CN203867643U - 一种压缩空气储能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种压缩空气储能装置，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，空气压缩机组包括至少一台空气压缩机，压缩空气储能装置还包括至少一台备用空气压缩机，在每台空气压缩机的两端均设有备用通道，每条备用通道均与备用空气压缩机连接，有效保证了空气压缩机组的正常工作，确保了压缩空气储能装置安全可靠的运行，避免了能源的浪费，并且装置简单，易于操作。

Description

一种压缩空气储能装置

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。

空气压缩机组包括至少一台空气压缩机，空气压缩机为串联连接，对空气进行压缩。当其中某一台空气压缩机出现故障，不能正常工作时，则空气压缩机组则不能正常工作，需要对由故障的空气压缩机进行维修，直至维修完毕空气压缩机组才能机组压缩空气。因此当一台空气压缩机出现故障时，整个压缩空气储能装置就处于停运状态，均不能正常储能、发电，从而造成能源的浪费，导致整个压缩空气储能装置效率降低。

实用新型内容

为了克服现有技术中空气压缩机的故障致使压缩空气储能装置停运从而导致能源浪费的缺点，本实用新型提供一种压缩空气储能装置，有效保证了空气压缩机组的正常工作，确保了压缩空气储能装置安全可靠的运行，避免了能源的浪费，并且装置简单，易于操作。

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，空气压缩机组包括至少一台空气压缩机，其特征在于，压缩空气储能装置还包括至少一台备用空气压缩机，在每台空气压缩机的两端均设有备用通道，每条备用通道均与备用空气压缩机连接。

在每台空气压缩机的进气端与备用管道之间均设有主路阀门，在每条备用通道上均设有控制备用管道导通的旁路阀门。

空气压缩机组还包括设置在空气压缩机排气端处的级间冷却器，级间冷却器与空气压缩机串联连接，在空气压缩机的进气端设置备用进气管道，在级间冷却器的排气端设置备用排气管道。

在备用空气压缩机的排气端设置备用级间冷却器，备用级间冷却器与备用空气压缩机串联连接，备用进气管道与备用空气压缩机的进气端连接，备用排气管道与备用级间冷却器的排气端连接。

在每条备用进气管道上均设有控制备用进气管道导通的旁路进气阀门，在每条备用排气管道上均设有控制备用排气管道导通的旁路排气阀门。

优选的，备用空气压缩机设置一台，在备用空气压缩机的排气端设置备用级间冷却器，空气压缩机组包括多台空气压缩机和多台设置在空气压缩机排气端的级间冷却器，空气压缩机与级间冷却器串联连接，备用空气压缩机的进气端通过多条备用进气管道分别与多台空气压缩机的进气端连接，备用空气压缩机的排气端与备用级间冷却器的进气端连接，备用级间冷却器的排气端通过多条备用排气管道分别与多台级间冷却器的排气端连接，备用进气管道的数量、备用排气管道的数量与空气压缩机的数量相同，在每条备用进气管道上设置旁路进气阀门，在每条备用排气管道上设置旁路排气阀门，在每条备用进气管道与每台空气压缩机的进气端之间设置主路阀门。

优选的，备用空气压缩机的数量与空气压缩机组的空气压缩机的数量相同，空气压缩机的排气端设置级间冷却器，空气压缩机与级间冷却器串联连接，备用空气压缩机的排气端设置备用级间冷却器，备用空气压缩机与备用级间冷却器串联连接，备用空气压缩机的进气端通过备用进气管道与空气压缩机的进气端连接，备用级间冷却器的排气端通过备用排气管道与级间冷却器的排气端连接，在每条备用进气管道设有旁路进气阀门，在每条备用排气管道设有旁路排气阀门，在每条备用进气管道与每台空气压缩机的进气端之间设置主路阀门。

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。

优选的，压缩空气储能装置还包括对进入空气压缩机组内的空气进行除杂的过滤除尘器，过滤除尘器与空气压缩机组的入口连接。

本实用新型的有益效果是，通过在空气压缩机的两端并联备用空气压缩机，当空气压缩机出现故障时则通过备用空气压缩机进行工作，有效保证了空气压缩机组的正常工作，确保了压缩空气储能装置安全可靠的运行，避免了能源的浪费，并且装置简单，易于操作。

