CN207299595U - 一种太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统 - Google Patents

Abstract

一种太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统，包括太阳集热场、级间冷却器、发电机/电动机、热油储罐、冷油储罐、膨胀透平、压缩机、储气室等部件，在光照充足或用电低谷时，太阳集热场的热量一部分用来加热工作介质，另一部分进入热油储罐存储，同时，膨胀透平对外输出功一部分进入发电机转化为电能，另一部分进入压缩机压缩气体进行存储，当无光照时，储气室内高压气体进入热油储罐吸收热能，然后进入膨胀透平做功，带动发电机发电；本实用新型将光热发电技术与压缩气体储能技术有机结合在一起，很好地解决了太阳能发电的波动性、间歇性等问题，可以有效提高太阳能的利用率。

Description

一种太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统

技术领域

本实用新型属于太阳能光热发电技术及储能技术领域，具体涉及一种太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统。

背景技术

近年来，人类对化石能源的过渡利用，已经导致环境污染、气候变暖等严重问题，必须对能源结构进行调整，降低对化石燃料的依赖，同时提高可再生能源的开发量与利用率，这使得太阳能等可再生能源在现有能源结构中的地位和作用日益突出。

在配备足够容量储热系统的情况下太阳能热发电技术与风力发电、光伏发电相比可以在外部辐照资源波动的情况下实现连续、稳定发电，因此，被看作最有前景的非化石能源利用技术，国内外建造了大批示范电站和商业运行电站。

为了保证太阳能热发电的连续性，需要配备较大容量的蓄热装置和换热装置，这增大了太阳能热发电站的占地面积和投资成本。

为了提高太阳能热发电的效率，降低投资成本，研究开发新型的太阳能热发电系统是十分必要的。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术弊端，提供一种太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统，以提高太阳能的利用率，降低发电成本，达到节能减排的目的。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统，包括第一级压缩机1，第一级压缩机1的出口与级间冷却器6的入口相连，级间冷却器6的出口与第二级压缩机2的入口相连，第二级压缩机2的出口与级后冷却器7的入口相连，级后冷却器7的出口与储气室8的入口相连；当光照充足或用电低谷时，储气室8的出口与第一级太阳集热场 11的入口相连，第一级太阳集热场11的出口与第一级膨胀透平4的入口相连，第一级膨胀透平4的出口与第二级太阳集热场12的入口相连，第二级太阳集热场12的出口与第二级膨胀透平5的入口相连；当无光照时，储气室8的出口与热油储罐9的入口相连，热油储罐9 的出口与第一级膨胀透平4的入口相连，第一级膨胀透平4的出口与热油储罐的第二入口相连，热油储罐的第二出口与第二级膨胀透平5 的入口相连。

所述储气室8包括输入气体管道13、输出气体管道14、储气室外壁以及设置在输出气体管道14上通过调节开度控制进入第一级膨胀透平4的高压气体流量，从而控制联合运行系统对外输出功的大小的阀门15。

所述第一级膨胀透平4与第二级压缩机2的连接方式有两种：第一级膨胀透平4通过发电机或电动机3连接第二级压缩机2或膨胀透平与压缩机直接相连，即膨胀透平输出功经发电机转换为电能后输入压缩机或膨胀透平输出功直接进入压缩机。

在光照充足或用电低谷时，第一级太阳集热场11和第二级太阳集热场12中的热量一部分用来加热工作介质，另一部分进入热油储罐9进行热量存储，同时，第一级膨胀透平4和第二级膨胀透平5对外输出功，一部分输出功进入发电机或电动机3转化为电能，另一部分进入第一级压缩机1和第二级压缩机2压缩工作介质进行存储，当无光照时，储气室8内高压气体进入热油储罐10吸收热能，然后进入第一级膨胀透平4和第二级膨胀透平5做功，带动发电机或电动机 3发电。

所述第一级太阳集热场11和第二级太阳集热场12可以为任意形式槽式、塔式、碟式和线性菲涅尔式太阳集热场或者混合类型太阳集热场。

所述压缩气体储能中的工作介质可以为空气、二氧化碳、有机工质等。

所述储气室8可以为地上人造钢罐或者地下洞穴等。

上述太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统，所述膨胀透平输出功进入压缩机的方式有两种：膨胀透平输出功经发电机转换为电能后输入压缩机；膨胀透平与压缩机直接相连，膨胀透平输出功直接进入压缩机。

