基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统及方法技术方案

本发明专利技术一种基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统及方法，从所述系统包括用于连接电动机储能的复合压缩单元、用于储气的双井结构热盐井和用于连接发电机释能的膨胀单元；双井结构热盐井包括两个竖井和从底部连通两个竖井的水平井；两个竖井的顶端开口分别作为盐井储气入口和盐井排气出口；复合压缩单元包括以空气为作用介质依次连接的低压压缩机、低压储能储气罐和高压循环压缩装置；低压压缩机的输入端连接电动机输出端；高压循环压缩装置包括两个底部双向连通的高压储气罐；两个高压储气罐的气流入口并联连接低压储能储气罐的输出端，气流出口并联连接热盐井储气入口；膨胀单元的输入端连接盐井排气出口。

Composite Compressed Air Energy Storage System and Method Based on Double-well Thermal Salt Well

【技术实现步骤摘要】
基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统及方法
本专利技术涉及物理储能
，具体为基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统及方法。
技术介绍
随着传统化石能源的日益枯竭和环境问题的日益显著，可再生能源的利用受到了越来越多的重视。风能、太阳能等可再生能源所固有的随机性和波动性给可再生能源的开发带来了巨大的挑战，然而储能技术可以有效解决这一问题。同时，智能电网的建设也迫切需要储能系统作为支撑技术。在现有储能技术中压缩空气储能被国内外公认为是一种最有前景的物理储能技术。目前的物理储能技术包括，压缩空气储能、抽水蓄能、电容储能和制冷制热储能等，可实现大规模储能的只有压缩空气储能和抽水蓄能，而抽水蓄能对地理条件和水资源要求较高，不具有普适性。在现有压缩空气储能系统中，如图1所示，存在如下两方面问题：一是，现有的压缩空气储能系统中，储气库的建造显著地影响着系统整体的造价和效率。现有的压缩空气储能系统中，储气库大多建设在地面和地表附近，所以储气库温度接近环境温度，无法利用地下热量。此外，在地面建设储气库，需要占据大量空间和地表，相对地下建设对人类影响较大，投入也更高。二是，现有的压缩空气储能系统在储能阶段主要采用透平压缩机进行绝热压缩，该过程使得高品位电能大量转化为低品位热能，造成系统损失；在释能阶段会进行外加热源辅助加热以提升压缩气体做功能力，导致压缩空气储能系统发电成本高，经济性差及附加污染和碳排放。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统及方法，从本质上改变传统储能过程中的压缩方式，避免消耗燃料加热，降低成本和污染。本专利技术是通过以下技术方案来实现：基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统，包括用于连接电动机储能的复合压缩单元、用于储气的双井结构热盐井和用于连接发电机释能的膨胀单元；所述的双井结构热盐井包括两个竖井和从底部连通两个竖井的水平井；一个竖井的顶端开口作为盐井储气入口，另一个竖井的顶端开口作为盐井排气出口；所述的复合压缩单元包括以空气为作用介质依次连接的低压压缩机、低压储能储气罐和高压循环压缩装置；低压压缩机的输入端连接电动机输出端；所述的高压循环压缩装置包括两个底部双向连通的高压储气罐，高压储气罐内盛装有水作为传递压力介质；两个高压储气罐的气流入口并联连接低压储能储气罐的输出端，气流出口并联连接热盐井储气入口；所述的膨胀单元的输入端连接盐井排气出口。优选的，所述的复合压缩单元还包括若干蓄热器，所述的膨胀单元包括依次连接的高压膨胀机和多级低压膨胀机，高压膨胀机的输入端连接盐井排气口；所述的低压压缩机和低压储能储气罐之间，以及相邻的低压压缩机之间均对应连接蓄热器的热侧；高压膨胀机和低压膨胀机之间，以及相邻的低压膨胀机之间均对应连接蓄热器的冷侧。进一步，高压膨胀机和低压膨胀机均分别连接发电机；或者高压膨胀机和低压膨胀机之间通过联轴器相连，低压膨胀机与发电机相连。