CN217462275U - 一种能量回收机组恒压储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能量回收机组恒压储能系统，换热器的壳程的一端与导热油储罐相连，换热器的壳程的另一端与蓄热器相连；换热器的管程的一端为分气端，管程的另一端为集气端；压缩机上设置有压缩机进气管路和压缩机出气管路，压缩机出气管路通过第一阀门与换热器的管程的分气端相连；透平膨胀机上设置有透平膨胀机进气管路和透平膨胀机出气管路，透平膨胀机进气管路通过第二阀门与换热器的管程的分气端相连；换热器的管程的集气端通过储气/释气管路与隔膜式恒压储能装置的进出气接口法兰。本实用新型的系统的压缩空气储存及释放过程保持恒定压力，采用隔膜式恒压变体积储能模式，保证了能量存储及释放过程中的压力稳定。

Description

一种能量回收机组恒压储能系统

技术领域

本实用新型属于储能技术技术领域，涉及能量回收机组，具体涉及一种能量回收机组恒压储能系统。

背景技术

减碳降碳，节能减排，进行能源结构调整已经成为未来能源行业发展的主趋势。利用太阳能、风能、地热能等可再生能源替代化石燃料，也成为破解未来能源问题、实现双碳目标的关键手段。

但是太阳能、风能等新能源具有很大的随机性、间歇性，同时目前电网系统的调节能力较差，因此间歇性的新能源大规模接入，将会对电网产生较大的冲击，影响电网的稳定性，进而会引发一系列的问题。储能技术因其具有削峰填谷、吸纳不稳定新能源电力、维持电网稳定等特点，为可再生能源大规模推广提供有效途径，已经成为解决上述问题，及实现双碳目标的关键技术，得到了越来越快的发展。

储能技术较多，包括机械储能(抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能)、化学储能(锂离子电池、铅酸电池)等，但是用于大规模储能的目前主要为抽水蓄能及压缩空气储能。压缩空气储能由于储能介质来源充分，投资可行性高，地域限制性低等特点在大规模储能领域发展迅速。

现有压缩空气储能技术普遍存在如下的一些问题：

第一，压力波动大：目前的压缩空气储能装置多为定容积变压力装置，在储能的时候，压力会随着储存气量的增加而逐渐增加，而在释放能量的时候，压力又会随着气量的减少而逐渐减小，无法保证恒定的储气压力，进一步会影响到后续的释能发电过程；

第二，能量损耗高：压缩空气储存过程中，随着气体压力的增高，会产生大量的压缩热，同时在压缩空气释放做功的过程中，又需要通过燃机燃烧等过程补充热量和压力，储存和释放过程中均有大量的能量损耗；

第三，系统稳定性差：由于现有储能系统压力不恒定的原因，在压缩空气储存过程中，会由于储存气量的增加压力的不断升高，导致能量回收机组的功耗提高；而在释能的过程中，管道中气体的流速及流量也会随着压力的降低而逐渐减小，影响系统稳定运行。

第四，系统复杂：现有系统有采用绝热压缩的方法，但是其热量储存释放系统及压缩空气储存释放系统配置复杂，系统造价高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种能量回收机组恒压储能系统，以解决现有技术中储能系统的压力波动大的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种能量回收机组恒压储能系统，包括电动/发电机，电动/发电机通过压缩机和透平膨胀机提供动力；还包括换热器，所述的换热器的壳程的一端与导热油储罐相连，换热器的壳程的另一端与蓄热器相连；所述的换热器的管程的一端为分气端，管程的另一端为集气端；

所述的压缩机上设置有压缩机进气管路和压缩机出气管路，压缩机出气管路通过第一阀门与换热器的管程的分气端相连；

所述的透平膨胀机上设置有透平膨胀机进气管路和透平膨胀机出气管路，透平膨胀机进气管路通过第二阀门与换热器的管程的分气端相连；

所述的换热器的管程的集气端通过储气/释气管路与隔膜式恒压储能装置的进出气接口法兰；

所述的隔膜式恒压储能装置包括储能罐体，所述的储能罐体靠近底部的内壁上密封卡装有隔膜气袋开放的底部，隔膜气袋的顶部封闭，隔膜气袋与储能罐体的底部形成一个封闭的腔体；所述的储能罐体靠近底部的侧壁上设置有进出气接口法兰，进出气接口法兰与隔膜气袋相连通；

