CN219868560U - 一种压缩空气与光热耦合的储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压缩空气与光热耦合的储能系统，包括储热系统、发电系统以及光热增效系统，储热系统包括储热件和换热件，储热件内的高温介质适于经过换热件并与其换热；发电系统包括储气件以及发电机组，储气件内的压缩空气经过换热件换热后输送至发电机组内，并产生电能；光热增效系统包括集热器，集热器适于将光热转换为热能，所述储热件内的低温介质适于经过集热器加热后输送至所述储热件内。压缩比并不会对集热器产生影响，因此，集热器内的温度高于压缩空气时产生的温度，通过将储热件内的低温介质输送至集热器内加热，即可获得更高温度的介质，在发电机组工作时，可将更多的热量返还给压缩空气，从而使得发电机组产生更多的电能。

Description

一种压缩空气与光热耦合的储能系统

技术领域

本实用新型涉及储能的技术领域，具体涉及一种压缩空气与光热耦合的储能系统。

背景技术

能源历来是人类文明的先决条件，是人类社会赖以生存和发展的物质基础，在国民经济中具有特别重要的战略地位。当前人类的生产生活方式使得能源负荷呈现昼高夜低的特点，这对电网的调峰能力提出了更高的要求。同时，风能、太阳能和水能等可再生清洁能源在自然条件的限制下具有随机性与较大的波动性，稳定性较差，难以满足电网需求。

储能技术能实现能量的分时存储与释放，可有效降低电网的调峰压力和提高可再生能源的发电利用率。现有的储能技术主要有抽水蓄能、电化学储能、电磁储能和压缩空气储能等。抽水蓄能可将能量转化为水的势能以储存，可实现能量的大规模存储，但其响应速度较慢，且对地理资源有一定的要求。电化学储能和电磁储能响应快，但建设成本高，安全性能也有待提高。压缩空气储能是利用电力压缩空气，且捕获在压缩空气时产生的热量，并与压缩空气分开存储，在需要时，返回捕获的热量，压缩后的空气重新膨胀进行发电，压缩空气储能技术具有寿命长、环境污染小、运行维护费用低等特点。

但是，上述的压缩空气储能技术，由于压缩机压缩比和材料的限制，使得压缩空气时产生的热量有限，从而导致的捕获的热量较少，进而导致压缩空气重新膨胀产生的电量变少。

实用新型内容

因此，本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术中的由于压缩机压缩比和材料的限制，使得压缩空气时产生的热量有限，从而导致的捕获的热量较少，进而导致压缩空气重新膨胀产生的电量变少。

为此，本实用新型提供一种压缩空气与光热耦合的储能系统，包括：

储热系统，所述储热系统包括储热件和换热件，所述储热件内的高温介质适于经过所述换热件并与其换热；

发电系统，所述发电系统包括储气件以及发电机组，所述储气件内的压缩空气经过所述换热件换热后输送至所述发电机组内，并产生电能；

光热增效系统，所述光热增效系统包括集热器，所述集热器适于将光能转换为热能，所述储热件内的低温介质经过所述集热器加热后输入至所述储热件内。

可选地，上述的压缩空气与光热耦合的储能系统，所述发电系统还包括驱动件和压缩机，所述驱动件通过驱动轴与所述压缩机连接，所述压缩机产生的压缩空气经过所述换热件换热后输送至所述储气件。

可选地，上述的压缩空气与光热耦合的储能系统，所述发电系统还包括第一开关件和第二开关件，所述压缩机产生的压缩空气经过所述第一开关件后输送至所述换热件内，并与其换热后形成降温的压缩空气，所述换热件内降温的压缩空气经过所述第二开关件后输送至所述储气件内。

