一种模块化配置换热系统共用的CAES系统及使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种模块化配置换热系统共用的CAES系统，涉及压缩空气储能电站技术领域。它包括换热器模块、空气压缩机、空气透平、储气库、低温储罐和高温储罐，空气压缩机出口和空气透平入口均与换热器模块高温侧的高温压缩空气母管连接；储气库入口与换热器模块低温侧的低温压缩空气母管连接；低温储罐与换热器模块低温侧的低温储热介质母管连接；高温储罐与换热器模块高温侧的高温储热介质母管连接。本发明专利技术的压缩侧和膨胀侧换热系统共用，可以解决换热器设备数量多、占地面积大、投资高的问题。本发明专利技术还公开了这种模块化配置换热系统共用的CAES系统的使用方法。统共用的CAES系统的使用方法。统共用的CAES系统的使用方法。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化配置换热系统共用的CAES系统及使用方法


[0001]本专利技术涉及压缩空气储能电站
，更具体地说它是一种模块化配置换热系统共用的CAES系统。本专利技术还涉及这种模块化配置换热系统共用的CAES系统的使用方法。

技术介绍

[0002]储能是支撑我国大规模发展新能源、保障能源安全的关键技术之一，具有提高新能源消纳比例、保障电力系统安全稳定运行、提高发输配电设施利用率、促进多网融合等多方面作用；同时，储能是将随机波动能源变为友好能源的关键技术之一；应用储能技术，可打破原有电力系统发输变配用必须实时平衡的瓶颈。
[0003]非补燃式压缩空气储能系统具有规模大、响应快、效率高、成本低、环保等优点，可实现电力调峰、调频、调相、旋转备用、应急响应等储能服务，提升电力系统效率、稳定性、安全性。整体系统主要由压缩储能系统、膨胀发电系统、换热系统、储热系统及储气系统构成，运行分为储能过程和释能过程；储能过程是在电网负荷低谷期间，通过空气压缩机将电能转化为空气内能，并将高温高压空气经换热器冷却后储存在盐穴、洞穴、矿井或压力容器等储气库中；释能过程是在电网负荷高峰期间，放出储气库中的高压空气，经换热器加热后，推动空气透平发电。
[0004]换热器作为储能和释能过程中热量交换的工具，是非补燃式压缩空气储能系统实现热平衡的核心装备，换热器的设计直接影响系统的配置和效率；另外，常规压缩空气储能电站在压缩侧和透平侧分别设置换热器，导致换热器数量多、占地广，费用高。
[0005]压缩空气储能电站的主要作用是削峰填谷，促进新能源的消纳，因此其在一个周期内的运行小时数是由当地电网峰谷特性决定，一般储能时长和释能时长并不一致；目前国内已投运或在建的压缩空气储能电站，储能时长均大于释能时长；以储能8h，释能5h为例，由于储气库在一个周期内注入的空气总量和采出的空气总量相等，释能阶段采气流量将是储能阶段注气流量的1.6倍；此时如果压缩侧和膨胀侧的换热回路完整共用，则回路中气流流量在储能和释能阶段的巨大差异将导致换热器内部空气流速相对设计流速过快或过慢，如果流速过慢则会降低换热系数，增大换热端差，降低热能利用率从而降低整套系统效率；如果流速过快则会导致气侧压损增加，降低整套系统效率，同时流速过快也会导致换热器内部管束振动，影响其安全稳定运行。
[0006]专利CN113027734 A中提出一种基于蓄热释热共用回路的压缩空气储能系统及方法，通过共用回路克服了常规系统中两个回路投资成本过高的问题；
[0007]专利CN 105370408 A中提出一种新型蓄热式压缩空气储能系统，通过压缩机组和膨胀机组共用换热器，解决了蓄热式压缩空气储能系统换热器重复布置、占地多、成本高等问题。
[0008]但是，以上两个专利均为换热回路完整共用，适用于储能和释能阶段压缩空气流量差别不大的场景，否则换热器内空气流速将偏离设计工况而导致换热效效果变差，甚至影响换热器安全稳定运行。
[0009]因此，研发一种模块化配置换热系统共用的CAES系统很有必要。