所述的隔膜气袋上部的储能罐体内设置有浮板，浮板上设置有配重块，隔膜气袋在膨胀和收缩的过程中能够使得浮板在储能罐体内上下移动；

所述的储能罐体内的侧壁上位于隔膜气袋开放的底部上方的位置设置有用于限制浮板下限行程位置的限位凸环；

所述的储能罐体的顶部设置有可拆卸的封头，所述的封头上设置有上部通气接口法兰。

本实用新型还具有如下技术特征：

所述的电动/发电机的电能输入端与光伏供电线路和风力供电线路相连，所述的电动/发电机的电能输出端与电网线路相连。

所述的压缩机与电动/发电机的一端之间通过第一离合器或变速离合器相连，电动/发电机的另一端与透平膨胀机之间通过第二离合器或变速离合器相连。

所述的压缩机为一个或两个及以上串联，所述的透平膨胀机为一个或两个及以上串联。

所述的隔膜式恒压储能装置为一个或两个及以上并联，每个隔膜式恒压储能装置均带有一个第三阀门独立控制，实现梯级储能。

所述的储能罐体靠近底部的内壁上沿着周向开设有一圈卡槽，卡槽内卡装有卡环，通过卡槽和卡环的配合将隔膜气袋开放的底部密封卡装在卡槽内。

所述的浮板的侧壁上设置有与储能罐体密封接触的密封圈。

所述的储能罐体和封头外还设置有保温层。

所述的封头上还设置有传感器接管，传感器接管内安装有位置传感器。

所述的封头上还设置有封头吊耳。

所述的浮板的顶面上开设有用于放置配重块的配重块安装定位凹腔。

所述的浮板的顶面上还设置有浮板吊耳。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本实用新型的系统的压缩空气储存及释放过程保持恒定压力，采用隔膜式恒压变体积储能模式，保证了能量存储及释放过程中的压力稳定。

(Ⅱ)本实用新型的系统能够减少储能过程中的气体损失，采用气袋及浮板密封，保证了储能过程中气体的密闭性，减少压缩空气的损失。

(Ⅲ)本实用新型的系统能够起到稳定系统和提高效率的作用，整个储能及释能过程中，气体压力和流量保持恒定，同时能够最大限度的恒定释放所储的能量，整体系统运行效率较高。

(Ⅳ)本实用新型的系统通过系统管路设计，使得压缩空气储存、释放及换热过程管路合并，采用同一套换热设备，简化系统结构。

附图说明

图1为能量回收机组恒压储能系统的整体示意图。

图2为隔膜式恒压储能装置的全剖结构示意图。

图3为隔膜式恒压储能装置的半剖结构示意图。

图4为图3中A处的局部放大结构示意图。

图5为图3中B处的局部放大结构示意图。

图6为浮板的结构示意图。

图7为配重块的结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-电动/发电机，2-压缩机，3-透平膨胀机，4-换热器，5-导热油储罐，6-蓄热器，7-压缩机进气管路，8-压缩机出气管路，9-第一阀门，10-透平膨胀机进气管路，11-透平膨胀机出气管路，12-第二阀门，13-储气/释气管路，14-隔膜式恒压储能装置，15-光伏供电线路，16-风力供电线路，17-电网线路，18-第一离合器或变速离合器，19-第二离合器或变速离合器，20-第三阀门。

401-分气端，402-集气端；

1401-储能罐体，1402-隔膜气袋，1403-进出气接口法兰，1404-浮板，1405-配重块，1406-限位凸环，1407-封头，1408-上部通气接口法兰，1409-卡槽，1410-卡环，1411-密封圈，1412-保温层，1413-传感器接管，1414-位置传感器，1415-封头吊耳，1416-配重块安装定位凹腔，1417-浮板吊耳。

以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是，本实用新型中的所有设备和零部件，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的设备和零部件。例如电动/发电机、换热器、蓄热器、变速离合器和隔膜气袋均采用已知的设备。

本实用新型中，能量回收机组指的是电动/发电机1、压缩机2和透平膨胀机3组成的三机组。

遵从上述技术方案，以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例：

本实施例给出一种能量回收机组恒压储能系统，如图1所示，包括电动/发电机1，电动/发电机1通过压缩机2和透平膨胀机3提供动力；还包括换热器4，换热器4的壳程的一端与导热油储罐5相连，换热器4的壳程的另一端与蓄热器6相连；换热器4的管程的一端为分气端401，管程的另一端为集气端402。