可选地，上述的压缩空气与光热耦合的储能系统，所述发电系统还包括第三开关件，所述发电机组包括膨胀机，所述驱动件为发电电动机，所述膨胀机与所述驱动轴固定连接，所述储气件内降温的压缩空气经过所述第二开关件后输送至所述换热件内，并与其换热后形成高温压缩空气，所述换热件内的高温压缩空气经过所述第三开关件后输送至所述膨胀机，并带动所述驱动轴转动，所述驱动轴带动所述发电电动机转动并发电。

可选地，上述的压缩空气与光热耦合的储能系统，所述储热件为储热罐，所述储热罐内具有斜温层，所述斜温层的两侧分别为低温介质和高温介质。

可选地，上述的压缩空气与光热耦合的储能系统，所述储热系统还包括第一泵体、第四开关件以及第五位开关件，所述储热罐内的高温介质适于经过所述第一泵体和所述第四开关件后输送至所述换热件内，并与所述换热件换热后形成低温介质，且所述换热件内的低温介质适于经过所述第五开关件后输送至所述储热罐内。

可选地，上述的压缩空气与光热耦合的储能系统，还包括第二泵体，所述储热罐内的低温介质适于经过所述第二泵体和所述第五开关件后输送至所述换热件内，并与其换热后形成高温介质，所述换热件内的高温介质适于经过所述第四开关件后输送至所述储热罐内。

可选地，上述的压缩空气与光热耦合的储能系统，所述光热增效系统还包括第六开关件、第七开关件以及第八开关件，所述储热罐内的低温介质适于经过所述第二泵体、所述第五开关件、所述第六开关件、所述第七开关件后输送至所述集热器内，所述集热器对其加热后形成升温的高温介质，所述集热器内升温的高温介质经过所述第八开关件后输送至所述储热罐内。

可选地，上述的压缩空气与光热耦合的储能系统，所述光热增效系统还包括第九开关件，所述集热器内的升温的高温介质经过所述第八开关件、所述第九开关件、所述第二泵体、所述第五开关件后输送至所述换热件内，并与其换热后形成低温介质，所述换热件内的低温介质经过所述第七开关件后输送至所述集热器内。

可选地，上述的压缩空气与光热耦合的储能系统，所述储热罐的开口处设有第十开关件，用于储热罐内低温介质与外界的通断。

本实用新型提供的技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的压缩空气与光热耦合的储能系统，包括储热系统、发电系统以及光热增效系统，储热系统包括储热件和换热件，储热件内的高温介质适于经过换热件并与其换热；发电系统包括储气件以及发电机组，储气件内的压缩空气经过换热件换热后输送至发电机组内，并产生电能；光热增效系统包括集热器，集热器适于将光热转换为热能，所述储热件内的低温介质适于经过集热器加热后输送至所述储热件内。

此结构的压缩空气与光热耦合的储能系统，压缩比并不会对集热器产生影响，因此，集热器内产生的温度高于压缩空气时产生的温度，通过将储热件内的低温介质输送至集热器内加热，即可获得更高温度的介质，在发电机组工作时，可将更多的热量返还给压缩空气，从而使得发电机组产生更多的电能。

2.本实用新型提供的压缩空气与光热耦合的储能系统，储热件为储热罐，储热罐内具有斜温层，斜温层的两侧分别为低温介质和高温介质，将低温介质和高温介质存储在同一个储热罐内，减少了储热罐的使用，从而降低了成本。

3.本实用新型提供的压缩空气与光热耦合的储能系统，通过耦合光热系统，拓宽了利用电能储能模式，增加了可再生能源的利用能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的压缩空气与光热耦合的储能系统示意图。

附图标记说明：

11、储热件；12、换热件；13、第一泵体；14、第四开关件；15、第五开关件；16、第二泵体；

21、储气件；221、膨胀机；23、驱动件；24、压缩机；25、驱动轴；26、第一开关件；27、第二开关件；28、第三开关件；

31、集热器；32、第六开关件；33、第七开关件；34、第八开关件；35、第九开关件；

4、第十开关件。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种压缩空气与光热耦合的储能系统，如图1所示，包括储热系统、发电系统以及光热增效系统，储热系统包括储热件11和换热件12，储热件11内的高温介质适于经过换热件12并与其换热；发电系统包括储气件21以及发电机组，储气件21内的压缩空气经过换热件12换热后输送至发电机组内，并产生电能；光热增效系统包括集热器31，集热器31适于将光热转换为热能，所述储热件11内的低温介质适于经过集热器31加热后输送至所述储热件11内。

