压缩机组(1)连接，另一端与冷却器(2)连接，所述电动截止阀通过导线与控制系统(13)连接。

6.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述压力测量装置(14)包括取压孔(141)、引压管(142)和压力变送器(143)，在第一管道的内壁上至少开设一个取压孔(141)，所述引压管(142)固定在第一管道外壁的取压孔处，所述取压孔(141)通过引压管(142)与压力变送器(143)连接，所述压力变送器(143)与控制系统(13)连接。

7.根据权利要求6所述的一种压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述取压孔(141)设置有四个，所述四个取压孔(141)设置在第一管道内的同一截面上，且沿第一管道内壁的圆周方向均匀分布。

8.根据权利要求6或7所述的一种压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述取压孔(141)的直径≤3mm。

9.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述加热装置(6)包括电蓄热器(61)和燃烧器(62)，所述电蓄热器(61)的进气端与储气罐的出气口连接，所述电蓄热器(61)的排气端通过燃烧器(62)与透平膨胀机组(7)连接。

10.根据权利要求9所述的一种压缩空气储能发电装置，其特征在于，所述压缩空气储能发电装置还包括稳压节流阀(4)和回热器(5)，所述稳压节流阀(4)设置在储气罐(3)的出气口处，所述回热器(5)设置在稳压节流阀(4)与电蓄热器(61)之间，所述透平膨胀机组通过导气管道(15)与回热器(5)连接。