CN204060830U - 压缩空气储能系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种压缩空气储能系统，包括压缩机和膨胀机、储油池、高压储气罐、喷油器，其特征在于，所述压缩机和膨胀机为一个复合机组：喷油双螺杆式压缩膨胀机，该压缩膨胀机的一个进口与大气连通并依次通过喷油器、第一油泵与所述储油池相连，该压缩膨胀机的另一个进口与所述高压储气罐上部连通；该压缩膨胀机的一个出口与高压储气罐的中部连通；该该压缩膨胀机的另一个出口依次通过油气分离器、第二油泵与储油池相连；所述高压储气罐底部通过管道与储油池连通。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种分布式电能物理储能系统，特别涉及一种压缩空气储能系统。
背景技术
随着传统化石能源的日益枯竭，可再生能源的利用受到越来越多的重视。在我国，风电已经成为继火电、水电后的第三大电能来源。可是，风能等可再生能源所固有的随机性和波动性给我国发展新型能源带来了巨大的挑战。储能系统可以有效改善电力系统的供电能力,提高能源利用率。
压缩空气储能系统适用的功率等级和技术成熟度高，且已实现了商业应用。第一代压缩空气储能系统的电动机和发电机为同一台设备，通过联轴器将压缩机和膨胀机连结起来以实现共轴转动，系统中没有采用燃气轮机，进入透平膨胀机的气体通过低压透平膨胀机排气余热和补燃装置共同加热。该系统虽然结构简单，但这种直连形式，需要采用特制的压缩机和气体透平膨胀机才能实现，因而使得主机的选型受到一定的限制，此外，系统运用外部热源向系统补充热量，然而压缩过程中产生的热量并没有加以回收利用，造成了部分能量的浪费，并且该系统没有采用燃气透平，不能充分利用燃料含有的有效能量，从而影响了系统总转换效率。第二代压缩空气储能系统每台压缩机机组拥有独立驱动电机，多级并联，气体膨胀机也采用多机组并联，每台机组拥有各自独立的发电机，发电部分和压缩部分完全独立，分别运行，在系统外加燃气轮机机组，燃气轮机排气余热被用于加热气体膨胀机的进气，再辅以燃气加热器，使气体膨胀机的进气温度达到设计要求，然而第二代压缩空气储能系统仍需要燃烧燃料来为系统提供热源，这仍然不符合当今绿色能源的发展要求。而且无论是第一代还是第二代压缩空气储能系统都需要特定的地理条件来建造大型储气室，这不仅增大了系统的预算，也限制了传统压缩空气储能系统的应用范围。
随着分布式能量系统的发展以及减小储气室容积和提高储气压力的需要，小规模分布式压缩空气储能系统被人们越来越多的关注。小规模分布式压缩空气储能系统避免使用储气洞穴，取而代之使用放置于地面的储气罐储存高压空气，这不仅增加了储能系统的灵活性，而且解决了使用储气洞穴引起的高昂造价问题，具有投资省、发电方式灵活、与环境兼容等特点,又可以提供传统的电力系统无可比拟的可靠性和经济性等优点。
在分布式压缩空气储能系统中，以适当温度储存高压气体和将储存的高压气体膨胀做功过程是储能系统的关键过程。传统压缩空气储能系统中，通常在压缩机后端接一个后冷却器，以将高温高压气体冷却至适宜温度，进入储气罐储存，然后在膨胀做功过程中，当高压气体从储气罐出来，进入膨胀机做功之前，需要先经过加热器或者回热器，对气体进行加热升温，然后才能进入膨胀机中做功。由于换热器自身的效率以及实际换热温差，无法保证进入膨胀机内做功的气体完全达到预定温度，因此，仍然需要燃烧燃料或者通过电力对进入膨胀机的气体进行加热，这也导致了能源浪费现象。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种绿色环保且简易的压缩空气储能系统，以解决传统压缩空气储能系统结构复杂，依赖燃料燃烧的问题。
为达到以上目的，本实用新型是采取如下技术方案予以实现的：
一种压缩空气储能系统，包括压缩机和膨胀机、储油池、高压储气罐、喷油器，其特征在于，所述压缩机和膨胀机为一个复合机组：喷油双螺杆式压缩膨胀机，该压缩膨胀机的一个进口与大气连通并依次通过喷油器、第一油泵与所述储油池相连，该压缩膨胀机的另一个进口与所述高压储气罐上部连通；该压缩膨胀机的一个出口与高压储气罐的中部连通；该压缩膨胀机的另一个出口依次通过油气分离器、第二油泵与储油池相连；所述高压储气罐底部通过管道与储油池连通。
上述方案中，所述高压储气罐中设有油气分离网。该油气分离网为单向单质分离网。
本实用新型相比第一代和第二代压缩空气储能系统，其优点是：
1、使用了喷油双螺杆式压缩膨胀机，这与传统压缩空气储能系统的最大区别在于避免系统需要同时使用压缩机和膨胀机两种设备，取而代之只需要使用一台喷油双螺杆式压缩膨胀机，即可完成压缩和膨胀两个过程，这一特点大大降低了传统压缩空气储能系统的复杂结构性，提升了压缩空气储能系统的经济性。
2、本实用新型无需增加外加热源，避免了燃烧燃料对系统进行补燃，不仅可以获得更高的能量转换效率，而且具有更好的环境友好性。
