一种压缩空气储能系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种压缩空气储能系统，通过在现有的压缩空气储能系统中增加低品位热源输入部分和高温热能利用部分，利用低品位热源对进入储能压缩机组的入口空气进行加热，由此也提高了储能压缩机组出口气体的压缩空气温度，并且利用储能压缩机组出口部分的热量作为热机气体工质的热源，该热机可同时为储能压缩机和热机侧压缩机提供动力。采用该耦合系统，将低品位热能转化为高品位热能利用，实现了低品位能量的高效利用，同时由于系统的灵活性，可实现储能系统的宽负荷运行。此外，该实用新型专利技术通过释放储能过程的热量，使膨胀机排气接近常温，实现了低品位热能的高效利用，进一步提高了系统的能量利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种压缩空气储能系统
本技术属于压缩空气储能等
，涉及一种压缩空气储能系统，特别涉及一种高效利用低品位热能的压缩空气储能系统，可以实现低品位热能高效利用，提高系统效率和运行工况范围。
技术介绍
能源和环境问题的可持续发展是国民经济发展的基础，而解决电力行业中的能源环境问题是保证我国经济可持续发展的重要组成部分。电力储能是调整我国能源结构、大规模发展可再生能源、提高能源安全的关键技术之一，大规模储能技术的研究具有重要理论和实践价值。目前的储能系统有抽水蓄能、压缩空气储能、燃料电池等，抽水蓄能和压缩空气储能具有储能密度大、输出功率大等特点，已被大规模利用。但抽水蓄能电站必须建设大坝，耗水量大，对生态也会造成一定得破坏。而压缩空气储能系统不耗水，对生态环境基本没有影响，具有初始投资成本低、效率高、无毒、寿命长等优点，具有较大的发展前景。此外，目前低品位热源如工业余热等的利用率低，可再生能源由于波动性和间歇性利用率低，压缩空气储能系统工况运行范围有限。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺陷和不足，本技术旨在提供一种压缩空气储能系统，通过在现有的压缩空气储能系统中增加低品位热源输入部分和高温热能利用部分，利用低品位热源对进入储能压缩机组的入口空气进行加热，由此也提高了储能压缩机组出口气体的压缩空气温度，并且利用储能压缩机组出口部分的热量作为热机气体工质的热源，该热机可同时为储能压缩机和热机侧压缩机提供动力。采用该耦合系统，将低品位热能转化为高品位热能，可以实现低品位热能的高效利用，该系统具有节能、高效、可再生能源适用强等特点。本技术为实现其技术目的所采用的技术方案为：一种压缩空气储能系统，包括一压缩空气储能单元，所述压缩空气储能单元包括一储能压缩机组、一储能膨胀机组、一高压储气室、一动力源和一负载，其中，所述储能压缩机组的低压进气管线与大气连通，所述储能压缩机组的高压排气管线与所述高压储气室的进气口连通，所述储能膨胀机组的高压进气管线与所述高压储气室的排气口连通，所述动力源与所述储能压缩机组的动力输入端传动连接，所述储能膨胀机组的动力输出端与所述负载传动连接，其特征在于，所述系统还包括一低品位热能输入单元和一高温热能利用单元，其中，--所述低品位热能输入单元，包括一低温蓄热装置和一第一换热器，其中，所述低温蓄热装置中设置有蓄热材料及用以引入低品位热能的结构，所述低温蓄热装置中还设置有换热盘管，所述第一换热器的热侧通过管路与低温蓄热装置中的换热盘管连通形成一低温热能循环回路，所述第一换热器的冷侧设置在所述储能压缩机组的低压进气管线上；--所述高温热能利用单元，包括一热机、一第二换热器、一高温蓄热装置和一热机侧压缩机组，其中，所述储能压缩机组的高压排气管线依次经所述第二换热器的热侧、所述高温蓄热装置的第一换热盘管后与所述高压储气室的进气口连通，所述第二换热器的冷侧