CN213870210U - 一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统 - Google Patents

一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统 Download PDF

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张世海
兰中秋
徐章福
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Abstract

本发明公开了一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，包括压缩空气储气罐，还包括蓄冷罐和蓄热罐，所述蓄冷罐出口与温降控制阀进口连接，蓄热罐出口与温升控制阀进口相连，温降控制阀出口与温升控制阀出口交汇，并与压缩空气储气罐的热交换器进口相连，压缩空气储气罐的热交换器出口分为两路，一路与高温出口阀进口相连，高温出口阀出口与蓄热罐入口相连；一路与低温出口阀进口相连，低温出口阀出口与蓄冷罐入口相连。本发明在压缩空气储能阶段，有效提高了压缩空气储能的储能能力；释能阶段，有效提高了压缩空气储能的做功能力，从而整体上提高了压缩空气储能的电‑电转换效率。

Description

一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统
技术领域
本发明涉及一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，属于压缩空气储能系统技术领域。
背景技术
压缩空气储能目前储能技术中较为先进的一种储能方式，其主要特点是在用电低谷时消耗电力储存能力，用电高峰时通过膨胀机做功带动发电机发电，具有储能规模大、存储周期长、对环境污染小等优点，被认为是最有发展前景的大规模电力储能技术之一。
压缩空气储能包括储能阶段和释能阶段，在储能阶段，压气机通过压缩环境中的空气，提空气压力，并将高压空气储存在压缩空气储气罐或盐穴中。在压缩空气储气罐或盐穴中的压缩空气，由于压气机出口的压缩空气对其做功，温度越来越高，根据理想气体方程，温度越高，容积、压力一定时，其存储的工质质量会减少，从而降低了系统的储能能力。
释能阶段，由于压缩空气储气罐或盐穴内的压缩空气对外做功，其温度会逐渐降低，根据理想气体方程，温度越低，容积、压力一定时，其存储的工质质量会越多，从而降低了系统的做功能力。
为充分利用系统储能、做功能力，提供压缩空气储能电-电转换效率，即需要对压缩空气储气罐或盐穴温度进行调控。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，通过对压缩空气储能储气罐设置热交换器，并利用调节阀的调节特性，实现压缩空气储能阶段和释能阶段压缩空气储气罐温度的调节控制，解决了传统压缩空气储能系统在储能阶段由于压缩空气储气罐温度升高导致的储能能力下降的问题，同时也解决了传统压缩空气储能系统在释能阶段由于压缩空气储气罐温度降低做功能力下降的问题。
本发明采取的技术方案为：一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，包括压缩空气储气罐，还包括蓄冷罐和蓄热罐，所述蓄冷罐出口与温降控制阀进口连接，蓄热罐出口与温升控制阀进口相连，温降控制阀出口与温升控制阀出口交汇，并与压缩空气储气罐的热交换器进口相连，压缩空气储气罐的热交换器出口分为两路，一路与高温出口阀进口相连，高温出口阀出口与蓄热罐入口相连；一路与低温出口阀进口相连，低温出口阀出口与蓄冷罐入口相连。
优选的，上述压缩空气储气罐出气口连接到串接的多个膨胀机，最左边的膨胀机设置有排气口，所述膨胀机之间传动轴连接，最右侧的膨胀机与发电机通过传动轴连接；所述压缩空气储气罐进气口串接有多个压气机，压气机之间传动轴连接，最右侧的压气机与电动机的传动轴连接。
优选的，上述相邻压气机之间的连接气路上安装有换热器一，换热器一还连接到蓄冷罐和蓄热罐。
优选的，上述相邻膨胀机之间的连接气路上安装有换热器二，换热器二还连接到蓄冷罐和蓄热罐。
优选的，上述所述蓄冷罐数量大于等于一个。
优选的，上述蓄热罐数量大于等于一个。
优选的，上述压缩空气储气罐数量大于等于一个。
优选的，上述温降控制阀为手动、电动、气动或液动操纵控制方式。
优选的，上述温升控制阀为手动、电动、气动或液动操纵控制方式。