压缩机2上设置有压缩机进气管路7和压缩机出气管路8，压缩机出气管路8通过第一阀门9与换热器4的管程的分气端401相连。

透平膨胀机3上设置有透平膨胀机进气管路10和透平膨胀机出气管路11，透平膨胀机进气管路10通过第二阀门12与换热器4的管程的分气端401相连；

换热器4的管程的集气端402通过储气/释气管路13与隔膜式恒压储能装置14的进出气接口法兰1403。

隔膜式恒压储能装置14，如图2至图7所示，包括储能罐体1401，储能罐体1401靠近底部的内壁上密封卡装有隔膜气袋1402开放的底部，隔膜气袋1402的顶部封闭，隔膜气袋1402与储能罐体1401的底部形成一个封闭的腔体；储能罐体1401靠近底部的侧壁上设置有进出气接口法兰1403，进出气接口法兰1403与隔膜气袋1402相连通。

隔膜气袋1402上部的储能罐体1401内设置有浮板1404，浮板1404上设置有配重块1405，隔膜气袋1402在膨胀和收缩的过程中能够使得浮板1404在储能罐体1401内上下移动。

储能罐体1401内的侧壁上位于隔膜气袋1402开放的底部上方的位置设置有用于限制浮板1404下限行程位置的限位凸环1406。

储能罐体1401的顶部设置有可拆卸的封头1407，封头1407上设置有上部通气接口法兰1408。

本实施例中电动/发电机1采用已知的具有电动机和发电机两种功能为一体的电动/发电机。

隔膜气袋1402用于储存压缩空气，根据压缩空气储量情况，在储能罐体1401内部发生体积膨胀。

进出气接口法兰1403用于为压缩空气提供存入和释放出储能罐体1401的通道接口。

浮板1404可以在储能罐体1401内上下浮动，以达到改变储能罐体1401内部储存空间的效果。

配重块1405放置于浮板1404上，根据需要储存的压缩空气压力，确定对应的配重块1405的数量。

限位凸环1406用于压缩空气释放完后，限制浮板1404向下移动的最低位置，并将浮板1404支撑于该位置。该位置一般设置高度大于进出气接口法兰1403及卡槽1409的高度，以便压缩空气进入及在未充气时为隔膜气袋1402提供储存空间。

封头1407用于罐体内部设备安装完成后，和储能罐体1401组合成为一个完整的储存空间。

上部通气接口法兰1408通过管路和外部空间联通，用于为浮板1404以上提供一个常压空间。

作为本实施例的一种优选方案，储能罐体1401靠近底部的内壁上沿着周向开设有一圈卡槽1409，卡槽1409内卡装有卡环1410，通过卡槽1409和卡环1410的配合将隔膜气袋1402开放的底部密封卡装在卡槽1409内。

作为本实施例的一种优选方案，浮板1404的侧壁上设置有与储能罐体1401密封接触的密封圈1411。密封圈1411用于保障浮板1404在储能罐体1401内上下浮动的同时起到密封作用，进一步阻止压缩空气进入浮板1404的上部空间。

作为本实施例的一种优选方案，储能罐体1401和封头1407外还设置有保温层1412。保温层1412的温度调控能够更好地满足压缩空气储存的要求。

作为本实施例的一种优选方案，封头1407上还设置有传感器接管1413，传感器接管1413内安装有位置传感器1414。位置传感器1414用于检查浮板1404的相对上升位置。

作为本实施例的一种优选方案，封头1407上还设置有封头吊耳1415。封头吊耳1415用于内部装置安装完成后，吊装并安装封头1407使用。

作为本实施例的一种优选方案，浮板1404的顶面上开设有用于放置配重块1405的配重块安装定位凹腔1416。配重块安装定位凹腔1416用于放置配重块1405并固定其在浮板1404上的位置。

作为本实施例的一种优选方案，浮板1404的顶面上还设置有浮板吊耳1417。浮板吊耳1417用于吊装浮板1404。

作为本实施例的一种优选方案，电动/发电机1的电能输入端与光伏供电线路15和风力供电线路16相连，电动/发电机1的电能输出端与电网线路17相连。光伏供电线路15和风力供电线路16分别用于输入对应的太阳能和风能可再生能源。

