CN216381532U - 一种压缩空气储能系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种压缩空气储能系统，由压缩机、膨胀机、储气装置、地面储水池、循环换热储热系统组成，与常规压缩空气储能系统相比，本实用新型所述的储气压缩空气储能系统的储气室，压缩机和膨胀机的工作状态稳定，可提高效率和储气装置中压缩空气的储能密度，减小储气装置的体积；在相同储能量的条件下，储气压缩空气储能系统的储气装置体积仅为常规压缩空气储能系统的15％左右。储气压缩空气储能系统具有大容量、低成本、长寿命、高效率、安全性强、调节速度快、对环境影响小的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于储能技术领域，具体涉及一种压缩空气储能系统。
背景技术
近年来，风电、光伏发电等新能源发电装机容量迅猛增长。部分地区新能源的装机规模远远超过了当地的消纳能力，造成弃风和弃光问题严重。大型能源基地中的风电、光伏发电等新能源存在间歇性、波动性的问题，造成电网调节、抗干扰能力不断下降，给新能源的消纳上网及电网的稳定运行带来一系列的重大挑战。近年来储能技术得到大力发展，储能技术可用来解决常规电力负荷率低、新能源发电间歇性和波动性、部分电厂调峰能力低等问题，从而保证电网稳定运行、提高新能源的利用比例、起到调峰调频、削峰填谷的作用。
压缩空气储能的原理是：在储能时，压缩机消耗电能将空气压缩并储存在高压储气装置中；释能时，释放储气装置中的高压空气，进入燃烧室利用燃料燃烧加热升温后，驱动膨胀机发电。压缩空气储能系统的优点是：装机容量大(100MW以上)、建设和运行成本低、运行时间长 (30～50年)、储能周期不受限制、能量密度高；主要缺点是需要大型地下储气装置、储气体积大、应用场景受限、且传统压缩空气储能系统的储能效率较低。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种储气的压缩空气储能系统，该系统可显著提高压缩空气储能的能量密度，减小储气装置的体积。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种压缩空气储能系统，包括压缩机、膨胀机、循环换热储热系统、储气装置和地面储水池，其中所述压缩机的高压气体出口连接储气装置，储气装置的出水口连接地面储水池的进水口；所述膨胀机的高压气体进口与储气装置的出气口连接，所述压缩机和膨胀机之间设置有循环换热储热系统。
进一步的，所述压缩机为多级压缩机，每级压缩机均与电动机连接，所述电动机用于驱动压缩机将空气压缩为高压空气。
进一步的，所述膨胀机为多级膨胀机，每级膨胀机均与发电机连接，所述发电机用于将压缩空气膨胀释放的能量转化为电能。
进一步的，所述循环换热储热系统包括低温储热罐、高温储热罐、换热器和加热器；所述每级压缩机和每级膨胀机之间均设置有循环换热储热系统。
进一步的，所述换热器的进口连接低温储热罐的出口，所述换热器的出口连接高温储热罐的进口；所述加热器的进口连接高温储热罐的出口，所述加热器的出口连接低温储热罐的进口；所述第一换热器用于回收压缩机的压缩热，所述第二换热器用于加热压缩空气，所述低温储热罐用于储存温度较低的储热介质，所述高温储热罐用于储存温度较高的储热介质。
进一步的，所述储热介质根据压缩机出口压缩空气的温度进行选择，所述储热介质包括压水、加压水、导热油、熔盐中任一种。
进一步的，所述压缩机出气口和通过第一阀门连接压缩空气管路，所述膨胀机进气口通过第二阀门连接压缩空气管路，所述第一阀门用于控制高压空气进入储气装置，所述第二阀门用于控制高压空气输出储气装置。
进一步的，所述压缩空气管路的下端与储气装置的顶部连接，所述压缩空气管路用于将压缩空气输送至储气装置中。
所述储气装置通过底部设置水管与地面储水池连接，所述水管用于储气装置与地面储水池进行水的交换；所述储气装置中的压力由地面储水池水面和储气装置中水面间的高度差决定。
所述储气装置为废弃的矿洞、盐穴或其他洞穴。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果，本实用新型提供一种压缩空气储能系统，相较于传统恒容的压缩空气储能系统，本实用新型的压缩空气储能系统在储电和发电时，压缩空气的压力保持不变。在发电时可提高单位质量压缩空气的发电量约5.5倍，在相同发电量的条件下，本实用新型提出的压缩空气储能系统的储气装置容积有效降低，为常规压缩空气储能电站的15％左右；由于减小了储气室的容积，因此本实用新型提出的压缩空气储能系统可灵活布置，受地形限制较小，并且本实用新型的储气装置中，膨胀机效率高、储气室压缩空气的储能密度远高于传统恒容的压缩空气储能系统，在本实用新型的实施例中，做了6.5倍左右。
