CN214660744U - 基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统 - Google Patents

Abstract

一种基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，通过填充床蓄热装置、储液罐和屏蔽泵依次串联形成蓄释热回路，换热器位于蓄释热回路的流式填充床蓄热装置和屏蔽泵之间的蓄释热回路中，换热器靠近流式填充床蓄热装置一侧与压缩机连接，换热器靠近屏蔽泵一侧与高压储气室连接，膨胀机连接于压缩机和换热器之间的管路中，克服了原系统中两个回路完成蓄热和释热使系统投入成本过高的问题，具有结构简单，蓄热和释热共用一个回路，蓄热效率高，结构紧凑，所需辅助及组成设备减少，成本低。

Description

基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统

技术领域

本实用新型属于储能技术领域，涉及一种基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统。

背景技术

压缩空气储能是一种大规模物理储能技术——采用空气作为储能介质，在用电低谷时可将富裕的电通过电能-机械能-分子内能的转化路径实现电能以高压空气的形式大规模物理存储，在用电高峰时通过分子内能-机械能-电能的转化路径，把储存起来的高压空气转化为电能对外输出。压缩空气储能技术具有环境友好、使用寿命长、容量大及操作安全等优点。

压缩空气储能技术目前可以分为补燃式和非补燃式两类。补燃式是始于20世纪70年代，是以燃气发电为基础展开的。该技术路线脱胎于传统的内燃机增压理论，将传统燃气轮机增压膨胀的连续过程进行解耦变为空气增压和透平膨胀两个过程。补燃式储能系统装机功率大，经济性好，以当时的燃气轮机技术水平其循环效率可达42-55%，除去补燃其循环效率只有20%左右。而非补燃式是以独立的高性能压缩空气储能为出发点，以提高针对空气动力循环热效率为基础展开的。该技术路线摒弃与燃气轮机技术的结合，采用专用的空气透平技术体系；并且不依赖化石燃料的补热，通过充分回收压缩热并进行储存，在发电过程中为气体补热升温所用，减少额外热量需求，从而提高系统整体的运行效率。非补燃式压缩空气储能技术装机功率适中，经济性适中，循环效率可达50-65%。

专利CN 105370408 A 、CN 105370408及专利CN 107299891 B 都是采用非补燃方式的压缩空气储能方式，其中CN 105370408 A 虽然提出了紧凑型蓄热系统，但蓄热子系统的蓄热范围较低，采用水作为传热介质和蓄热介质，虽然可以降低出投资成本，但是因为考虑的蓄热温度和释热温度不高，在释能过程中传递给进入透平的空气的热量较低，热电转化的整体效率有待提高。而专利CN 105370408、CN 107299891 B 中是采用高温蓄热子系统，能够在释能过程中使进入透平的空气提高到更高的温度，从而提高系统的热电转化效率，但是该专利中是采用导热油作为传热介质和蓄热介质，而且在储能过程和释能过程中蓄热系统中是两个独立循环回路，初投资成本高昂。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，结构简单，采用填充床蓄热装置、储液罐和屏蔽泵依次串联形成蓄释热回路，换热器位于蓄释热回路的填充床蓄热装置和屏蔽泵之间的蓄释热回路中，换热器靠近填充床蓄热装置一侧与压缩机连接，换热器靠近屏蔽泵一侧与高压储气室连接，膨胀机连接于压缩机和换热器之间的管路中，蓄热和释热共用一个回路，固体蓄热材料和液态传热介质共同完成蓄热和释热，蓄热效率高，结构紧凑，所需辅助及组成设备减少，成本低。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，它包括压缩机、换热器、填充床蓄热装置、储液罐、屏蔽泵、高压储气室；所述填充床蓄热装置、储液罐和屏蔽泵依次串联形成蓄释热回路，换热器位于蓄释热回路的填充床蓄热装置和屏蔽泵之间的蓄释热回路中，换热器靠近填充床蓄热装置一侧与压缩机连接，换热器靠近屏蔽泵一侧与高压储气室连接。

