一种基于蓄热和蓄冷的压缩空气储能装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于蓄热和蓄冷的压缩空气储能装置及其使用方法，储能装置由低压压缩机、液压泵、压缩

【技术实现步骤摘要】
一种基于蓄热和蓄冷的压缩空气储能装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及储能
，更具体地说，涉及一种基于蓄热和蓄冷的压缩空气储能装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着二氧化碳排放不断增长，环境污染问题日益严峻。中国提出力争于2030年前实现二氧化碳排放达到峰值，2060年前实现碳中和。为实现该目标，应加快构建以新能源为主的新型电力系统，可再生能源作为新能源的重要组成部分，在技术上和成本上最具竞争力，如风能和太阳能。但是可再生能源具有间歇性和不稳定性的特点，要提高电网稳定性，我们需要储能技术来调整能源供需之间的关系。压缩空气储能技术具有规模大，环境友好，使用寿命长，储能容量大的优点，具有广阔的应用前景。
[0003]在部分国家，压缩空气储能系统已经被用于电网用来稳定电力系统。德国的Huntorf电站将压缩空气储存于地下600米的天然洞穴中，机组可连续充气8小时，连续发电2小时，储能系统需燃烧化石燃料补充热能使空气膨胀发电，排放二氧化碳，污染环境，且系统总效率仅为42％。美国的McIntosh电站建成于1991年，改进之处在于可以回收燃气排气的余热，对膨胀机入口压缩空气进行预热，减少25％的燃气消耗。2010年德国航天技术中心等部门启动了具有热能储存的压缩空气储能系统的项目，采用热交换代替燃料燃烧补热，但在压缩过程和与换热器的热交换过程中会产生热量的损失，与燃烧相比，需要更大更复杂的空气储存系统，成本高。
[0004]在未来，如何做到摒弃燃料补热，实现运行过程中无燃烧和零碳排，并且效率高的压缩空气储能系统，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种基于蓄热和蓄冷的压缩空气储能装置及其使用方法，以提高压缩空气储能系统的效率，降低压缩空气储能的成本和提高储存经济性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于蓄热和蓄冷的压缩空气储能装置，包括低压压缩机、液压泵、压缩
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蓄热耦合式压缩机、液压马达、储气罐、蓄热装置、膨胀
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蓄冷耦合式膨胀机、蓄冷装置和低压膨胀机；
[0008]压缩
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蓄热耦合式压缩机由第一汇流板、第一阵列式散热管和第二汇流板组成；第一阵列式散热管由若干根结构相同且并联连接的散热管组成，上下端与第一汇流板和第二汇流板串联；膨胀
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蓄冷耦合式膨胀机由第三汇流板、第二阵列式散热管和第四汇流板组成；第二阵列式散热管由若干根结构相同且并联连接的散热管组成，上下端与第三汇流板和第四汇流板串联；
[0009]第一汇流板和第三汇流板上均设有进气口和排气口，进气口和排气口对称设置在第一汇流板、第三汇流板的侧壁上；第一液压泵和第一液压马达对称连接在第二汇流板的
侧壁上，第二液压泵和第二液压马达对称连接在第四汇流板的侧壁上；
[0010]低压压缩机的进口连通大气，出口通过第一开关阀连接第一汇流板的进气口，第一汇流板的排气口通过第二开关阀连接储气罐的高压空气入口，储气罐的高压空气出口通过第三开关阀连接第三汇流板的进气口，第三汇流板的排气口通过第四开关阀连接低压膨胀机的进口，低压膨胀机的出口连通大气；
[0011]蓄冷装置中的蓄能液体低于环境温度，蓄热装置中的蓄能液体高于环境温度；蓄冷装置的出口通过第一液压泵连接第二汇流板的入口，第二汇流板的出口通过第一液压马达连接蓄热装置的入口，蓄热装置的出口通过第二液压泵连接第四汇流板的入口，第四汇流板的出口通过第二液压马达连接蓄冷装置的入口。
[0012]优选地，第一阵列式散热管和第二阵列式散热管中散热管的排列方式为顺排或叉排。
[0013]优选地，低压压缩机、低压膨胀机采用螺杆式、离心式或轴流式的非往复式结构。
[0014]本专利技术基于上述装置的一种基于蓄热和蓄冷的压缩空气储能方法，包括低压压缩过程、气液增压蓄热过程、气液膨胀蓄冷过程和低压膨胀过程；
[0015]储能时，空气经低压压缩过程和气液增压蓄热过程，将能量储存后，进入储气罐；
[0016]低压压缩过程：大气吸入低压压缩机,空气压缩后得到低压空气排出；
[0017]气液增压蓄热过程，包括以下步骤：
[0018](1)进气过程：第一开关阀打开，第二开关阀关闭，低压空气经第一汇流板充入压缩
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蓄热耦合式压缩机内，空气推动第一阵列式散热管内的蓄能液体向下运动，蓄能液体通过驱动第一液压马达转动，将高于环境温度的蓄能液体排入蓄热装置；
[0019](2)压缩蓄热过程：第一开关阀和第二开关阀均关闭，第一液压泵从蓄冷装置中将低于环境温度的蓄能液体从第二汇流板注入压缩