设置在所述热机的气体工质进气管线上，所述热机的第一输出轴驱动连接所述热机侧压缩机组，所述热机的第二输出轴通过一离合器驱动连接所述储能压缩机组，所述热机侧压缩机组的进气口与大气连通、排气口通过管路经所述高温蓄热装置的第二换热盘管后与所述高压储气室的进气口连通，且所述高温蓄热装置的第二换热盘管与所述高压储气室的进气口之间的连通管路上至少设置一调压阀，所述高压储气室的排气口通过管路经所述高温蓄热装置的第三换热盘管与所述储能膨胀机组的高压进气管线连通，且在所述高压储气室的排气管路上至少设置一控制阀。本技术的上述系统中，所述储能压缩机组前方设置第一换热器，所述第一换热器与所述低温蓄热装置进行热量交换，所述低温蓄热装置引入并存储低品位热能，通过对进入所述储能压缩机组的空气进行预热实现对低品位热源中热量的利用。由于利用低品位热源对进入储能压缩机组的入口空气进行了加热，由此也提高了储能压缩机组出口气体的压缩空气温度，实现了将低品位热能转化为高品位热能利用。本技术的上述系统中，所述热机的气体工质进气管线上设置第二换热器，通过与所述储能压缩机组排出的高温高压压缩空气进行换热，提高进入所述热机的气体工质的入口温度，为所述热机提供热源，同时降低所述高压储气室存储空气的温度。本技术的上述系统中，所述热机驱动所述热机侧压缩机组，所述热机侧压缩机组将空气压缩至所述高温蓄热装置的临近温度和所述高压储气室的临近压力，高温高压空气经所述高温蓄热装置蓄热后储存在高压储气室，实现更多空气的储存。本技术的上述系统中，所述热机的第二输出轴上设置有离合器，所述离合器连接所述储能压缩机组和热机，通过离合器的开启和关闭实现接入负荷的变化。本技术的上述系统中，所述高温蓄热装置的第二换热盘管与所述高压储气室的进气口之间的连通管路上设置有调压阀门，用于调节来自所述热机侧压缩机组的压缩空气的压力。优选的，所述热机为燃气轮机、活塞式内燃机、朗肯循环热机或斯特林机。优选的，所述低品位热能来自太阳能低温蓄热、工业余热或跨季节蓄热。优选的，所述低温蓄热装置、高温蓄热装置中的蓄热材料为水、砂石或土壤。优选的，所述储能压缩机组、热机侧压缩机组、膨胀机组为活塞式、离心式、轴流式、螺杆式或转子式中的一种或几种的组合。优选的，所述第一换热器、第二换热器为管壳式、板翅式、板式、螺旋管式、套管式、板壳式、管翅式、热管式中的一种或几种的组合。优选的，所述动力源的电能来自风力发电、太阳能发电、电网中的一种或多种组合。优选的，所述的储能压缩机组、膨胀机组为单级或多级。优选的，所述高温蓄热装置、低温蓄热装置为双罐间接蓄热、填充床蓄热或熔融盐单罐蓄热。优选的，所述系统包括储能工作模式和释能工作模式。进一步地，当所述系统处于储能工作模式时，启动所述动力源、储能压缩机组、热机、热机侧压缩机组，关闭所述高压储气室排气管路上的控制阀，所述低温蓄热装置中的低品位热能通过所述第一换热器传输至所述储能压缩机组的进口空气中，所述储能压缩机组排出的高温高压压缩空气在所述第二换热器中释放热量以加热进入所述热机的气体工质，之后进入所述高温蓄热装置进一步释放热量后以接近常温状态储存在所述高压储气室中；同时，所述热机驱动所述热机侧压缩机组所述热机侧压缩机组排出的高温高压压缩空气在进入高温蓄热装置释放热量后，经所述调压阀调压后储存在所述高压储气室中。进一步地，当所述动力源的输入功率不能满足需求时，关闭所述离合器，使所述热机为所述储能压缩机组提供部分功，以满足储能需求。进一步地，当所述系统处于释能模式时，打开所述高压储气室排气管路上的控制阀，关闭所述动力源、储能压缩机组、热机、热机侧压缩机组，所述高压储气室中的高压压缩空气进入所述高温蓄热装置吸热后通入所述膨胀机组中膨胀做功，带动所述负载工作并对外输出电能。