所述填充床蓄热装置内部为固体蓄热材料。

所述填充床蓄热装置为喷淋式或分流式填充床。

所述蓄释热回路中设置稳压系统，填充床蓄热装置位于稳压系统和储液罐之间。

所述稳压系统包括稳压管路中依次连接的稳压装置和气体流量调节阀，体流量调节阀一端与蓄释热回路连接。

所述蓄释热回路中设置膨胀槽，膨胀槽位于填充床蓄热装置和换热器之间与蓄释热回路连接。

所述填充床蓄热装置内填充固体蓄热材料；储液罐内储存液态传热介。

所述压缩机和换热器之间的管路中设置三通换向阀，膨胀机与三通换向阀连接。

所述填充床蓄热装置内部的采用单元格通道与喷淋头、多孔板、或两者的组合体，单元格通道内外设置固体蓄热材料。

本实用新型同时把原蓄热系统中在储能蓄热阶段的循环回路和释能发电时释热阶段的循环回路有效的优化为一个循环回路，在同样满足性能需求的前提下，大大缩减了蓄热的复杂性，增加了可操作性的同时进一步降低系统的初投资。

本实用新型将喷淋和分流结合高效换热技术与蓄释热回路相结合，进一步提高填充床的储热释热效率，进一步提高压缩空气储能系统的整体效率。

本实用新型中蓄热采用喷淋结合分流方式蓄热，填充床内部装有蓄热材料，传热介质采用具有流动性好、导热性能强、高比热容的液态介质，蓄热材料采用单位体积蓄热密度大、价格低廉的蓄热球、石子材料。

填充床内部上端设制喷淋装置，喷淋装置下端设置分流装置，均匀的把液态传热介质喷射后再分流至蓄热材料上面，液态传热介质在重力的作用下，自上而下渗流入蓄热介质中，并在此过程中与蓄热介质进行热交换。

在填充床内部采用正排列式或交错排列式的单元格通道，当传热流体流入填充床内部通过单元格通道时，提高填充床内部传热流体的分布均匀性，从而提高传热流体与填充床内部蓄热介质之间的热交换强度与均匀性，提升填充床蓄热装置的蓄热效率。

相比传统双罐或单罐导热油蓄热系统，成本可降低70%以上，相比液体传热介质全部充满填充床而言，本技术可以节省20%的传热介质用量，进一步降低了出投资成本。

工作温度范围为常温至400℃，压力范围为常压至10MPa，具有宽工作温度、宽工作压力、结构紧凑、热效率高、性能稳定、成本低、寿命长、操作简单并安全可靠的优点。特别适用于可再生能源中作为核心储能技术方案的一种大规模物理储能技术。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型另一种的结构示意图。

图3为本实用新型另一种的结构示意图。

图4为本实用新型另一种的结构示意图。

图5为本实用新型另一种的结构示意图。

图6为本实用新型填充床蓄热装置的结构示意图。

图中：压缩机101，换热器102，稳压系统103，膨胀槽104，组合体105，填充床蓄热装置106，固体蓄热材料107，储液罐108，屏蔽泵109，高压储气室110，膨胀机111，三通换向阀112。

具体实施方式

如图1~图6中，一种基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：它包括压缩机101、换热器102、填充床蓄热装置106、储液罐108、屏蔽泵109、高压储气室110；所述填充床蓄热装置106、储液罐108和屏蔽泵109依次串联形成蓄释热回路，换热器102位于蓄释热回路的填充床蓄热装置106和屏蔽泵109之间的蓄释热回路中，换热器102靠近填充床蓄热装置106一侧与压缩机101连接，换热器102靠近屏蔽泵109一侧与高压储气室110连接。该系统具备蓄热和释热共用一个回路，固体蓄热材料和液态传热介质共同完成蓄热和释热，结构紧凑，所需辅助及组成设备减少，成本低。

优选的方案中，所述填充床蓄热装置106内部为固体蓄热材料。

优选的方案中，所述填充床蓄热装置106为喷淋式或分流式填充床。

优选的方案中，所述蓄释热回路中设置稳压系统103，填充床蓄热装置106位于稳压系统103和储液罐108之间。结构简单，使用时，蓄释热回路按顺时针方向循环流动蓄热和释热。

优选的方案中，所述稳压系统103包括稳压管路中依次连接的稳压装置和气体流量调节阀，体流量调节阀一端与蓄释热回路连接。结构简单，在液态传热介质注入填充床蓄热装置106前，打开气体流量调节阀，将释热回路中的空气排尽，再调节气体流量调节阀大小，设定稳压装置的压力值。