本实用新型将太阳集热场与压缩气体储能有机结合在一起，很好地解决了太阳能热发电的不连续、蓄热器容量大等问题，采用将用电低谷或日照充足时多余光热转化为压缩气体内能的方式来存储热能，极大地降低了蓄热器的容量，可以提高太阳能光热的利用率和太阳能热发电站的发电效率。

附图说明

面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1：本实用新型的结构示意图，图中标号清单为：1‐第一级压缩机，2‐第二级压缩机，3‐发电机或电动机，4‐第一级膨胀透平，5‐第二级膨胀透平，6‐级间冷却器，7‐级后冷却器，8‐储气室，9‐热油储罐，10‐冷油储罐，11‐第一级太阳集热场，12‐第二级太阳集热场。

图2：储气室子系统结构示意图，图中标号清单为：13‐输入气体管道，14‐输出气体管道，15‐阀门，16‐储气室外壁。

图3：无光照时系统运行原理图。

具体实施方式

本实用新型提出了一种太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统，通过将太阳能转化为压缩气体的势能进行存储，该系统可以解决太阳能热发电不连续、储热容量需求大等问题。

图1为太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统结构示意图，其主要结构包括：第一级压缩机1、第二级压缩机2、发电机或电动机 3、第一级膨胀透平4、第二级膨胀透平5、级间冷却器6、级后冷却器7、储气室8、热油储罐9、冷油储罐10、第一级太阳集热场11、第二级太阳集热场12等部件，太阳集热场的工作介质与压缩气体储能系统的工作介质相同。

图2为储气室子系统结构示意图，储气室8包括输入气体管道13，输出气体管道14，阀门15，储气室外壁16，通过调节阀门15 的开度控制进入膨胀透平的高压气体流量，从而控制膨胀透平的对外输出功的大小。

在该系统中，冷油储罐10、级间冷却器6、级后冷却器7、热油储罐9、第一级太阳集热场11和第二级太阳集热场12构成一个多级封闭式换热系统，导热油在冷油储罐10中与大气环境进行换热，导热油被冷却到环境温度，然后进入级间冷却器6和级后冷却器7中吸收压缩机压缩工质时产生的热量，然后再进入第一级太阳集热场11 和第二级太阳集热场12，导热油在第一级太阳集热场11和第二级太阳集热场12中先吸收来自太阳的热量，在光照充足时，一部分热量用来加热来自储气室8的高压工质，最后进入冷油储罐10完成一个循环，另一部分热量存储进入热油储罐9，在无光照时用来加热高压工质。

在光照充足时该系统的具体连接方式为：第一级压缩机1的出口与级间冷却器6的入口相连，级间冷却器6的出口与第二级压缩机2 的入口相连，第二级压缩机2的出口与级后冷却器7的入口相连，级后冷却器7的出口与储气室8的入口相连，储气室8的出口与第一级太阳集热场11的入口相连，第一级太阳集热场11的出口与第一级膨胀透平4的入口相连，第一级膨胀透平4的出口与第二级太阳集成场 12的入口相连，第二级太阳集热场12的出口与第二级膨胀透平5的入口相连。

在无光照时该系统的具体连接方式为：第一级压缩机1的出口与级间冷却器6的入口相连，级间冷却器6的出口与第二级压缩机2的入口相连，第二级压缩机2的出口与级后冷却器7的入口相连，级后冷却器7的出口与储气室8的入口相连，储气室8的出口与热油储罐9的入口相连，热油储罐9的出口与第一级膨胀透平4的入口相连，第一级膨胀透平4的出口与热油储罐的第二入口相连，热油储罐的第二出口与第二级膨胀透平5的入口相连。

在该联合运行系统中，第一级太阳集热场11和第二级太阳集热场12)为能量收集装置，其收集到的热量用于加热系统内的工作介质，从而产生高温高压气体，高温高压气体进入第一级膨胀透平4和第二级膨胀透平5做功，带动发电机或电动机3转动，产生电能，并为第一级压缩机1和第二级压缩机2提供动力源，使第一级压缩机1和第二级压缩机2产生高压工质。