本技术的压缩空气储能系统，其工作原理为：储能时，空气在第一换热器中吸收低品位热能后进入储能压缩机组，在多余电能的驱动下，空气压缩到高温高压状态，被压缩后的气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压缩空气储能系统，包括一压缩空气储能单元，所述压缩空气储能单元包括一储能压缩机组、一储能膨胀机组、一高压储气室、一动力源和一负载，其中，所述储能压缩机组的低压进气管线与大气连通，所述储能压缩机组的高压排气管线与所述高压储气室的进气口连通，所述储能膨胀机组的高压进气管线与所述高压储气室的排气口连通，所述动力源与所述储能压缩机组的动力输入端传动连接，所述储能膨胀机组的动力输出端与所述负载传动连接，其特征在于，/n所述系统还包括一低品位热能输入单元和一高温热能利用单元，其中，/n--所述低品位热能输入单元，包括一低温蓄热装置和一第一换热器，其中，所述低温蓄热装置中设置有蓄热材料及用以引入低品位热能的结构，所述低温蓄热装置中还设置有换热盘管，所述第一换热器的热侧通过管路与低温蓄热装置中的换热盘管连通形成一低温热能循环回路，所述第一换热器的冷侧设置在所述储能压缩机组的低压进气管线上；/n--所述高温热能利用单元，包括一热机、一第二换热器、一高温蓄热装置和一热机侧压缩机组，其中，所述储能压缩机组的高压排气管线依次经所述第二换热器的热侧、所述高温蓄热装置的第一换热盘管后与所述高压储气室的进气口连通，所述第二换热器的冷侧设置在所述热机的气体工质进气管线上，所述热机的第一输出轴驱动连接所述热机侧压缩机组，所述热机的第二输出轴通过一离合器驱动连接所述储能压缩机组，所述热机侧压缩机组的进气口与大气连通、排气口通过管路经所述高温蓄热装置的第二换热盘管后与所述高压储气室的进气口连通，且所述高温蓄热装置的第二换热盘管与所述高压储气室的进气口之间的连通管路上至少设置一调压阀，所述高压储气室的排气口通过管路经所述高温蓄热装置的第三换热盘管与所述储能膨胀机组的高压进气管线连通，且在所述高压储气室的排气管路上至少设置一控制阀。/n...

【技术特征摘要】
1.一种压缩空气储能系统，包括一压缩空气储能单元，所述压缩空气储能单元包括一储能压缩机组、一储能膨胀机组、一高压储气室、一动力源和一负载，其中，所述储能压缩机组的低压进气管线与大气连通，所述储能压缩机组的高压排气管线与所述高压储气室的进气口连通，所述储能膨胀机组的高压进气管线与所述高压储气室的排气口连通，所述动力源与所述储能压缩机组的动力输入端传动连接，所述储能膨胀机组的动力输出端与所述负载传动连接，其特征在于，
所述系统还包括一低品位热能输入单元和一高温热能利用单元，其中，
--所述低品位热能输入单元，包括一低温蓄热装置和一第一换热器，其中，所述低温蓄热装置中设置有蓄热材料及用以引入低品位热能的结构，所述低温蓄热装置中还设置有换热盘管，所述第一换热器的热侧通过管路与低温蓄热装置中的换热盘管连通形成一低温热能循环回路，所述第一换热器的冷侧设置在所述储能压缩机组的低压进气管线上；
--所述高温热能利用单元，包括一热机、一第二换热器、一高温蓄热装置和一热机侧压缩机组，其中，所述储能压缩机组的高压排气管线依次经所述第二换热器的热侧、所述高温蓄热装置的第一换热盘管后与所述高压储气室的进气口连通，所述第二换热器的冷侧设置在所述热机的气体工质进气管线上，所述热机的第一输出轴驱动连接所述热机侧压缩机组，所述热机的第二输出轴通过一离合器驱动连接所述储能压缩机组，所述热机侧压缩机组的进气口与大气连通、排气口通过管路经所述高温蓄热装置的第二换热盘管后与所述高压储气室的进气口连通...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭欢，徐玉杰，陈海生，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11