CN207989085U - 提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提升储能系统能量转化效率的装置，压缩机与冷却器组连接，冷却器组的一端与储气装置连接，储气装置与再热器组的一端连接，再热器组与膨胀机连接，再热器组与高品位热源系统连接，高品位热源系统与热泵系统的一端连接，热泵系统的另一端与低品位热源连通，空气经过压缩机压缩后储存至储气装置中，通过热泵系统将低品位热源转换成高品位热源，高品位热源用于辅助或单独加热膨胀机入口的空气，储气装置中的高压空气经加热后进入膨胀机做功，通过在压缩空气储能系统中，增设热泵系统，用于将低品位热源的能量转移至另一热源而得到较高品位热源，并对较高品位热源进行利用，以提升压缩空气储能系统的综合能量转化效率。

Description

提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置

技术领域

本实用新型涉及能量储存领域，具体来说，涉及一种提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置。

背景技术

当前以可再生能源变革为基础之一的“第三次工业革命”正在孕育发展中，储能作为“第三次工业革命”五大支柱技术之一，将在本次工业革命中发挥重要作用。储能技术可以调节能量供求在时间、空间、强度和形态上的不匹配性，是合理、高效、清洁利用能源的重要手段，是保障安全、可靠、优质供电的重要技术支撑。储能技术不仅可以支撑大规模集中式可再生能源发电送出与消纳，还能够促进分布式可再生能源发电灵活接入和高效利用，而且可显著提高供电可靠性和电能质量，并将推动电网规划设计和运行管理方式发生变革。

压缩空气储能技术是被公认为适合大规模电力储能的技术之一，具有储能容量大、储能周期长、寿命长和单位投资小等诸多优点。传统的压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术发展起来的一种储能系统，工作原理是在用电低谷时，空气经压缩机压缩后存于储气装置中，使电能转化为空气内能存储起来；在用电高峰时，高压空气从储气装置释放，进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧，然后驱动透平发电。先进绝热压缩空气储能系统是在传统压缩空气储能系统的基础上，对空气在压缩过程中产生的圧缩热进行回收利用，摆脱了传统压缩空气储能系统对化石燃料的限制。这两种压缩空气储能技术以及目前其它各种改进的压缩空气储能技术，由于对系统中产生的低品位热量，如系统油站冷却热量、电动机冷却热量、发电机冷却热量、部分压缩机级间冷却热量与级后冷却热量等，未进行充分利用，而是经过冷却介质冷却后间接散失到环境中，这使得各压缩空气储能系统的实际效率同对应的最高理论效率相比，仍有一定的提升空间。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种提升储能系统能量转化效率的装置，能够解决上述技术问题。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置，包括压缩机，所述压缩机与冷却器组连接，所述冷却器组的一端与储气装置连接，所述储气装置与再热器组的一端连接，所述再热器组与膨胀机连接，所述再热器组与高品位热源系统连接，所述高品位热源系统与热泵系统的一端连接，所述热泵系统的另一端与低品位热源连通。

进一步地，所述压缩空气储能系统，包括但不限于传统压缩空气储能系统、先进绝热压缩空气储能系统、液化空气储能系统。

进一步地，所述低品位热源包括储能系统自身运行过程中产生的低品位热源和/或储能系统外部的低品位热源。

进一步地，所述储能系统自身运行过程中产生的低品位热源包括但不限于冷却器组的冷却介质、储能系统各油站冷却介质、电动机冷却介质、发电机冷却介质。

进一步地，所述储能系统外部的低品位热源包括但不限于空气、大地、地表水、地下水、低品位工业余热。

进一步地，所述热泵系统选自但不限于蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵、化学热泵、蒸汽喷射式热泵、单级热泵、多级热泵、复叠式热泵中的任一种。

进一步地，所述压缩机选自但不限于往复式压缩机、离心式压缩机、轴流式压缩机、螺杆压缩机中的任一种。

进一步地，所述高品位热源系统包括均与热泵系统连接的常温冷却介质罐和高温冷却介质罐，所述常温冷却介质罐另一端和高温冷却介质罐的另一端均分别与再热器组连通。

进一步地，所述低品位热源配备有冷却系统，所述冷却系统包括冷却水池，所述冷却水池分别与冷却塔和低品位热源连通，所述冷却水池通过循环水泵与低品位热源连通，低品位热源分别与冷却塔和热泵系统连通。