本实施例提供的压缩空气与光热耦合的储能系统，压缩比并不会对集热器31产生影响，因此，集热器31内产生的温度高于压缩空气时产生的温度，通过将储热件11内的低温介质输送至集热器31内加热，即可获得较高温度的介质，在发电机组工作时，可将更多的热量返还给压缩空气，从而使得发电机组产生更多的电能。

如图1所示，本实施例提供的压缩空气与光热耦合的储能系统，发电系统还包括驱动件23、压缩机24、驱动轴25、第一开关件26、第二开关件27以及第三开关件28，驱动件23为发电电动机，发电电动机是既可以作发电机使用，又可作为电动机使用的电机设备，发电电动机通过驱动轴25与压缩机24固定连接，发电电动机在电网富余电能供给下转动，发电电动机带动驱动轴25转动，驱动轴25带动压缩机24转动，且压缩机24与外界大气连通，压缩机24工作时产生压缩空气，该压缩空气为高温高压的压缩空气，该压缩空气经过第一开关件26后输送至换热件12内，换热件12为换热器，换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，该换热器为板式换热器，作为可替代的实施方式，换热器也可为管壳式、发夹式、翅片换热器等供液换热器。该压缩空气与换热器换热后形成降温的压缩空气，降温的压缩空气为低温高压压缩空气，换热件12内降温的压缩空气经过第二开关件27后输送至储气件21内，储气件21为压力容器集群，作为可替代的实施方式，储气件21也可为地下储气库或盐穴等。发电机组包括膨胀机221，膨胀机221与驱动轴25固定连接，当储气件21内降温的压缩空气经过第二开关件27后输送至换热件12时，同时，储热件内的高温介质输送至换热件内，降温的压缩空气吸收部分高温介质的热量，使得换热件12内的压缩空气温度升高成为高温压缩空气，换热件12内的高温压缩空气进入第三开关件28后输送至膨胀机221，高温压缩空气对膨胀机221做功，并带动膨胀机221转动，膨胀机221带动驱动轴25转动，驱动轴25带动发电电动机转动并发电。

如图1所示，本实施例提供的压缩空气与光热耦合的储能系统，储热件11为储热罐，储热罐内具有斜温层，斜温层的两侧分别为低温介质和高温介质。斜温层是大体积流体内，一层很明显的薄层。在这层内的温度随深度变化较在这层之上或下层的温度变化剧烈。该介质为导热油，作为可替代的实施方式，该介质也可为其他导热材料。随着储热罐内的低温介质和高温介质的含量不同，斜温层进而上下移动。以图1的视角为例，斜温层上部为高温介质，斜温层下部为低温介质。将低温介质和高温介质存储在同一个储热罐内，减少了储热罐的使用，从而降低了成本。

如图1所示，本实施提供的压缩空气与光热耦合的储能系统，储热系统还包括第一泵体13、第四开关件14、第五开关件15以及第二泵体16，储热系统具有储热过程和释热过程，释热过程为：第一泵体13将储热罐上部的高温介质经过第四开关件14后输送至换热件12内，同时，储气件21内的降温的压缩空气经过第二开关件27后输送至换热件12内，部分高温介质的热量传递给降温的压缩空气，降温的压缩空气形成高温压缩空气，同时该高温介质冷却形成低温介质，换热件12内的低温介质经过第五开关件15后输送至储热罐的下部，同时斜温层上移。储热过程为：第二泵体16将储热罐下部的低温介质经过第五开关件15后输送至换热件12内，同时，压缩机24产生的压缩空气经过第一开关件26后输送至换热件12内，该压缩空气为高温高压压缩空气，该压缩空气与低温介质换热，低温介质吸收该压缩空气的热量形成高温介质，该压缩空气释放热量形成降温的压缩空气，换热件12内的高温介质经过第四开关件14后输送至储热罐上部，同时斜温层下移。