进一步，高压膨胀机经低压释能储气罐连接蓄热器的冷侧；经低压压缩机流入蓄热器的气流方向与经低压释能储气罐流入蓄热器的气流方向相反。优选的，所述的竖井顶部均设置井盖和法兰密封，井壁上内嵌设置套管，竖井靠近地表段设有绝热层。优选的，所述的两个高压储气罐的规格相同，通过两个水泵所在的两条管道双向连通；两水泵所在管道中水流方向相反，两水泵交替工作；两高压储气罐的顶部的进气和排气管道上装有阀门。优选的，排气管道上的阀门受阀门两侧压差控制，当高压储气罐内压力大于双井结构热盐井侧的压力时自动开启，否则一直关闭。基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能方法，基于上述任意一项所述的系统，包括以下步骤：(1)储能阶段，气体流入低压级压缩机被压缩，后通过低压储能储气罐稳压后流入高压循环压缩装置进行增压；在高压循环压缩装置中，气体通过进气管路流入一个高压储气罐的同时，该高压储气罐中的水被压入到另一个高压储气罐，使得有水压入的存有的高压储气罐中的气体被加压，当被加压气体压力高于双井结构热盐井侧压力时，有水压入的罐中气体通过出气管路压入地下盐井，通过趋近等温压缩过程进行储能；然后进出气管路连通的两个高压储气罐对调，完成连续的趋近等温压缩过程储能；其中，趋近等温压缩过程的过程指数为1-1.05；(2)储气阶段，经过高压循环压缩装置进行增压的高压气体直接流入地下双井结构热盐井进行储存加热得到高温高压气体；(3)释能阶段，高温高压气体直接进入高压膨胀机一次做功；流出高压膨胀机的气体通过低压释能储气罐进入低压膨胀机二次做功。优选的，在储能阶段，气体流入低压级压缩机被压缩后，流入蓄热器进行冷却和压缩热回收，每一级低压级压缩机压缩后，均通过一个蓄热器进行冷却和压缩热回收；在释能阶段，流出高压膨胀机的气体通过低压释能储气罐进入蓄热器再热后流入低压膨胀机二次做功，多级的低压膨胀机中每一级低压膨胀机后均通过蓄热器回收的热量再热。优选的，储能阶段中，在高压循环压缩装置中，通过对各管路阀门调节，实现如下过程；关闭来流气体与第二高压储气罐之间阀门，同时关闭第二水泵和所在管道的两个阀门以及第一高压储气罐排气阀门，气体通过管路流入第一高压储气罐的同时，第一水泵将第一高压储气罐中水压入第二高压储气罐，使得第二高压储气罐中存有的气体被压入地下热盐井；随后，关闭来流气体与第一高压储气罐之间阀门，同时关闭第一水泵和所在管道的两个阀门以及第二高压储气罐排气阀门，气体通过管路流入第二高压储气罐的同时，第二水泵将第二高压储气罐中水压入第一高压储气罐，使得第一高压储气罐中存有的气体被压入地下热盐井，如此往复。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术采用复合式压缩和分段膨胀，在低压压缩段配有蓄热器，对压缩热进行回收；经过蓄热器冷却的压缩气体流入由水泵与两个高压储气罐组成的高压循环压缩装置进行增压，因为该装置内有大量水的存在，在缓慢增压过程中，接近于等温过程，有效减少了压缩耗功量和损失。由于地下盐井深度较深，温度较高，具有加热和蓄热作用，压缩空气释能时可以不需要额外加热，直接进入膨胀机组做功。在膨胀机间，空气流出低压释能储气罐后先流入蓄热器，利用压缩阶段回收的热量对空气进行再热，再流入低压膨胀机释能做功。本专利技术用由水泵与两个高压储气罐组成的高压循环压缩装置代替传统的压缩机，用趋近等温压缩过程代替损失较大的绝热压缩过程，有效降低了储能耗电量和损失量，提升了储能系统效率；采用蓄热器在压缩阶段对压缩机级间冷却的热量进行回收，在释能阶段对级间空气再热，有效地降低了系统热量的损失，大大提高了系统的效率；所选用的双井结构热盐井自身具有储气作用的同时，可对储存气体进行加热和蓄热，有效利用了地下低品位热量替代燃料加热，具有无排放无污染等优势。进一步地，本专利技术通过井盖和法兰密封，且通过内嵌设置套管，能够耐高温高压，既储存压力能，又能吸收地下低品位热能；由于气体在地下盐井储存过程中吸热升温，气体在流出竖井之后也不必进行加热即可直接流入膨胀机组做功，显著提高了系统的效率，减小了不可逆损失。进一步地，本专利技术适用的双井结构热盐井可通过对竖井段参数和水平直井段参数的调整，优化储气性能和吸热性能。