本实用新型的有益效果：通过在压缩空气储能系统中，增设热泵系统，用于将低品位热源的能量转移至另一热源而得到较高品位热源，并对较高品位源进行利用，以提升压缩空气储能系统的综合能量转化效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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是根据本实用新型实施例所述的一种提升储能系统能量转化效率的装置的回收储能系统压缩机冷却器热量的流程图；

图2是根据本实用新型实施例所述的一种提升储能系统能量转化效率的装置的回收储能系统辅机冷却器热量的流程图；

图3是根据本实用新型实施例所述的一种提升储能系统能量转化效率的装置的回收外部余热用于压缩空气储能系统的流程图；

图4是根据本实用新型实施例所述的一种提升储能系统能量转化效率的装置的回收储能系统压缩机冷却器热量用于对外供热的流程图。

图中：1. 压缩机；2. 储气装置；3. 膨胀机；4. 热泵系统； 5. 常温冷却介质罐；6. 高温冷却介质罐；7. 冷却水池；8. 冷却塔；9.循环水泵。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-4所示，根据本实用新型实施例所述的如图1-4所示，根据本发明实施例所述的一种提升压缩空气储能系统能量转化效率的方法，包括以下步骤：

S1.空气经过压缩机1压缩后储存至储气装置2中；

S2. 通过热泵系统4将低品位热源转换成高品位热源；

S3. 高品位热源用于辅助或单独加热膨胀机入口的空气；

S4. 储气装置2中的高压空气经加热后进入膨胀机3做功。

所述方法中的压缩空气储能系统，包括但不限于传统压缩空气储能系统、先进绝热压缩空气储能系统、液化空气储能系统.

所述低品位热源包括储能系统自身运行过程中产生的低品位热源和/或储能系统外部的低品位热源。

所述储能系统自身运行过程中产生的低品位热源包括但不限于冷却器组的冷却介质、储能系统各油站冷却介质、电动机冷却介质、发电机冷却介质。

所述储能系统外部的低品位热源包括但不限于空气、大地、地表水、地下水、低品位工业余热。

所述热泵系统4选自但不限于蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵、化学热泵、蒸汽喷射式热泵、单级热泵、多级热泵、复叠式热泵中的任一种。

所述压缩机1选自但不限于往复式压缩机、离心式压缩机、轴流式压缩机、螺杆压缩机的任一种。

所述压缩机1与冷却器组连接，所述冷却器组的一端与储气装置2连接，所述储气装置2与再热器组的一端连接，所述再热器组与膨胀机3连接，所述再热器组与高品位热源系统连接，所述高品位热源系统与热泵系统4的一端连接，所述热泵系统4的另一端与低品位热源连通。

所述高品位热源系统包括均与热泵系统4连接的常温冷却介质罐5和高温冷却介质罐6，所述常温冷却介质罐5另一端和高温冷却介质罐6的另一端均分别与再热器组连通。

所述低品位热源配备有备用冷却系统，所述备用冷却系统包括冷却水池7，所述冷却水池7分别与冷却塔8和低品位热源连通，所述冷却水池7通过循环水泵9与低品位热源连通，低品位热源分别与冷却塔8和热泵系统4连通。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，根据本实用新型所述的一种提升储能系统能量转化效率的装置,通过利用热泵系统，将储能系统运行过程中的产生低品位热源的热量转移至储能系统内部另一热源而得到较高品位热源，较高品位热源用于压缩空气储能系统自身能量转化过程。

储能过程中，空气依次经过压缩机1的压缩机第一级、压缩机第二级、压缩机第三级、压缩机第四级、压缩机第五级、压缩机第六级7后，储存至储气装置2；释能过程中，高压空气依次经过膨胀机3的膨胀机第一级、膨胀机第二级、膨胀机第三级、膨胀机第四级、膨胀机第五级、膨胀机第六级级做功后，排至大气。在空气逐级压缩过程中会产生热量，热空气分别经过冷却器组即压缩机第一级级间冷却器、压缩机第二级级间冷却器、压缩机第三级级间冷却器、压缩机第四级级间冷却器、压缩机第五级级间冷却器、压缩机第六级级间冷却器冷却降温；在空气逐级膨胀过程中，高压空气分别经过膨胀机第一级级间再热器、膨胀机第二级级间再热器、膨胀机第三级级间再热器、膨胀机第四级级间再热器、膨胀机第五级级间再热器、膨胀机第六级级间再热器吸收热量。