如图1所示，本实施例提供的压缩空气与光热耦合的储能系统，光热增效系统还包括第六开关件32，第七开关件33、第八开关件34以及第九开关件35，第二泵体16还可驱动储热罐下部的低温介质经过第五开关件15、第六开关件32、第七开关件33后进入集热器31内，集热器31为槽时集热器31，作为可替代的实施方式，集热器31也可为塔式、菲涅尔式、碟式等任何形式的光热集热器31；集热器31将光能转换为热量，将低温介质加热形成升温的高温介质，集热器31内的升温的高温介质经过第八开关件34后输送至储热罐上部，此时斜温层下移。集热器31内升温的高温介质还可经过第八开关件34、第九开关件35、第二泵体16、第五开关件15后输送至换热件12内，同时，储气件21内的降温的压缩空气经过第二开关件27后输送至换热件12内，该升温的高温介质热量传递给降温的压缩空气，降温的压缩空气形成高温压缩空气，该升温的高温介质冷却形成低温介质，换热件12内的低温介质经过第七开关件33后输送至集热器31内重新进行加热，当储热罐内的高温介质含量过少时，可通过集热器31直接向换热件12内输送高温介质。

如图1所示，本实施例提供的压缩空气与光热耦合的储能系统，还包括第十开关件4，第十开关件4设置在储热罐下部的开口处，用于控制储热罐内低温介质与外界的通断。第一开关件26、第二开关件27、第三开关件28、第四开关件14，第五开关件15、第六开关件32、第七开关件33、第八开关件34、第九开关件35以及第十开关件4均为电磁阀。

当需要提高储热罐内的储热密度时，打开第十开关件4、第五开关件15、第六开关件32、第七开关件33以及第八开关件34，其余开关件均关闭，第二泵体16工作，驱动储热罐下部的低温介质依次经过第十开关件4、第二泵体16、第五开关件15、第六开关件32、第七开关件33后进入集热器31内，集热器31将光能转换为热量，将低温介质加热形成升温的高温介质，由于第二泵体16源源不断的往集热器31内输送低温介质，因此，升温的高温介质在低温介质的推动下经过第八开关件34输送至储热罐的上部，此时斜温层下移。

当光源充足时，打开第二开关件27、第三开关件28、第五开关件15、第七开关件33、第八开关件34、第九开关件35，其余开关件均关闭，第二泵体16工作，驱动集热器31内部分升温的高温介质经过第八开关件34、第九开关件35、第二泵体16、第五开关件15后进入换热件12内，另外部分升温的高温介质经过第八开关件34后进入储热罐上部，此时斜温层下移；同时，储气件21内的降温的压缩空气经过第二开关件27后输送至换热件12内，该升温的高温介质热量传递给降温的压缩空气，降温的压缩空气形成高温压缩空气，升温的高温形成低温介质，由于第二泵体16源源不断将升温的高温介质输送至换热件12内，因此低温介质在升温的高温介质推动下经过第七开关件33输送至集热器31内，进行加热。换热件12内的高温压缩空气经过第三开关件28后进入到膨胀机221内，并带动膨胀机221做功，膨胀机221带动驱动轴25转动，驱动轴25带动驱动件23转动并发电。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种压缩空气与光热耦合的储能系统，其特征在于，包括：