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装置进行具体说明。

图1是本实用新型压缩空气储能装置的一种设置方式的结构示意图；

图2是本实用新型压缩空气储能装置的一种设置方式的结构示意图。

如图所示，空气压缩机组1；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；空气压缩机10；级间冷却器11；备用空气压缩机12；备用级间冷却器13；备用进气管道14；备用排气管道15；主路阀门16；旁路进气阀门17；旁路排气阀门18；导气管道19；过滤除尘器20。

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1的工作提供动力。空气压缩机组1包括至少一台空气压缩机，当设有多台空气压缩机时，多台空气压缩机10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。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排出的压缩的高压空气，由于储气罐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，压缩空气储能装置还包括至少一台备用空气压缩机12，在每台空气压缩机10的两端均设有备用通道，每条备用通道均与备用空气压缩机12连接，这样防止了一台空气压缩机10出现故障导致整个空气压缩机组不能正常的工作，进而导致压缩空气储能装置不能进行工作。通过备用空气压缩机12，在空气压缩机10出现故障不能正常工作时，可通过备用空气压缩机12继续进行压缩空气，使得压缩空气储能装置正常进行储能、发电。

如图1所示，在每台空气压缩机10的进气端与备用管道之间均设有主路阀门16，控制空气是否流经该台空气压缩机10。在每条备用管道上均设有控制该条备用管道导通的旁路阀门。当其中一台空气压缩机10出现故障，不能正常工作时，则打开旁路阀门，使空气进入备用管道，备用空气压缩机12则正常工作对空气进行压缩，保证压缩空气储能装置正常工作。

如图1所示，空气压缩机组1还包括设置在空气压缩机10排气端处的级间冷却器11，级间冷却器11与空气压缩机10串联连接，空气进入空气压缩机内不断压缩，在排出空气压缩机时压力增大、温度会有一定的升高，则级间冷却器11对压缩的空气进行降温冷却，使其进入下一个空气压缩机10时压缩空气足够的冷却，使空气压缩机10能够的正常工作。

如图1所示，在空气压缩机10的进气端设置备用进气管道14，在级间冷却器11的排气端设置备用排气管道15，则当空气压缩机10出现故障时，则空气不再通过此发生故障的空气压缩机10，而是进入备用进气管道14，进入备用空气压缩机12内进行压缩，然后由备用排气管道15进入下一台的空气压缩机内继续进行压缩。因此，发生故障的空气压缩机10和与其串联连接的级间冷却器11均为断开状态，不进行空气压缩和降温冷却，由工作人员对故障的空气压缩机10进行相应的维修，直至维修完毕，再进行使用。并且，备用进气管道14与空气压缩机10的进气端之间设有主路阀门16，主路阀门16控制空气是否流经空气压缩机10。

如图1所示，在备用空气压缩机12的排气端设置备用级间冷却器13，备用级间冷却器13与备用空气压缩机12串联连接，备用空气压缩机12的排气端与备用级间冷却器13的进气端连接，备用级间冷却器13对经过备用空气压缩机的压缩空气进行降温冷却。备用进气管道14与备用空气压缩机12的进气端连接，备用排气管道15与备用级间冷却器13的排气端连接，这样空气在进入备用空气压缩机12压缩之后，通过备用级间冷却器13进行降温冷却，再通过备用排气管道15进入下一台空气压缩机10，确保下一台空气压缩机的正常工作。

如图1所示，在每条备用进气管道14上均设有控制备用进气管道导通的旁路进气阀门17，在每条备用排气管道15上均设有控制备用排气管道导通的旁路排气阀门18。通过阀门控制备用进气管道、备用排气管道的导通或断开，确保压缩空气储能装置的安全、可靠的运行。

如图1所示，备用空气压缩机12设置一台，在备用空气压缩机12的排气端设置一台备用级间冷却器13。空气压缩机组1包括多台空气压缩机10和多台设置在空气压缩机排气端的级间冷却器11，每台空气压缩机的排气端连接一台级间冷却器11的进气端。备用空气压缩机12的进气端通过多条备用进气管道14分别与多台空气压缩机10的进气端连接，备用空气压缩机12的排气端与备用级间冷却器13的进气端连接，备用级间冷却器13的排气端通过多条备用排气管道15分别与多台级间冷却器11的排气端连接。