作为本实施例的一种优选方案，压缩机2与电动/发电机1的一端之间通过第一离合器或变速离合器18相连，电动/发电机1的另一端与透平膨胀机3之间通过第二离合器或变速离合器19相连。本实施例更优选的第一离合器或变速离合器18和第二离合器或变速离合器19均采用离合器。

作为本实施例的一种优选方案，压缩机2为一个或两个及以上串联，透平膨胀机3为一个或两个及以上串联。本实施例更优选的，压缩机2为一个或两个串联工作，透平膨胀机3为一个或两个串联工作。

作为本实施例的一种优选方案，隔膜式恒压储能装置14为一个或两个及以上并联，每个隔膜式恒压储能装置14均带有一个第三阀门20独立控制，实现梯级储能。本实施例更优选的，隔膜式恒压储能装置14为一个或三个并联独立工作。

本实用新型的能量回收机组恒压储能系统的运行过程说明如下：

储能过程：

在太阳能、风能等可再生能源充足时段，由光伏供电线路15和风力供电线路16将可再生能源电力输送到系统中，驱动电动/发电机1转动。此时第一离合器或变速离合器18为啮合状态，第二离合器或变速离合器19为分开状态。电动/发电机1带动压缩机2工作。空气由压缩机进气管路7进入压缩机2后被压缩到设计压力。此时系统管路中第一阀门9处于开启状态，而第二阀门12处于关闭状态。经过绝热压缩后的空气呈现高温高压状态，首先进入换热器4中进行换热。

高温高压的压缩空气通过分气端401被分配到换热器4内部的管程中，与壳程中来自导热油储罐5中的低温导热油发生换热后变为低温高压的空气，由储气/释气管路13输送到隔膜式恒压储能装置14中。在换热器4中吸收热量后温度升高的导热油则进入蓄热器6中储存，同时低温的导热油由导热油储罐5中补充进换热器4中继续换热，为压缩空气降温。

经过换热后的压缩空气通过储气/释气管路13由进出气接口法兰1403进入隔膜式恒压储能装置14内部的隔膜气袋1402中，随着储能罐体1401中的压缩空气量的增加，隔膜气袋1402的体积开始膨胀，并对储能罐体1401中的浮板1404产生作用力，当作用在浮板1404上压力与浮板1404及其上的配重块1405重力相平衡时，便会随着气量的增加，推动浮板1404向上移动。随着浮板1404的移动，储能罐体1401下部储存的压缩空气体积以恒定压力增加，而储能罐体1401上部的空间会逐渐减小。由于封头1407上部设置有上部通气接口法兰1408，使上部空间能够一直保持常压，而不会对浮板1404产生反作用的压力，实现储能罐体1401内气体的变体积恒压存储的目的。当压缩空气储量达到储能罐体1401的最大容量时，即浮板1404上升到最大允许高度，此时位置传感器1414检测到浮板1404到达该位置后，控制压缩机2停止供气，第三阀门20关闭，完成压缩空气储能过程。

释能过程：

在太阳能、风能等可再生能源不足时段，需要释能时，打开第三阀门20，储能罐体1401内存储的具有一定压力的压缩空气，由进出气接口法兰1403排出储能罐体1401，随着储能罐体1401中的压缩空气的排出，隔膜气袋1402在浮板1404及配重块1405的挤压下体积收缩，保证隔膜气袋1402中的气体压力恒定。随着压缩空气的排出，浮板1404向下移动，储能罐体1401上部空间增加，而下部空间保持恒压减小。当浮板1404下降到与限位凸环1406接触时，停止下降，达到最大释能量，压缩空气被完全排出。

从储能罐体1401中排出的压缩空气通过储气/释气管路13首先经集气端402进入进入换热器4的管程中，同时来自蓄热器6中的高温导热油进入换热器4的壳程中，为压缩空气增温。经过热交换后温度降低的导热油再次回到导热油储罐5中储存。

此时系统管路中的第二阀门12处于开启状态，而第一阀门9处于关闭状态，经过换热器后的高温高压压缩空气由透平膨胀机进气管路10进入透平膨胀机3，推动透平膨胀机3转动。此时的第二离合器或变速离合器19为啮合状态，而第一离合器或变速离合器18为分开状态。转动的透平膨胀机3带动发电机2发电，并通过电网线路输入到电网中，对电网进行补充和调节。经过膨胀做功后的压缩空气压力温度降低，由透平膨胀机出气管路11排出，完成释能过程。

Claims (10)