系统内的第一级压缩机1、第二级压缩机2、储气室8、热油储罐9和冷油储罐10为能量存储装置，为减少压缩机耗功，压缩机采用多级压缩级间冷却的方式，级间冷却器6中的冷却介质为存储在冷油储罐10中的导热油，导热油在级间冷却器6和级后冷却器7内吸热升温后进入热油储罐9，压缩机产生的高压气体进入储气室8存储。

在光照充足情况下，系统运行原理为：

太阳集热场收集太阳能的热量，加热压缩机排放出的高压气体，高温、高压气体进入膨胀透平做功，压缩机的能量来源为：系统起步时为电网输入电能；系统稳定运行后膨胀透平对外输出功。

在该系统对外输出功大于用户负荷需求时，压缩机产生的高压气体一部分进入膨胀透平做功来满足压缩机自身和用户的耗功需求，多余部分的高压气体储存在储气室中，同时多余的热量储存在热油储罐中。

系统的具体运行方式为：为了节省压缩机耗功采用两级等压比压缩级间冷却的方式，工质在第一级压缩机1、第二级压缩机2中被压缩为高压工质，第一级压缩机1出口的工质进入级间冷却器6进行冷却降温，其热量传递给来自冷油储罐8中的导热油，第二级压缩机2 出口的高压工质与来自冷油储罐8中的导热油换热后进入储气室8，在储气室中，根据用户负荷情况，调节阀门15的开度大小，一部分高压工质储存在储气室中，另一部分高压工质直接输出进入太阳集热场被加热后进入膨胀透平做功，在太阳集热场中多余的热量通过导热油进入热油储罐进行存储。

无光照时系统运行原理：

在无光照的情况下，根据用户负荷情况可以采用以下两种模式运行：当用户负荷较大持续时间不长时，采用压缩气体储能释能过程运行，即，储气室8内高压气体全部释放进入热油储罐9，在热油储罐 9内吸收热量后进入膨胀透平做功，压缩机不再产生高压气体，从而保证膨胀透平有较大的功输出；当用户负荷不大但持续时间较长时，运行方式为膨胀透平对外做功一部分满足用户负荷需求，另一部分带动压缩机压缩气体持续产生高压气体存储进入储气室8内，进而增加系统对外输出功的时间，保证用户长时间的用能需求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统，其特征在于：包括第一级压缩机(1)，第一级压缩机(1)的出口与级间冷却器(6)的入口相连，级间冷却器(6)的出口与第二级压缩机(2)的入口相连，第二级压缩机(2)的出口与级后冷却器(7)的入口相连，级后冷却器(7)的出口与储气室(8)的入口相连；当光照充足或用电低谷时，储气室(8)的出口与第一级太阳集热场(11)的入口相连，第一级太阳集热场(11)的出口与第一级膨胀透平(4)的入口相连，第一级膨胀透平(4)的出口与第二级太阳集热场(12)的入口相连，第二级太阳集热场(12)的出口与第二级膨胀透平(5)的入口相连；当无光照时，储气室(8)的出口与热油储罐(9)的入口相连，热油储罐(9)的出口与第一级膨胀透平(4)的入口相连，第一级膨胀透平(4)的出口与热油储罐的第二入口相连，热油储罐的第二出口与第二级膨胀透平(5)的入口相连。

2.根据权利要求1所述的一种太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统，其特征在于：所述储气室(8)包括输入气体管道(13)、输出气体管道(14)、储气室外壁以及设置在输出气体管道(14)上通过调节开度控制进入第一级膨胀透平(4)的高压气体流量，从而控制联合运行系统对外输出功的大小的阀门(15)。

3.根据权利要求1所述的一种太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统，其特征在于：所述第一级膨胀透平(4)与第二级压缩机(2)的连接方式有两种：第一级膨胀透平(4)通过发电机或电动机(3)连接第二级压缩机(2)或膨胀透平与压缩机直接相连，即膨胀透平输出功经发电机转换为电能后输入压缩机或膨胀透平输出功直接进入压缩机。

4.根据权利要求1所述的一种太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统，其特征在于：所述第一级太阳集热场(11)和第二级太阳集热场(12)为槽式、塔式、碟式、线性菲涅尔式太阳集热场或者混合类型太阳集热场。

5.根据权利要求1所述的一种太阳集热场与压缩气体储能联合运行系统，其特征在于：所述储气室(8)为地上人造钢罐或者地下洞穴。