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蓄热耦合式压缩机内，第一阵列式散热管中的液位上升，对空气进行压缩，随着压缩过程进行，第一阵列式散热管内空气温度上升，空气与蓄能液体和第一阵列式散热管接触，空气中的压缩热以对流换热传递至第一阵列式散热管和蓄能液体，随着液位上升，蓄能液体与第一阵列式散热管的接触面积逐渐增加，蓄能液体向第一阵列式散热管传递冷量，使对应散热管温度降低，第一阵列式散热管向蓄能液体传递热量，将空气压缩热传递至蓄能液体，蓄能液体温度升高，压缩过程的大部分热量被传递至蓄能液体中；
[0020](3)排气过程：第一开关阀关闭，第二开关阀打开，排出高压空气，充入储气罐；
[0021]释能时，储气罐中的高压空气排出，经气液膨胀蓄冷过程和低压膨胀过程，将储存的能量释放；
[0022]气液膨胀蓄冷过程，包括以下步骤：
[0023](1)进气过程：第三开关阀打开，第四开关阀关闭，高压空气从储气罐中经第三汇流板充入膨胀
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蓄冷耦合式膨胀机内，蓄能液体通过驱动第二液压马达转动排入蓄冷装置；
[0024](2)膨胀蓄冷过程：第三开关阀和第四开关阀都关闭，高于环境温度的蓄能液体占据了大部分膨胀
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蓄冷耦合式膨胀机的内部空间，并与第二阵列式散热管和空气接触，蓄能液体对第二阵列式散热管和空气传递热量使温度上升，随着空气膨胀温度降低，空气通过对流换热向第二阵列式散热管和蓄能液体传递冷量，使温度降低，将空气膨胀的冷量传递至蓄能液体，高压空气膨胀压力降低和体积增加，推动蓄能液体向下运动，驱动第二液压马
达转动将高压空气中储存的能量释放，膨胀过程大部分的冷量被传递至蓄能液体中；
[0025](3)排气过程：第三开关阀关闭，第四开关阀打开，第二液压泵从蓄热装置中将高于环境温度的蓄能液体从第四汇流板注入，充满膨胀
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蓄冷耦合式膨胀机，将低压空气排入低压膨胀机；
[0026]低压膨胀过程：低压空气驱动低压膨胀机将低压空气中储存的能量释放，空气膨胀后得到常压空气排出。
[0027]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0028]本专利技术引入压缩
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蓄热耦合式压缩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于蓄热和蓄冷的压缩空气储能装置，其特征在于，包括低压压缩机、液压泵、压缩
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蓄热耦合式压缩机、液压马达、储气罐、蓄热装置、膨胀
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蓄冷耦合式膨胀机、蓄冷装置和低压膨胀机；压缩
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蓄热耦合式压缩机由第一汇流板、第一阵列式散热管和第二汇流板组成；第一阵列式散热管由若干根结构相同且并联连接的散热管组成，上下端与第一汇流板和第二汇流板串联；膨胀
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蓄冷耦合式膨胀机由第三汇流板、第二阵列式散热管和第四汇流板组成；第二阵列式散热管由若干根结构相同且并联连接的散热管组成，上下端与第三汇流板和第四汇流板串联；第一汇流板和第三汇流板上均设有进气口和排气口，进气口和排气口对称设置在第一汇流板、第三汇流板的侧壁上；第一液压泵和第一液压马达对称连接在第二汇流板的侧壁上，第二液压泵和第二液压马达对称连接在第四汇流板的侧壁上；低压压缩机的进口连通大气，出口通过第一开关阀连接第一汇流板的进气口，第一汇流板的排气口通过第二开关阀连接储气罐的高压空气入口，储气罐的高压空气出口通过第三开关阀连接第三汇流板的进气口，第三汇流板的排气口通过第四开关阀连接低压膨胀机的进口，低压膨胀机的出口连通大气；蓄冷装置中的蓄能液体低于环境温度，蓄热装置中的蓄能液体高于环境温度；蓄冷装置的出口通过第一液压泵连接第二汇流板的入口，第二汇流板的出口通过第一液压马达连接蓄热装置的入口，蓄热装置的出口通过第二液压泵连接第四汇流板的入口，第四汇流板的出口通过第二液压马达连接蓄冷装置的入口。2.根据权利要求1所述的一种基于蓄热和蓄冷的压缩空气储能装置，其特征在于，第一阵列式散热管和第二阵列式散热管中散热管的排列方式为顺排或叉排。3.根据权利要求1所述的一种基于蓄热和蓄冷的压缩空气储能装置，其特征在于，低压压缩机、低压膨胀机采用螺杆式、离心式或轴流式的非往复式结构。4.一种基于蓄热和蓄冷的压缩空气储能方法，其特征在于，包括低压压缩过程、气液增压蓄热过程、气液膨胀蓄冷过程和低压膨胀过程；储能时，空气经低压压缩过程和气液增压蓄热过程，将能量储存后，进入储气罐；低压压缩过程：大气吸入低压压缩机,空气压缩后得到低压空气排出；气液增压蓄热过程，包括以下步骤：(1)进气过程：第一开关阀打开，第二开关阀关闭，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡诗伟，李吉冬，许未晴，蔡茂林，杜丙同，李晶，
申请(专利权)人：山东爱索科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：