附图说明
图1为压缩空气储能系统的示意图。其中实线部分为储能过程连接；虚线部分为发电过程连接。
图2为图1系统的储能过程示意图。
图3为图1系统的发电过程示意图。
图1-3中标号与各部件对应关系如下:1、储油池；2、油泵；3、喷油器；4、压缩膨胀机；5、高压储气罐；6、油泵；7、油气分离器；8、压缩电机；9、发电机；10-17、普通阀门；18、油气分离网。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合附图对本实用新型的具体结构以及实际工作过程做进一步详细描述：
如图1所示，本实用新型压缩空气储能系统包括：储油池1、高压储气罐5、油泵2、6、喷油器3、油气分离器7以及喷油双螺杆式压缩膨胀机4。储油池1共有三条管路，储油池1的第一条管路通过管道与油泵6和油气分离器7连接，在膨胀过程结束后，压缩膨胀机4中的润滑油进入储油池1中储存；储油池1的第二条管路通过管道与油泵2、喷油器3和压缩膨胀机4连接，保证向压缩膨胀机4中提供足够的润滑油，使得压缩膨胀机4可以正常工作；储油池1的第三条管路通过管道与高压储气罐5连接，在高压储气罐5中底部的润滑油在高压气体的作用下，通过管道进入储油池1进行储存。高压储气罐5共有三条管路，高压储气罐5的上部管路通过管道与压缩膨胀机4连接，使储存在高压储气罐5中的高压气体进入压缩膨胀机4膨胀做功并通过发电机9向电网输送电力；经压缩膨胀机4压缩的高压气体和润滑油混合物，通过管道进入高压储气罐5的中部进行储存；当高压储气罐5中润滑油完成沉降后，高压储气罐5中的润滑油则通过底部管道进入储油池1中储存。压缩膨胀机4在用电低谷即储能过程中，空气进入压缩膨胀机4中进行压缩，同时喷油器3向压缩膨胀机4中喷油，润滑油和空气混合物在压缩膨胀机4中混合压缩，并一起进入高压储气罐5中储存；压缩膨胀机4在用电高峰即发电过程中，高压储气罐5中的高压气体进入压缩膨胀机4中，同时，喷油器3向压缩膨胀机4中喷油，润滑油和空气混合物在压缩膨胀机4中混合膨胀，发出的电能进入电网。
如图2所示，在储能过程中，储油池1的出油管道依次通过阀门10、油泵2、阀门11、喷油器3、阀门12与压缩膨胀机4(喷油双螺杆式)连接，油泵2和压缩电机8由电网的富余电能驱动。储油池1中的润滑油通过油泵2和喷油器3进入压缩膨胀机4，大气中的常压常温空气也进入压缩膨胀机4中，压缩电机8驱动压缩膨胀机4，使润滑油与空气混合后在压缩膨胀机4中被压缩，被压缩后的润滑油、高压空气混合物，直接通过阀门13进入高压储气罐5中储存，在重力作用下，高压储气罐5中的润滑油通过油气分离网18沉降到高压储气罐5的底部，沉降后的润滑油通过底部管道和阀门17，在高压空气的驱动下，回流储油池1中，完成润滑油的循环。油气分离网18为单向单质分离网，即只允许润滑油一种工质、单向通过油气分离网，而不允许空气通过油气分离网。
如图3所示，在发电过程中，高压储气罐5中的高压气体通过管道和阀门14进入压缩膨胀机4(喷油双螺杆式)中，同时，储油池中的润滑油依次通过阀门10、油泵2、阀门11、喷油器3、阀门12喷入压缩膨胀机4中，润滑油和高压空气在压缩膨胀机4中混合，进行膨胀做功，推动发电机9发电，润滑油和空气混合物在压缩膨胀机4完成膨胀过程后，从压缩膨胀机4的出口经过阀门15进入油气分离器7中，分离出的空气直接排入大气，而分离出的润滑油则通过油泵6和阀门16回到储油池储存，以备后续循环使用。
此外，该实用新型还有一个特点，压缩机和膨胀机为一个复合机组，即压缩膨胀机4，在压缩空气储能系统中，仅需要一台喷油双螺杆式压缩膨胀机，便可以满足将常压空气压缩至高压空气，以及将高压空气膨胀至常压空气对外做功这两个过程。该喷油双螺杆式压缩膨胀机不仅具有高可靠性、好的动力平衡性以及广泛适应性等优点，而且该种喷油双螺杆式压缩膨胀机的使用，大大简化了压缩空气储能系统结构的复杂性。
Claims (3)
1.一种压缩空气储能系统，包括压缩机和膨胀机、储油池、高压储气罐、喷油器，其特征在于，所述压缩机和膨胀机为一个复合机组：喷油双螺杆式压缩膨胀机，该压缩膨胀机的一个进口与大气连通并依次通过喷油器、第一油泵与所述储油池相连，该压缩膨胀机的另一个进口与所述高压储气罐上部连通；该压缩膨胀机的一个出口与高压储气罐的中部连通；该压缩膨胀机的另一个出口依次通过油气分离器、第二油泵与储油池相连；所述高压储气罐底部通过管道与储油池连通。
2.如权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述高压储气罐中设有油气分离网。
3.如权利要求2所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述油气分离网为单向单质分离网。
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