CN208473942U - 一种压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统，包括：压缩机，压缩机通过管道与平衡罐连接，平衡罐与高压储气罐之间通过管道连接，热交换器与平衡罐之间通过管道连接，太阳能光热集热器与热交换器之间通过管道连接，膨胀机分别与平衡罐的出气口和热交换器的出气口通过管道连接，膨胀机上的曲轴通过传动轴与发电机连接，膨胀机的乏气出口分别与制冷装置和供暖装置的进气口通过管道连接。本压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统可以充分利用太阳能和压缩空气能同时实现发电、供热和制冷等多种能源之间的转换，提高整个系统的综合能源利用率。

Description

一种压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统

技术领域

本实用新型涉及能源利用设备技术领域，具体涉及一种压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统。

背景技术

随着社会的不断发展，人类对于能源的使用越来越多样化，在新能源上的投入也越来越大，但是在一些能源的在利用时受制于自然条件，往往及其不稳定而且储能困难。如利用风力发电时，由于风力不稳定导致发电也极不稳定，受制于经济效益问题，要对电能进行储能也极为困难。

现有的技术在利用能源时，往往转化单一，如太阳能发电和风力发电最终都只产生了电，这样导致综合利用效率较低，经济效果不理想。

目前也有一些关于在利用能源时向多元化转换的报告，例如：公开号为CN205001001U的中国专利公开了一种天然气门站能源利用系统，通过使用螺杆膨胀机可以回收天然气减压过程中的差压能，将能量转变为电能，并还通过换热等方式回收了冷能，从而减少了能源的浪费，提高了能源的综合利用效率。又如公开号为CN103147812A的中国专利申请公开了一种螺杆膨胀机式烟气余热发电装置，利用烟气余热回收系统和螺杆膨胀机将烟气余热回收利用发电，同时可以回收螺杆膨胀机产生的低温乏气。

传统压缩空气储能系统可以在用电低谷，将空气压缩并存于储气室中，使电能转化为空气的内能存储起来。压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长和单位投资相对较小等优点，但是压缩空气在后续电能转换过程中损耗较大(损耗率达40％-50％)，如果在后续发电转换过程中不进行其他能源的补充，经济效果不理想。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统，可以提升压缩空气能和太阳能综合利用效率。

为实现上述技术方案，本实用新型提供了一种压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统，包括：供气系统，所述供气系统包括压缩机、平衡罐和高压储气罐，压缩机的出气口通过管道与平衡罐的进气口连接，平衡罐与高压储气罐之间通过管道连接，所述平衡罐与高压储气罐之间连接的管道上安装有第一电磁阀；加热系统，所述加热系统包括热交换器和太阳能光热集热器，热交换器的进气口与平衡罐的出气口之间通过管道连接，所述热交换器与平衡罐连接的管道上安装有第二电磁阀，太阳能光热集热器的进油口与热交换器的出油口之间通过管道连接，太阳能光热集热器的出油口与热交换器的进油口之间通过管道连接，太阳能光热集热器与热交换器连接的管道内填充导热油；供能系统，所述供能系统包括膨胀机、发电机、供暖装置和制冷装置，膨胀机的进气口分别与平衡罐的出气口和热交换器的出气口通过管道连接，膨胀机与平衡罐连接管道上安装有第三电磁阀，膨胀机上的曲轴通过传动轴与发电机连接，膨胀机的乏气出口分别与制冷装置和供暖装置的进气口通过管道连接，膨胀机的乏气出口与供暖装置连接的管道上安装有第四电磁阀，膨胀机的乏气出口与制冷装置连接的管道上安装有第五电磁阀制冷装置。

在上述技术方案中，压缩机产生压缩空气，将电能转换为空气能，压缩空气通过管道传输到平衡罐，平衡罐和高压储气罐之间通过管道连接，并且通过第一电磁阀自动调节平衡罐和高压储气罐之间的压力，从而实现集中储气和稳定供气的目的。当阳光充足时，打开第二电磁阀，关闭第三电磁阀，经过平衡罐稳定后的常温压缩空气随后进入热交换器，导热油经过太阳能光热集热器加热后在换热器内与压缩空气进行热交换，使得压缩空气温度升高，从而提高压缩空气储能和释放时的强度，经过太阳能加热后的压缩空气随后进入膨胀机，利用高温压缩空气的膨胀使得膨胀机的曲轴输出转矩力，输出的转矩力经过传动轴传输到发电机，带动发电机进行发电，同时高温压缩空气做功完成后产生的高温乏气(温度比高温压缩空气低，但高于常温)还可作为供暖装置的热源，用于供暖；当阳光不充足时，关闭第二电磁阀，打开第三电磁阀，经过平衡罐稳定后的常温压缩空气直接进入膨胀机，利用常温压缩空气的膨胀使得膨胀机的曲轴输出转矩力，输出的转矩力经过传动轴传输到发电机，带动发电机进行发电，同时常温压缩空气做功完成后产生的低温乏气(温度比常温压缩空气低)还可作制冷装置为冷源，用于制冷。如此一来，可以充分利用太阳能和压缩空气能实现发电、供热和制冷等多种能源之间的转换，提高整个系统的综合能源利用率。