本实施例中提升压缩空气储能系统能量转化效率的方法是通过在压缩空气储能系统中增设热泵系统4。压缩机后三级冷却器的低品位冷却介质作为低温热源，在储能过程中通过热泵系统4，将常温冷却介质罐5中的介质加热变成高温冷却介质后存至高温冷却介质罐6中。在释能过程中，将高温冷却介质罐6中的高温冷却介质，用于辅助或单独加热各级膨胀机入口的空气。为了增强系统可靠性，增加了热泵系统检修或故障时的备用回路。存储于冷却水池7中的冷却介质，通过循环水泵9，经冷却压缩机后三级冷却器后返至冷却塔8。

在另一实施例中，通过热泵系统4，将外部低品位热源（空气源、水源、地源等）的热量，用来提升常温冷却介质罐5中的介质温度后，储存至高温介质储罐6中，得到较高品位热源。在释能过程中，将高温冷却介质罐6中的高温冷却介质，用于辅助或单独加热各级膨胀机入口的空气。实现了对外部低品位热源的有效利用，提高了能源的综合利用效率。

在另一实施例中，本实施例的压缩空气储能系统中，压缩机第四级、压缩机第五级、压缩机第六级的压缩空气，通过压缩机第四级级间冷却器、压缩机第五级级间冷却器、压缩机第六级级后冷却器进行冷却降温，而用来冷却空气的冷却水经换热升温后，通过热泵系统4提升能量品味后用于对外采暖供热。实现了对低品位热源的深度利用，提高了能源的综合利用效率。

其中，压缩空气储能，包括传统压缩空气储能系统、先进绝热压缩空气储能系统、液化空气储能系统以及在这些系统基础上演变发展的各类型压缩空气储能系统。热泵系统4包括但不限于蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵、化学热泵、蒸汽喷射式热泵、单级热泵、多级热泵、复叠式热泵。

热泵与锅炉、电加热器等制热装置相比，其突出特点是消耗少量的电能或燃料能，即可获得大量的所需热能。热泵的制热系数永远大于1，用户所获得的热能总量总是大于所消耗的电能或燃料能。通过将压缩空空气储能技术与热泵技术相结合，可以实现了对低品位热源的回收利用，减少系统能量损失，提高储能系统的能量转化效率。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，通过在压缩空气储能系统中，增设热泵系统，用于将低品位热源的能量转移至另一热源而得到较高品位热源，并对较高品位源进行利用，以提升压缩空气储能系统的综合能量转化效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置，其特征在于，包括压缩机（1），所述压缩机（1）与冷却器组连接，所述冷却器组的一端与储气装置（2）连接，所述储气装置（2）与再热器组的一端连接，所述再热器组与膨胀机（3）连接，所述再热器组与高品位热源系统连接，所述高品位热源系统与热泵系统（4）的一端连接，所述热泵系统（4）的另一端与低品位热源连通。

2.根据权利要求1所述的一种提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置，其特征在于：所述压缩空气储能系统，包括但不限于传统压缩空气储能系统、先进绝热压缩空气储能系统、液化空气储能系统。

3.根据权利要求1所述一种提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置，其特征在于，所述低品位热源包括储能系统自身运行过程中产生的低品位热源和/或储能系统外部的低品位热源。

4.根据权利要求3所述一种提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置，其特征在于，所述储能系统自身运行过程中产生的低品位热源包括但不限于冷却器组的冷却介质、储能系统各油站冷却介质、电动机冷却介质、发电机冷却介质。

5.根据权利要求3所述一种提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置，其特征在于，所述储能系统外部的低品位热源包括但不限于空气、大地、地表水、地下水、低品位工业余热。

6.根据权利要求1所述一种提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置，其特征在于，所述热泵系统（4）选自但不限于蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵、化学热泵、蒸汽喷射式热泵、单级热泵、多级热泵、复叠式热泵中的任一种。

7.根据权利要求1所述一种提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置，其特征在于，所述压缩机（1）选自但不限于往复式压缩机、离心式压缩机、轴流式压缩机、螺杆压缩机中的任一种。

8.根据权利要求1所述一种提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置，其特征在于，所述高品位热源系统包括均与热泵系统（4）连接的常温冷却介质罐（5）和高温冷却介质罐（6），所述常温冷却介质罐（5）另一端和高温冷却介质罐（6）的另一端均分别与再热器组连通。

9.根据权利要求1所述一种提升压缩空气储能系统能量转化效率的装置，其特征在于，所述低品位热源配备有冷却系统，所述冷却系统包括冷却水池（7），所述冷却水池（7）分别与冷却塔（8）和低品位热源连通，所述冷却水池（7）通过循环水泵（9）与低品位热源连通，低品位热源分别与冷却塔（8）和热泵系统（4）连通。