优选的，上述温降控制阀为调节阀类型，可以在任意开度运行和保持。
优选的，上述温升控制阀为调节阀类型，可以在任意开度运行和保持。
优选的，上述热交换器为板式、管式、热管式换热器类型。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过对压缩空气储能储气罐设置热交换器，并利用调节阀的调节特性以及蓄冷罐和蓄热罐，实现压缩空气储能阶段和释能阶段压缩空气储气罐温度的调节控制，在压缩空气储能阶段，通过控制压缩空气储气罐温度不高于设定值，使其温度不随压缩空气储能储气罐储气量的增加而升高，有效提高了压缩空气储能的储能能力；释能阶段，通过控制压缩空气储气罐温度不低于设定值，使其温度不随压缩空气储能储气罐储气量的减少而降低，有效提高了压缩空气储能的做功能力，从而整体上提高了压缩空气储能的电-电转换效率。
附图说明
图1是本发明的系统示意图；
图2是压缩空气储气罐替换为盐穴的连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1所示，一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，包括压缩空气储气罐，还包括蓄冷罐、蓄热罐，所述蓄冷罐出口与温降控制阀31进口连接，蓄热罐出口与温升控制阀34进口相连，温降控制阀31出口与温升控制阀34出口交汇，并与压缩空气储气罐的热交换器30进口相连，压缩空气储气罐的热交换器30出口分为两路，一路与高温出口阀32进口相连，高温出口阀32出口与蓄热罐入口相连；一路与低温出口阀33进口相连，低温出口阀33出口与蓄冷罐入口相连。
优选的，上述压缩空气储气罐出气口连接到串接的多个膨胀机，最左边的膨胀机设置有排气口，所述膨胀机之间传动轴连接，最右侧的膨胀机与发电机通过传动轴连接；所述压缩空气储气罐进气口串接有多个压气机，压气机之间传动轴连接，最右侧的压气机与电动机的传动轴连接。
优选的，上述相邻压气机之间的连接气路上安装有换热器一，换热器一还连接到蓄冷罐和蓄热罐。
优选的，上述相邻膨胀机之间的连接气路上安装有换热器二，换热器二还连接到蓄冷罐和蓄热罐。
优选的，上述所述蓄冷罐数量大于等于一个。
优选的，上述蓄热罐数量大于等于一个。
优选的，上述压缩空气储气罐数量大于等于一个。
优选的，上述温降控制阀为手动、电动、气动或液动操纵控制方式。
优选的，上述温升控制阀为手动、电动、气动或液动操纵控制方式。
优选的，上述温降控制阀为调节阀类型，可以在任意开度运行和保持。
优选的，上述温升控制阀为调节阀类型，可以在任意开度运行和保持。
优选的，上述热交换器为板式、管式、热管式换热器类型。
一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统的控制方法，其包括以下步骤：
储能阶段：
步骤一、关闭温升控制阀34，关闭低温出口阀33，打开高温出口阀32；
步骤二、启动压气机，压气机出来的压缩空气经换热器后进入压缩空气储气罐；
步骤三、
当t1≥t0+ε时，逐渐开大温降控制阀31；
当t1≤t0-ε时，逐渐关小温降控制阀31；
式中，t1为压缩空气储气罐内实际温度，t0为压缩空气储气罐设定温度，ε为温度调节死区；
步骤四、当p1≥p0时，停止压气机；式中，p1为压缩空气罐实际压力，p0为压缩空气罐设计压力；
步骤五、压气机停运10分钟后，全关温降控制阀31、全关高温出口阀 32；
释能阶段：
步骤一、关闭温降控制阀31，关闭高温出口阀32，打开低温出口阀33；
步骤二、打开膨胀机进口阀，压缩空气通过换热器从压缩空气储气罐内进入膨胀机；
步骤三、
当t1≤t0+ε时，逐渐开大温升控制阀34；
当t1≥t0-ε时，逐渐关小温升控制阀34；
式中，t1为压缩空气储气罐内实际温度，t0为压缩空气储气罐设定温度，ε为温度调节死区；
步骤四、当p1≤p0时，停止压气机。式中，p1为压缩空气储气罐实际压力， p0为压缩空气储气罐设计压力；
步骤五、膨胀机机停运10分钟后，全关温升控制阀34、全关低温出口阀 33。
实施例2：如图2所示，一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，包括盐穴，还包括蓄冷罐、蓄热罐，所述蓄冷罐出口与温降控制阀31进口连接，蓄热罐出口与温升控制阀34进口相连，温降控制阀31出口与温升控制阀34出口交汇，并与盐穴的热交换器30进口相连，盐穴的热交换器30出口分为两路，一路与高温出口阀32进口相连，高温出口阀32出口与蓄热罐入口相连；一路与低温出口阀33进口相连，低温出口阀33出口与蓄冷罐入口相连。