进一步的，本实用新型的压缩空气储能系统具有大容量(可>100MW)、低成本(单位千瓦造价可<6000元/kW，单位容量造价可<2000元/kWh)、长寿命(使用寿命可达30～50年)、高效率(系统效率可>65％)等优点。
进一步的，本实用新型还设置有循环换热储热系统，充分利用了压缩机压缩空气产生的压缩热，在储能时将温度较低的储热介质加热成温度较高的储热介质并储存起来；释能时，利用储存的温度较高的储热介质加热进入膨胀机的压缩空气，温度较高的储热介质温度降低储存在低温储热罐中，进一步提高了能量的利用率。
附图说明
图1是本实用新型压缩空气储能系统组成示意图。
附图中：1为压缩机，2为膨胀机；3为低温储热罐；4为高温储热罐；5为换热器；6为压缩空气管路；7为储气装置；8为地面储水池；9为水管；10为电动机；11为发电机；12为加热器；13为第一阀门；14为第二阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型的压缩空气储能系统，如图1所示，本实用新型提供一种压缩空气储能系统，其中压缩机1的高压气体出口通过压缩空气管路6连接储气装置7，压缩空气管路6的下端与储气装置7的顶部连接；储气装置7的出水口通过水管9连接地面储水池8的进水口；膨胀机2的高压气体进口通过压缩空气管路6储气装置7的出气口连接，压缩机1和膨胀机2 之间设置有循环换热储热系统。
优选的，压缩机1出气口和通过第一阀门连接压缩空气管路6，膨胀机2进气口通过第二阀门连接压缩空气管路6，压缩空气进入和输出储气装置7均通过压缩空气管路6，储能时第一阀门开启，第二阀门关闭，高压空气通入储气装置7储存；释能时，第二阀门开启，第一阀门关闭，高压空气输出储气装置7进入膨胀机2。
优选的，储气装置7通过底部设置水管9与地面储水池8连接，储气装置7与地面储水池 8进行水的交换。
优选的，压缩机1为多级压缩机，每级压缩机1均与电动机连接，电动机用于驱动压缩机 1将空气压缩为高压空气。膨胀机2为多级膨胀机，每级膨胀机2均与发电机11连接，发电机11用于将压缩空气膨胀释放的能量转化为电能。
优选的，每级压缩机1后均配置回收压缩热的换热器5；每级膨胀机前均配置加热压缩空气的加热器12。
优选的，循环储热换热系统包括低温储热罐3、高温储热罐4、换热器5和加热器12；其中换热器5的进口连接低温储热罐3的出口，换热器5的出口连接高温储热罐4的进口；加热器的进口连接高温储热罐4的出口，加热器的出口连接低温储热罐3的进口，低温储热罐3用于储存温度较低的储热介质，高温储热罐4用于储存温度较高的储热介质。
优选的，储能时，第一换热器5利用压缩机1的压缩热加热低温储热罐3中的低温储热介质，低温储热介质吸收热量温度升高并进入高温储热罐4中储存；释能时，高温储热罐4中的高温储热介质输入加热器12中，在加热器12中利用高温储热介质对储气装置7中输出的高压空气进行加热，高温储热介质释放热量并进入低温储热罐3中储存
优选的，储热介质根据压缩机1出口压缩空气的温度进行选择，储热介质包括压水、加压水、导热油、熔盐中任一种。
优选的，储气装置7为废弃的矿洞、盐穴或其他洞穴，为提高储气装置7中的储气压力，可选择深度较深的洞穴。
本实用新型得到的储能系统在储能时，采用多级压缩机压缩空气，级间冷却回收压缩热，回收的压缩热储存在循环换热储热系统中，经过压缩的高压空气储存在储气装置中，同时将储气装置7中的水压到地面储水池8中；在释能时，地面储水池8中的水进入储气装置7，储气装置7中的高压空气经循环换热储热系统加热后进入多级膨胀机发电，每级膨胀机2入口均配置加热器12，出口的空气进入大气。
进一步的，储气装置7与地面储水池8通过水的交换，在储能时，经压缩机1压缩后的高压空气进入储气装置7，将储气装置7底部的水压入地面储水池8，压入地面储水池8中水的体积与进入储气装置7的压缩空气的体积相等，保证储气装置7中；释能时，放出储气装置7 中的压缩空气，地面储水池8中的水进入储气装置7，进入储气装置7水的体积与放出的压缩空气的体积相等，同样保存储气装置7中压缩空气的。