在每条备用进气管道14上设置旁路进气阀门17，在每条备用排气管道15上设置旁路排气阀门18，在每条备用进气管道14与每台空气压缩机10的进气端之间设置主路阀门16。其中，备用进气管道14的数量、备用排气管道15的数量与空气压缩机10的数量相同。空气压缩机10的数量与级间冷却器11的数量相同。这样，通过设置一台备用空气压缩机12，在压缩空气机组中任意一台空气压缩机10出现故障而不能使用时，则通过备用进气管道14进入备用空气压缩机内进行空气压缩，再通过备用排气管道15进入下一台空气压缩机10内。备用空气压缩机12只是替换发生故障的空气压缩机10，使空气不经过发生故障的空气压缩机10，空气在经过备用空气压缩机之后仍然进入空气压缩机组内其他的空气压缩机内进行压缩。这样的设计，只需要备用一台空气压缩机，节约成本，并且起到备用的作用，设计简单，易于实施。

如图1所示，在本实施例中，空气压缩机组1包括三台空气压缩机10和三台级间冷却器11，每台级间冷却器11设置在每台空气压缩机10的排气端处，三台空气压缩机10和三台级间冷却器11串联连接。备用空气压缩机12和备用级间冷却器13分别设有一台，备用级间冷却器13设置在备用空气压缩机12的排气端处。备用空气压缩机12的进气端通过三条备用进气管道14分别与三台空气压缩机10的进气端连接，备用空气压缩机12的排气端与备用级间冷却器13的进气端连接，备用级间冷却器13的排气端通过三条备用排气管道15分别与三台级间冷却器11的排气端连接。在每条备用进气管道14上设置旁路进气阀门17，在每条备用排气管道15上设置旁路排气阀门18，通过旁路进气阀门17、旁路排气阀门18控制备用进气管道、备用排气管道的导通或者断开。在每条备用进气管道14与每台空气压缩机10的进气端之间设置主路阀门16。

如图2所示，备用空气压缩机12的数量与空气压缩机10的数量相同，每台空气压缩机10的排气端设置一台级间冷却器11，空气压缩机10与级间冷却器11串联连接。每台备用空气压缩机12的排气端设置一台备用级间冷却器13，备用空气压缩机12与备用级间冷却器13串联连接。备用空气压缩机12的进气端通过备用进气管道14与空气压缩机10的进气端连接，备用空气压缩机12的排气端与备用级间冷却器13的进气端连接，备用级间冷却器13的排气端通过备用排气管道15与级间冷却器11的排气端连接，在每条备用进气管道14设有旁路进气阀门17，在每条备用排气管道15设有旁路排气阀门18，在每条备用进气管道14与每台空气压缩机10的进气端之间设置主路阀门16。每台空气压缩机都对应一台备用空气压缩机，当某一台空气压缩机出现故障，则打开与之相对应的备用空气压缩机，更加方便快捷，便于操作。

如图2所示，空气压缩机组包括三台空气压缩机10和三台级间冷却器11，每台级间冷却器11设置在每台空气压缩机10的排气端处，三台空气压缩机10和三台级间冷却器11串联连接。备用空气压缩机12和备用级间冷却器13分别设有三台，每台备用级间冷却器13设置在每台备用空气压缩机12的排气端处，三台备用空气压缩机12和三台备用级间冷却器13串联连接。在每台空气压缩机10和级间冷却器11串联之后的两端并联备用空气压缩机12和备用级间冷却器13，每台空气压缩机10的进气端设置备用进气管道14，空气压缩机10的排气端连接级间冷却器11的进气端，级间冷却器11的排气端处设置备用排气管道15。备用进气管道14连接备用空气压缩机的进气端，备用空气压缩机12的排气端连接备用级间冷却器13的进气端，备用级间冷却器13的排气端与备用排气管道15连接。这样，每台空气压缩机10的两端均并联一台备用空气压缩机12，当其中一台空气压缩机10出现故障时，则会启动备用空气压缩机12进行工作。当三台空气压缩机10同时出现故障时，可同时启动三台备用空气压缩机12进行工作，保证压缩空气储能装置的储能阶段空气压缩工作安全可靠地进行。