进一步地，本专利技术直接利用储存的压缩空气吸收地下热量过程，未引入中间换热介质，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统，其特征在于，包括用于连接电动机储能的复合压缩单元、用于储气的双井结构热盐井和用于连接发电机释能的膨胀单元；所述的双井结构热盐井包括两个竖井(10)和从底部连通两个竖井(10)的水平井(11)；一个竖井(10)的顶端开口作为盐井储气入口，另一个竖井(10)的顶端开口作为盐井排气出口；所述的复合压缩单元包括以空气为作用介质依次连接的低压压缩机(1)、低压储能储气罐(3)和高压循环压缩装置(4)；低压压缩机(1)的输入端连接电动机输出端；所述的高压循环压缩装置(4)包括两个底部双向连通的高压储气罐，高压储气罐内盛装有水作为传递压力介质；两个高压储气罐的气流入口并联连接低压储能储气罐(3)的输出端，气流出口并联连接热盐井储气入口；所述的膨胀单元的输入端连接盐井排气出口。

【技术特征摘要】
1.基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统，其特征在于，包括用于连接电动机储能的复合压缩单元、用于储气的双井结构热盐井和用于连接发电机释能的膨胀单元；所述的双井结构热盐井包括两个竖井(10)和从底部连通两个竖井(10)的水平井(11)；一个竖井(10)的顶端开口作为盐井储气入口，另一个竖井(10)的顶端开口作为盐井排气出口；所述的复合压缩单元包括以空气为作用介质依次连接的低压压缩机(1)、低压储能储气罐(3)和高压循环压缩装置(4)；低压压缩机(1)的输入端连接电动机输出端；所述的高压循环压缩装置(4)包括两个底部双向连通的高压储气罐，高压储气罐内盛装有水作为传递压力介质；两个高压储气罐的气流入口并联连接低压储能储气罐(3)的输出端，气流出口并联连接热盐井储气入口；所述的膨胀单元的输入端连接盐井排气出口。2.根据权利要求1所述的基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统，其特征在于，所述的复合压缩单元还包括若干蓄热器(2)，所述的膨胀单元包括依次连接的高压膨胀机(5)和多级低压膨胀机(7)，高压膨胀机(5)的输入端连接盐井排气口；所述的低压压缩机(1)和低压储能储气罐(3)之间，以及相邻的低压压缩机(1)之间均对应连接蓄热器(2)的热侧；高压膨胀机(5)和低压膨胀机(7)之间，以及相邻的低压膨胀机(7)之间均对应连接蓄热器(2)的冷侧。3.根据权利要求2所述的基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统，其特征在于，高压膨胀机(5)和低压膨胀机(7)均分别连接发电机；或者高压膨胀机(5)和低压膨胀机(7)之间通过联轴器相连，低压膨胀机(7)与发电机相连。4.根据权利要求2所述的基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统，其特征在于，高压膨胀机(5)经低压释能储气罐(6)连接蓄热器(2)的冷侧；经低压压缩机(1)流入蓄热器(2)的气流方向与经低压释能储气罐(6)流入蓄热器(2)的气流方向相反。5.根据权利要求1所述的基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统，其特征在于，所述的竖井(10)顶部均设置井盖(13)和法兰密封(14)，井壁上内嵌设置套管(15)，竖井(10)靠近地表段设有绝热层(16)。6.根据权利要求1所述的基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统，其特征在于，所述的两个高压储气罐的规格相同，通过两个水泵所在的两条管道双向连通；两水泵所在管道中水流方向相反，两水泵交替工作；两高压储气罐的顶部的进气和排气管道上装有阀门。7.根据权利要求1所述的基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能系统，其特征在于，排气管道上的阀门受阀门两侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焕然，贺新，李丞宸，严凯，刘明明，陈昊，李智搏，张严，杨珍帅，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61