优选的，所述膨胀机为双活塞式膨胀机，双活塞式膨胀机采用了移动缸盖技术实现无死点，使介质膨胀功有效的转换输出转矩力，实现了可调膨胀比，使介质膨胀功转换率提高。当利用太阳能光热集热器加热后的高温压缩空气的膨胀推动活塞时，活塞带动曲轴输出转矩力，输出的转矩力经过传动轴传输到发电机，带动发电机进行发电，高温压缩空气做功后产生高温乏气作为热源，用于供暖。当直接利用平衡罐出来的常温压缩空气的膨胀推动活塞时，活塞带动曲轴输出转矩力，输出的转矩力经过传动轴传输到发电机，带动发电机进行发电，常温压缩空气做功后产生低温乏气作为热源，用于供冷。

本实用新型提供的一种压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统的有益效果在于：本压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统可充分利用压缩空气能储能容量较大、储能周期长和单位投资相对较小等优点，使用压缩空气做为作为储能介质，然后充分利用太阳能进行能量补强，并通过膨胀机输出电能、热能和低温冷气，可以充分利用太阳能和压缩空气能实现发电、供热和制冷等多种能源之间的转换，提高整个系统的综合能源利用率，可根据电力、热能、冷气等各方面不同使用场所的实际需求，有效的调整各系统负荷需求量，尤其适用于具有太阳能资源的地区。

附图说明

图1为本实用新型中各设备之间的连接示意图。

图中：1、供气系统；11、压缩机；12、平衡罐；13、高压储气罐；14、第一电磁阀；2、加热系统；21、热交换器；22、太阳能光热集热器；23、第二电磁阀；24、第三电磁阀；3、供能系统；31、膨胀机；32、发电机；33、第四电磁阀；34、第五电磁阀。

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、完整的描述，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。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型的保护范围。

实施例1：一种压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统。

参照图1所示，一种压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统，包括：供气系统1，所述供气系统1包括压缩机11、平衡罐12和高压储气罐13，压缩机11的出气口通过管道与平衡罐12的进气口连接，平衡罐12与高压储气罐13之间通过管道连接，所述平衡罐12与高压储气罐13之间连接的管道上安装有第一电磁阀14，压缩机11用于产生压缩空气，将电能转换成空气能并输送至平衡罐12和高压储气罐13内存储，可充分利用压缩空气能储能容量较大、储能周期长和单位投资相对较小等优点，可为系统提供稳定的能源输入；平衡罐12和高压储气罐13之间通过管道连接，管道上安装第一电磁阀14，当平衡罐12内的压缩空气维持在正常工作时，第一电磁阀14关闭，平衡罐12内的压缩空气稳定输出，当压缩空气产量高时，平衡罐12压力增大，当平衡罐12内的空气压力高于工作压力时，安装在平衡罐12内的压力传感器将压力信息反馈至安装在平衡罐12内的电力压缩机及第一电磁阀14，第一电磁阀14打开，电力压缩机工作将压缩空气进一步压缩到高压储气罐13内，以维持平衡罐12内的压力稳定，当压缩空气产量低时，平衡罐12压力降低，第一电磁阀14自动打开，储存在高压储气罐13内的压缩空气进入平衡罐12，直至平衡罐12压力稳定维持在输出压力下，从而实现集中储气和稳定供气的目的；

加热系统2，所述加热系统2包括热交换器21和太阳能光热集热器22，热交换器21的进气口与平衡罐12的出气口之间通过管道连接，所述热交换器21与平衡罐12连接的管道上安装有第二电磁阀23，太阳能光热集热器22的进油口与热交换器21的出油口之间通过管道连接，太阳能光热集热器22的出油口与热交换器21的进油口之间通过管道连接，太阳能光热集热器22与热交换器21连接的管道内填充导热油；本实施例中，热交换器21采用普通的列管式热交换器，经过平衡罐12稳定输出的压缩空气通入列管式热交换器21的进气口，同时经过太阳能光热集热器2(吸收太阳能)加热后的导热油通入列管式热交换器的进油口，通过导热油将压缩空气加热后，高温压缩空气从换热器的出气口输出，而经过换热后的导热油温度降低，然后通过出油口再次进入太阳能光热集热器22进行加热，实现导热油的循环流动，压缩空气经过太阳能加热后可以有效提高压缩空气储能和释放时的强度，提高能效转换率；