如图1、2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、2所示，压缩空气储能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19与回热器5连接。稳压节流阀4设置在储气罐与回热器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19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62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、2所示，压缩空气储能装置还包括一过滤除尘器20，过滤除尘器20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20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。

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 (9)

1.一种压缩空气储能装置，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(1)包括至少一台空气压缩机(10)，其特征在于，所述压缩空气储能装置还包括至少一台备用空气压缩机(12)，在所述每台空气压缩机(10)的两端均设有备用通道，所述每条备用通道均与备用空气压缩机(12)连接；在每台空气压缩机的进气端与备用管道之间均设有主路阀门(16)，在每条备用通道上均设有控制备用管道导通的旁路阀门。 

2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能装置，其特征在于，所述空气压缩机组(1)还包括设置在空气压缩机排气端处的级间冷却器(11)，所述级间冷却器(11)与空气压缩机(10)串联连接，在所述空气压缩机(10)的进气端设置备用进气管道(14)，在所述级间冷却器(11)的排气端设置备用排气管道(15)。 

3.根据权利要求2所述的一种压缩空气储能装置，其特征在于，在所述备用空气压缩机(12)的排气端设置备用级间冷却器(13)，所述备用级间冷却器(13)与备用空气压缩机(12)串联连接，所述备用进气管道(14)与备用空气压缩机的进气端连接，所述备用排气管道(15)与备用级间冷却器的排气端连接。 

4.根据权利要求2所述的一种压缩空气储能装置，其特征在于，在所述每条备用进气管道(14)上均设有控制备用进气管道导通的旁路进气阀门(17)，在所述每条备用排气管道(15)上均设有控制备用排气管道导通的旁路排气阀门(18)。 

5.根据权利要求1或3所述的一种压缩空气储能装置，其特征在于，所述备用空气压缩机(12)设置一台，在所述备用空气压缩机的排气端设置备用级间冷却器(13)，所述空气压缩机组(1)包括多台空气压缩机(10)和多台设置在空气压缩机排气端的级间冷却器(11)，所述空气压缩机(10)与级间冷却器(11)串联连接，所述备用空气压缩机(12)的进气端通过多条备用进气管道(14)分别与多台空气压缩机(10)的进气端连接，所述备用空气压缩机(12)的排气端与备用级间冷却器(13)的进气端连接，所述备用级间冷却器(13)的排气端通过多条备用排气管道(15)分别与多台级间冷却器的排气端连接，所述备用进气管道的数量、备用排气管道的数量与空气压缩机的数量相同，在每条备用进气管道(14)上设置旁路进气阀门(17)，在每条备用排气管 道(15)上设置旁路排气阀门(18)，在每条备用进气管道(14)与每台空气压缩机的进气端之间设置主路阀门(16)。 

6.根据权利要求1或3所述的一种压缩空气储能装置，其特征在于，所述备用空气压缩机的数量与空气压缩机组的空气压缩机的数量相同，所述空气压缩机的排气端设置级间冷却器(11)，所述空气压缩机(10)与级间冷却器(11)串联连接，所述备用空气压缩机的排气端设置备用级间冷却器(13)，所述备用空气压缩机(12)与备用级间冷却器(13)串联连接，所述备用空气压缩机(12)的进气端通过备用进气管道(14)与空气压缩机的进气端连接，所述备用级间冷却器(13)的排气端通过备用排气管道(15)与级间冷却器的排气端连接，在每条备用进气管道(14)设有旁路进气阀门(17)，在每条备用排气管道(15)设有旁路排气阀门(18)，在每条备用进气管道(14)与每台空气压缩机的进气端之间设置主路阀门(16)。 

7.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能装置，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。 

8.根据权利要求7所述的一种压缩空气储能装置，其特征在于，所述压缩空气储能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(19)与回热器(5)连接。 

9.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能装置，其特征在于，所述压缩空气储能装置还包括对进入空气压缩机组内的空气进行除杂的过滤除尘器(20)，所述过滤除尘器(20)与空气压缩机组的入口连接。