储热系统，所述储热系统包括储热件(11)和换热件(12)，所述储热件(11)内的高温介质适于经过所述换热件(12)并与其换热；

发电系统，所述发电系统包括储气件(21)以及发电机组，所述储气件(21)内的压缩空气经过所述换热件(12)换热后输送至所述发电机组内，并产生电能；

光热增效系统，所述光热增效系统包括集热器(31)，所述集热器(31)适于将光能转换为热能，所述储热件(11)内的低温适于介质经过所述集热器(31)加热后输送至所述储热件(11)内。

2.根据权利要求1所述的压缩空气与光热耦合的储能系统，其特征在于，所述发电系统还包括驱动件(23)和压缩机(24)，所述驱动件(23)通过驱动轴(25)与所述压缩机(24)连接，所述压缩机(24)产生的压缩空气经过所述换热件(12)换热后输送至所述储气件(21)内。

3.根据权利要求2所述的压缩空气与光热耦合的储能系统，其特征在于，所述发电系统还包括第一开关件(26)和第二开关件(27)，所述压缩机(24)产生的压缩空气经过所述第一开关件(26)后输送至所述换热件(12)内，并与其换热后形成降温的压缩空气，所述换热件(12)内降温的压缩空气经过所述第二开关件(27)后输送至所述储气件(21)内。

4.根据权利要求3所述的压缩空气与光热耦合的储能系统，其特征在于，所述发电系统还包括第三开关件(28)，所述发电机组包括膨胀机(221)，所述驱动件(23)为发电电动机，所述膨胀机(221)与所述驱动轴(25)固定连接，所述储气件(21)内降温的压缩空气经过所述第二开关件(27)后输送至所述换热件(12)内，并与其换热后形成高温压缩空气，所述换热件(12)内的高温压缩空气经过所述第三开关件(28)后输送至所述膨胀机(221)，并带动所述驱动轴(25)转动，所述驱动轴(25)带动所述发电电动机转动并发电。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的压缩空气与光热耦合的储能系统，其特征在于，所述储热件(11)为储热罐，所述储热罐内具有斜温层，所述斜温层的两侧分别为低温介质和高温介质。

6.根据权利要求5所述的压缩空气与光热耦合的储能系统，其特征在于，所述储热系统还包括第一泵体(13)、第四开关件(14)以及第五开关件(15)，所述储热罐内的高温介质适于经过所述第一泵体(13)和所述第四开关件(14)后输送至所述换热件(12)内，并与所述换热件(12)换热后形成低温介质，且所述换热件(12)内的低温介质适于经过所述第五开关件(15)后输送至所述储热罐内。

7.根据权利要求6所述的压缩空气与光热耦合的储能系统，其特征在于，还包括第二泵体(16)，所述储热罐内的低温介质适于经过所述第二泵体(16)和所述第五开关件(15)后输送至所述换热件(12)内，并与其换热后形成高温介质，所述换热件(12)内的高温介质适于经过所述第四开关件(14)后输送至所述储热罐内。

8.根据权利要求7所述的压缩空气与光热耦合的储能系统，其特征在于，所述光热增效系统还包括第六开关件(32)、第七开关件(33)以及第八开关件(34)，所述储热罐内的低温介质适于经过所述第二泵体(16)、所述第五开关件(15)、所述第六开关件(32)、所述第七开关件(33)后输送至所述集热器(31)内，所述集热器(31)对其加热后形成升温的高温介质，所述集热器(31)内升温的高温介质经过所述第八开关件(34)后输送至所述储热罐内。

9.根据权利要求8所述的压缩空气与光热耦合的储能系统，其特征在于，所述光热增效系统还包括第九开关件(35)，所述集热器(31)内升温的高温介质经过所述第八开关件(34)、所述第九开关件(35)、所述第二泵体(16)、所述第五开关件(15)后输送至所述换热件(12)内，并与其换热后形成低温介质，所述换热件(12)内的低温介质经过所述第七开关件(33)后输送至所述集热器(31)内。

10.根据权利要求9所述的压缩空气与光热耦合的储能系统，其特征在于，所述储热罐的开口处设有第十开关件(4)，用于储热罐内低温介质与外界的通断。