供能系统3，所述供能系统包括膨胀机31和发电机32，膨胀机31的进气口分别与平衡罐12的出气口和热交换器21的出气口通过管道连接，膨胀机31与平衡罐12连接管道上安装有第三电磁阀24，膨胀机31上的曲轴通过传动轴与发电机31连接，膨胀机31的乏气出口与制冷装置和供暖装置的进气口通过管道连接，膨胀机31的乏气出口与供暖装置连接的管道上安装有第四电磁阀33，膨胀机31的乏气出口与制冷装置连接的管道上安装有第五电磁阀34，本实施例中，膨胀机31为双活塞式膨胀机(瑞典阿特拉斯PDW280型)，供暖装置为暖气片，制冷装置为冷库或者中央空调。当高温压缩空气进入膨胀机31后，可利用高温压缩空气的膨胀推动活塞，活塞带动曲轴输出转矩力，输出的转矩力经过传动轴传输到发电机32，带动发电机32进行发电，高温压缩空气经过膨胀机31做功后变成高温乏气(温度比高温压缩空气低，但高于常温)，可作为暖气片的热源用于供暖；当常温压缩空气进入膨胀机31后，可利用常温压缩空气的膨胀推动活塞，活塞带动曲轴输出转矩力，输出的转矩力经过传动轴传输到发电机32，带动发电机32进行发电，常温压缩空气经过膨胀机31做功后变成低温乏气，可作为冷库或者中央空调的冷源用于供冷。如此一来，可以将易于存储的压缩空气能转行成电能、热能和冷源，提高整个系统的综合能源利用率。

本压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系的工作原理如下：压缩机11产生压缩空气，将电能转换为空气能，压缩空气通过管道传输到平衡罐12，平衡罐12和高压储气罐13之间通过管道连接，并且通过第一电磁阀14自动调节平衡罐12和高压储气罐13之间的压力，从而实现集中储气和稳定供气的目的，当阳光充足时，打开第二电磁阀23和第四电磁阀33，关闭第三电磁阀24和第五电磁阀34，经过平衡罐12稳定后的压缩空气随后进入热交换器21，导热油经过太阳能光热集热器22加热后在换热器21内与压缩空气进行热交换，使得压缩空气温度升高，从而提高压缩空气储能和释放时的强度，经过太阳能加热后的压缩空气随后进入膨胀机31，利用高温压缩空气的膨胀使得膨胀机的曲轴输出转矩力，输出的转矩力经过传动轴传输到发电机32，带动发电机进行发电，高温压缩空气经过气体膨胀机做功后转换成的高温乏气(温度比高温压缩空气低，但高于常温，温度范围在50-80摄氏度)可作为热源进行供热；当阳光不充足时，关闭第二电磁阀23和第四电磁阀33，打开第三电磁阀24和第五电磁阀34，经过平衡罐12稳定后的常温压缩空气直接进入膨胀机，当常温压缩空气进入膨胀机31后，可利用高温压缩空气的膨胀推动活塞，活塞带动曲轴输出转矩力，输出的转矩力经过传动轴传输到发电机32，带动发电机32进行发电，常温压缩空气经过膨胀机31做功后变成低温乏气(温度比常温压缩空气低，温度范围在-20-0摄氏度)，可作为冷源直接用于供冷。如此一来，可以充分利用太阳能加热压缩空气同时实现发电、供热，或者发电、制冷等多种能源之间的转换，提高整个系统的综合能源利用率。

本实施例中，压缩机、平衡罐、高压储气罐、电磁阀、热交换器、太阳能光热集热器、发电机、暖气片和冷库、中央空调均是市面上可以购买的常见通用设备，其具体结构即使不进行描述，本领域技术人员也都是可以知晓其工作原理及如何装配的。

以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，但本实用新型不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。

Claims (2)

1.一种压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统，其特征在于包括：

供气系统，所述供气系统包括压缩机、平衡罐和高压储气罐，压缩机的出气口通过管道与平衡罐的进气口连接，平衡罐与高压储气罐之间通过管道连接，所述平衡罐与高压储气罐之间连接的管道上安装有第一电磁阀；

加热系统，所述加热系统包括热交换器和太阳能光热集热器，热交换器的进气口与平衡罐的出气口之间通过管道连接，所述热交换器与平衡罐连接的管道上安装有第二电磁阀，太阳能光热集热器的进油口与热交换器的出油口之间通过管道连接，太阳能光热集热器的出油口与热交换器的进油口之间通过管道连接，太阳能光热集热器与热交换器连接的管道内填充导热油；

供能系统，所述供能系统包括膨胀机和发电机，膨胀机的进气口分别与平衡罐的出气口和热交换器的出气口通过管道连接，膨胀机与平衡罐连接管道上安装有第三电磁阀，膨胀机上的曲轴通过传动轴与发电机连接，膨胀机的乏气出口分别与制冷装置和供暖装置的进气口通过管道连接，膨胀机的乏气出口与供暖装置连接的管道上安装有第四电磁阀，膨胀机的乏气出口与制冷装置连接的管道上安装有第五电磁阀制冷装置。

2.如权利要求1所述的压缩空气储能耦合光热发电的冷热电联产系统，其特征在于：所述膨胀机为活塞式膨胀机。