所述最左侧压气机排气经换热器后进入盐穴进行储存。
所述最左边的膨胀机设置有排气口，所述膨胀机之间传动轴连接，发电机与最右侧膨胀机传动轴连接；所述压气机之间传动轴连接，最右侧的压气机与电动机传动轴连接。
一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统的控制方法，其包括以下步骤：
储能阶段：
步骤一、关闭温升控制阀34，关闭低温出口阀33，打开高温出口阀32；
步骤二、启动压气机，压气机出来的压缩空气经换热器后进入盐穴；
步骤三、
当t1≥t0+ε时，逐渐开大温降控制阀31；
当t1≤t0-ε时，逐渐关小温降控制阀31；
式中，t1为盐穴内实际温度，t0为盐穴设定温度，ε为温度调节死区；
步骤四、当p1≥p0时，停止压气机；式中，p1为压缩空气罐实际压力，p0为压缩空气罐设计压力；
步骤五、压气机停运10分钟后，全关温降控制阀31、全关高温出口阀 32；
释能阶段：
步骤一、关闭温降控制阀31，关闭高温出口阀32，打开低温出口阀33；
步骤二、打开膨胀机进口阀，压缩空气通过换热器从盐穴内进入膨胀机；
步骤三、
当t1≤t0+ε时，逐渐开大温升控制阀34；
当t1≥t0-ε时，逐渐关小温升控制阀34；
式中，t1为盐穴内实际温度，t0为盐穴设定温度，ε为温度调节死区；
步骤四、当p1≤p0时，停止压气机。式中，p1为盐穴实际压力，p0为盐穴设计压力；
步骤五、膨胀机机停运10分钟后，全关温升控制阀34、全关低温出口阀 33。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，包括压缩空气储气罐，其特征在于：还包括蓄冷罐和蓄热罐，所述蓄冷罐出口与温降控制阀（31）进口连接，蓄热罐出口与温升控制阀（34）进口相连，温降控制阀（31）出口与温升控制阀（34）出口交汇，并与压缩空气储气罐的热交换器（30）进口相连，压缩空气储气罐的热交换器（30）出口分为两路，一路与高温出口阀（32）进口相连，高温出口阀（32）出口与蓄热罐入口相连；一路与低温出口阀（33）进口相连，低温出口阀（33）出口与蓄冷罐入口相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，其特征在于：所述压缩空气储气罐出气口连接到串接的多个膨胀机，最左边的膨胀机设置有排气口，所述膨胀机之间传动轴连接，最右侧的膨胀机与发电机通过传动轴连接；所述压缩空气储气罐进气口串接有多个压气机，压气机之间传动轴连接，最右侧的压气机与电动机的传动轴连接。
3.根据权利要求2所述的一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，其特征在于：相邻压气机之间的连接气路上安装有换热器一，换热器一还连接到蓄冷罐和蓄热罐。
4.根据权利要求2所述的一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，其特征在于：相邻膨胀机之间的连接气路上安装有换热器二，换热器二还连接到蓄冷罐和蓄热罐。
5.根据权利要求1所述的一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，其特征在于：所述蓄冷罐数量大于等于一个。
6.根据权利要求1所述的一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，其特征在于：所述蓄热罐数量大于等于一个。
7.根据权利要求1所述的一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，其特征在于：所述压缩空气储气罐数量大于等于一个。
8.根据权利要求1所述的一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，其特征在于：所述温降控制阀（31）采用手动、电动、气动或液动操纵控制方式；所述温升控制阀（34）采用手动、电动、气动或液动操纵控制方式；所述温降控制阀（31）采用调节阀类型，在任意开度运行和保持；所述温升控制阀（34）采用调节阀类型，在任意开度运行和保持。
9.根据权利要求1所述的一种具有储气罐回热系统的压缩空气储能系统，其特征在于：所述热交换器（30）为板式、管式、热管式换热器类型。
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