优选地，稳压系统中的稳压气体为空气、氮气、氦气或氩气。

优选的方案中，所述蓄释热回路中设置膨胀槽104，膨胀槽104位于填充床蓄热装置106和换热器102之间与蓄释热回路连接。结构简单，膨胀槽104用于向释热回路注入液态传热介质，且防止在液态传热介质温度上升过程中体积膨胀对管道带来影响。

优选的方案中，所述填充床蓄热装置106内填充固体蓄热材料107；储液罐108内储存液态传热介。填充床蓄热装置106内填充固体蓄热材料，固体蓄热材料为颗粒状或多孔状的岩石、矿石、矿渣、混凝土、耐火砖、陶瓷球或金属，具有导热性能高、单位体积蓄热密度大、成本低的特点。

优选地，蓄热温度为室温至400℃，工作压力为常压至10Mpa。

优选的方案中，所述压缩机101和换热器102之间的管路中设置三通换向阀112，膨胀机111与三通换向阀112连接。使用时，从高压储气室110排出的高温低压空气经过换热器102加热后形成高温高压空气进入膨胀机111，驱动膨胀机111做功。

优选地，高压储气室110与换热器102连接，压缩机101和膨胀机111位于压缩机101两侧与换热器102连接，高压储气室110出口端设置电磁阀，由电磁阀控制高压储气室110储气和排气。

优选地，两组串联的压缩机101和膨胀机111分别与两组换热器102连接。

优选地，高压储气室110的数量为多个，与其中任一个换热器102连接。

优选地，填充床蓄热装置106的数量为两组，并联后与蓄释热回路串联。

优选的方案中，所述填充床蓄热装置106内部的采用单元格通道与喷淋头、多孔板、或两者的组合体105，单元格通道内外设置固体蓄热材料107。

优选地，填充床蓄热装置，填充床内部采用固体蓄热材料，提高换热效率并减少传热介质的用量，同时填充床内部采用正排列式或交错排列式的单元格通道，当传热流体流入填充床内部通过单元格通道时，可以提高填充床内部传热流体的分布均匀性，从而提高传热流体与填充床内部蓄热介质之间的热交换强度与均匀性，提升填充床蓄热装置的蓄热效率。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：它包括压缩机（101）、换热器（102）、填充床蓄热装置（106）、储液罐（108）、屏蔽泵（109）、高压储气室（110）；所述填充床蓄热装置（106）、储液罐（108）和屏蔽泵（109）依次串联形成蓄释热回路，换热器（102）位于蓄释热回路的填充床蓄热装置（106）和屏蔽泵（109）之间的蓄释热回路中，换热器（102）靠近填充床蓄热装置（106）一侧与压缩机（101）连接，换热器（102）靠近屏蔽泵（109）一侧与高压储气室（110）连接。

2.根据权利要求1所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述填充床蓄热装置（106）内部为固体蓄热材料。

3.根据权利要求1所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述填充床蓄热装置（106）为喷淋式或分流式填充床。

4.根据权利要求1所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述蓄释热回路中设置稳压系统（103），填充床蓄热装置（106）位于稳压系统（103）和储液罐（108）之间。

5.根据权利要求4所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述稳压系统（103）包括稳压管路中依次连接的稳压装置和气体流量调节阀，气体流量调节阀一端与蓄释热回路连接。

6.根据权利要求1所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述蓄释热回路中设置膨胀槽（104），膨胀槽（104）位于填充床蓄热装置（106）和换热器（102）之间与蓄释热回路连接。

7.根据权利要求1所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述填充床蓄热装置（106）内填充固体蓄热材料（107）；储液罐（108）内储存液态传热介。

8.根据权利要求1所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述压缩机（101）和换热器（102）之间的管路中设置三通换向阀（112），膨胀机（111）与三通换向阀（112）连接。

9.根据权利要求3所述的基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统，其特征是：所述填充床蓄热装置（106）内部的采用单元格通道与喷淋头、多孔板、或两者的组合体（105），单元格通道内外设置固体蓄热材料（107）。

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