本实用新型提供的一种压缩空气储能系统，在储能时，电动机10驱动压缩机1压缩空气，多级压缩机串联，逐步提高压缩空气的压力；在每级压缩机1的出口连接有换热器5，经冷却后的压缩空气进入下一级压缩机，最后一级压缩机1出口的压缩空气经换热器5冷却后通过压缩空气管路6进入储气装置7；储气装置7中底部的水在压缩空气压力的作用下通过水管9进入地面储水池8。
在释能时，储气装置7中的压缩空气通过压缩空气管路6进入换热器5，在换热器5中被储热介质加热，加热后的压缩空气进入膨胀机2膨胀做功，驱动发电机11，对外输出电能。多级膨胀机串联，逐步膨胀，在每级膨胀机的入口均配置换热器5，加热进入膨胀机的压缩空气。随着储气装置7中压缩空气的释放，地面储水池8中的水在重力作用下，通过水管9进入储气装置7的底部。
需要说明的是，以上仅为本实用新型实施方式的一部分，根据本实用新型所描述的系统所做的等效变化，均包括在本实用新型的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种压缩空气储能系统，其特征在于，包括压缩机(1)、膨胀机(2)、循环换热储热系统、储气装置(7)和地面储水池(8)，其中所述压缩机(1)的高压气体出口连接储气装置(7)，储气装置(7)的出水口连接地面储水池(8)的进水口；所述膨胀机(2)的高压气体进口与储气装置(7)的出气口连接，所述压缩机(1)和膨胀机(2)之间设置有循环换热储热系统。
2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩机(1)为多级压缩机，每级压缩机(1)均与电动机连接，所述电动机用于驱动压缩机(1)将空气压缩为高压空气。
3.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述膨胀机(2)为多级膨胀机，每级膨胀机(2)均与发电机(11)连接，所述发电机(11)用于将压缩空气膨胀释放的能量转化为电能。
4.根据权利要求2所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述循环换热储热系统包括低温储热罐(3)、高温储热罐(4)、换热器(5)和加热器；所述每级压缩机(1)和每级膨胀机(2)之间均设置有循环换热储热系统。
5.根据权利要求4所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述换热器(5)的进口连接低温储热罐(3)的出口，所述换热器(5)的出口连接高温储热罐(4)的进口；所述加热器的进口连接高温储热罐(4)的出口，所述加热器的出口连接低温储热罐(3)的进口；第一换热器(5)用于回收压缩机(1)的压缩热，第二换热器用于加热压缩空气，所述低温储热罐(3)用于储存温度较低的储热介质，所述高温储热罐(4)用于储存温度较高的储热介质。
6.根据权利要求5所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述储热介质根据压缩机(1)出口压缩空气的温度进行选择，所述储热介质包括压水、加压水、导热油、熔盐中任一种。
7.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩机(1)出气口和通过第一阀门连接压缩空气管路(6)，所述膨胀机(2)进气口通过第二阀门连接压缩空气管路(6)，所述第一阀门用于控制高压空气进入储气装置(7)，所述第二阀门用于控制高压空气输出储气装置(7)。
8.根据权利要求7所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩空气管路(6)的下端与储气装置(7)的顶部连接，所述压缩空气管路(6)用于将压缩空气输送至储气装置中。
9.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述储气装置(7)通过底部设置水管(9)与地面储水池(8)连接，所述水管(9)用于储气装置(7)与地面储水池(8)进行水的交换；所述储气装置(7)中的压力由地面储水池(8)水面和储气装置(7)中水面间的高度差决定。
10.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述储气装置(7)为废弃的矿洞或盐穴。
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