1.一种能量回收机组恒压储能系统，包括电动/发电机(1)，电动/发电机(1)通过压缩机(2)和透平膨胀机(3)提供动力；其特征在于，还包括换热器(4)，所述的换热器(4)的壳程的一端与导热油储罐(5)相连，换热器(4)的壳程的另一端与蓄热器(6)相连；所述的换热器(4)的管程的一端为分气端(401)，管程的另一端为集气端(402)；

所述的压缩机(2)上设置有压缩机进气管路(7)和压缩机出气管路(8)，压缩机出气管路(8)通过第一阀门(9)与换热器(4)的管程的分气端(401)相连；

所述的透平膨胀机(3)上设置有透平膨胀机进气管路(10)和透平膨胀机出气管路(11)，透平膨胀机进气管路(10)通过第二阀门(12)与换热器(4)的管程的分气端(401)相连；

所述的换热器(4)的管程的集气端(402)通过储气/释气管路(13)与隔膜式恒压储能装置(14)的进出气接口法兰(1403)；

所述的隔膜式恒压储能装置(14)包括储能罐体(1401)，所述的储能罐体(1401)靠近底部的内壁上密封卡装有隔膜气袋(1402)开放的底部，隔膜气袋(1402)的顶部封闭，隔膜气袋(1402)与储能罐体(1401)的底部形成一个封闭的腔体；所述的储能罐体(1401)靠近底部的侧壁上设置有进出气接口法兰(1403)，进出气接口法兰(1403)与隔膜气袋(1402)相连通；

所述的隔膜气袋(1402)上部的储能罐体(1401)内设置有浮板(1404)，浮板(1404)上设置有配重块(1405)，隔膜气袋(1402)在膨胀和收缩的过程中能够使得浮板(1404)在储能罐体(1401)内上下移动；

所述的储能罐体(1401)内的侧壁上位于隔膜气袋(1402)开放的底部上方的位置设置有用于限制浮板(1404)下限行程位置的限位凸环(1406)；

所述的储能罐体(1401)的顶部设置有可拆卸的封头(1407)，所述的封头(1407)上设置有上部通气接口法兰(1408)。

2.如权利要求1所述的能量回收机组恒压储能系统，其特征在于，所述的电动/发电机(1)的电能输入端与光伏供电线路(15)和风力供电线路(16)相连，所述的电动/发电机(1)的电能输出端与电网线路(17)相连。

3.如权利要求1所述的能量回收机组恒压储能系统，其特征在于，所述的压缩机(2)与电动/发电机(1)的一端之间通过第一离合器或变速离合器(18)相连，电动/发电机(1)的另一端与透平膨胀机(3)之间通过第二离合器或变速离合器(19)相连。

4.如权利要求1所述的能量回收机组恒压储能系统，其特征在于，所述的压缩机(2)为一个或两个及以上串联，所述的透平膨胀机(3)为一个或两个及以上串联；所述的隔膜式恒压储能装置(14)为一个或两个及以上并联，每个隔膜式恒压储能装置(14)均带有一个第三阀门(20)独立控制，实现梯级储能。

5.如权利要求1所述的能量回收机组恒压储能系统，其特征在于，所述的储能罐体(1401)靠近底部的内壁上沿着周向开设有一圈卡槽(1409)，卡槽(1409)内卡装有卡环(1410)，通过卡槽(1409)和卡环(1410)的配合将隔膜气袋(1402)开放的底部密封卡装在卡槽(1409)内。

6.如权利要求1所述的能量回收机组恒压储能系统，其特征在于，所述的浮板(1404)的侧壁上设置有与储能罐体(1401)密封接触的密封圈(1411)。

7.如权利要求1所述的能量回收机组恒压储能系统，其特征在于，所述的储能罐体(1401)和封头(1407)外还设置有保温层(1412)。

8.如权利要求1所述的能量回收机组恒压储能系统，其特征在于，所述的封头(1407)上还设置有传感器接管(1413)，传感器接管(1413)内安装有位置传感器(1414)。

9.如权利要求1所述的能量回收机组恒压储能系统，其特征在于，所述的浮板(1404)的顶面上开设有用于放置配重块(1405)的配重块安装定位凹腔(1416)。

10.如权利要求1所述的能量回收机组恒压储能系统，其特征在于，所述的封头(1407)上还设置有封头吊耳(1415)；所述的浮板(1404)的顶面上还设置有浮板吊耳(1417)。

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