技术实现思路

[0010]本专利技术的第一目的是为了克服上述
技术介绍
的不足之处，而提供一种模块化配置换热系统共用的CAES系统。
[0011]本专利技术的第二目的是为了提供这种模块化配置换热系统共用的CAES系统的使用方法。
[0012]为了实现上述第一目的，本专利技术的技术方案为：一种模块化配置换热系统共用的CAES系统，其特征在于：包括换热器模块、空气压缩机、空气透平、储气库、低温储罐和高温储罐，所述空气压缩机出口和空气透平入口均与换热器模块高温侧的高温压缩空气母管连接；所述储气库入口与换热器模块低温侧的低温压缩空气母管连接；
[0013]所述低温储罐与换热器模块低温侧的低温储热介质母管连接；所述高温储罐与换热器模块高温侧的高温储热介质母管连接。
[0014]在上述技术方案中，所述空气压缩机出口设置有第一隔离阀，所述空气透平入口设置有第二隔离阀，所述储气库入口设置有第三隔离阀。
[0015]在上述技术方案中，所述低温储罐通过第一泵组与低温储热介质母管连接，所述高温储罐通过第二泵组与高温储热介质母管连接。
[0016]在上述技术方案中，所述第一泵组上设置有第一旁路阀，所述第二泵组上设置有第二旁路阀。
[0017]在上述技术方案中，所述换热器模块包括备用换热器模块、M换热器模块和N换热器模块，所述备用换热器模块的换热器数量为1，M换热器模块的换热器数量为m，N换热器模块的换热器数量为n。
[0018]在上述技术方案中，所述备用换热器模块、M换热器模块和N换热器模块均设置第一空气接口、第二空气接口、第一储热介质接口和第二储热介质接口；所述第一空气接口和第二储热介质接口位于换热器模块的高温侧，所述第二空气接口和第一储热介质接口位于换热器模块的低温侧，所述第一空气接口通过第四隔离阀与高温压缩空气母管连接，所述第二空气接口通过第五隔离阀与低温压缩空气母管连接，所述第一储热介质接口通过第六隔离阀与低温储热介质母管连接，所述第二储热介质接口通过第七隔离阀与高温储热介质母管连接。
[0019]为了实现上述第二目的，本专利技术的技术方案为：一种模块化配置换热系统共用的CAES系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0020]步骤1：空气侧在储能阶段，M换热器模块投入使用，关闭第二隔离阀，打开空气压缩机和第一隔离阀，当空气压缩机出口压力达到注气压力后打开第三隔离阀向储气库注气，此时投入的换热器数量有m个，备用换热器模块和N换热器模块关闭；
[0021]步骤2：空气侧在释能阶段，打开第二隔离阀和第三隔离阀，关闭第一隔离阀，打开M换热器模块和N换热器模块进出口的第四隔离阀和第五隔离阀，高压空气通过换热器模块加热后冲转透平发电，此时参与换热的换热器数量有m+n个，备用换热器模块的第四隔离阀和第五隔离阀均关闭；
[0022]步骤3：换热介质侧在储能阶段中，关闭第一旁路阀，打开第二旁路阀，通过第一泵
组将低温储热介质从低温储罐中输送到换热器模块中吸收压缩热，升温后流入高温储罐；
[0023]步骤4：换热介质侧在在发电阶段，打开第一旁路阀，关闭第二旁路阀，通过第二泵组将高温储热介质从高温储罐中输送到换热器释热降温后流入低温储罐；第一储热介质接口和第二储热介质接口的第六隔离阀和第七隔离阀与第一空气接口和第二空气接口的第四隔离阀和第五隔离阀开关状态保持一致。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0025]1)本专利技术的压缩侧和膨胀侧换热系统共用，可以解决换热器设备数量多、占地面积大、投资高的问题。
[0026]2)本专利技术通过换热器模块化设计，提高设备使用率，减少换热器类型，降低制造成本。
[0027]3)本专利技术通过换热器模块在储能和发电阶段的灵活配置，匹配电站当地储发电时长，解决常规换热回路共用，储发电时长不一致时换热器偏离设计工况，影响电站安全稳定运行，导致全厂电电转化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化配置换热系统共用的CAES系统，其特征在于：包括换热器模块(1)、空气压缩机(2)、空气透平(3)、储气库(4)、低温储罐(5)和高温储罐(6)，所述空气压缩机(2)出口和空气透平(3)入口均与换热器模块(1)高温侧的高温压缩空气母管(11)连接；所述储气库(4)入口与换热器模块(1)低温侧的低温压缩空气母管(12)连接；所述低温储罐(5)与换热器模块(1)低温侧的低温储热介质母管(13)连接；所述高温储罐(6)与换热器模块(1)高温侧的高温储热介质母管(14)连接。2.根据权利要求1所述的一种模块化配置换热系统共用的CAES系统，其特征在于：所述空气压缩机(2)出口设置有第一隔离阀(21)，所述空气透平(3)入口设置有第二隔离阀(31)，所述储气库(4)入口设置有第三隔离阀(41)。3.根据权利要求2所述的一种模块化配置换热系统共用的CAES系统，其特征在于：所述低温储罐(5)通过第一泵组(51)与低温储热介质母管(13)连接，所述高温储罐(6)通过第二泵组(61)与高温储热介质母管(14)连接。4.根据权利要求3所述的一种模块化配置换热系统共用的CAES系统，其特征在于：所述第一泵组(51)上设置有第一旁路阀(52)，所述第二泵组(61)上设置有第二旁路阀(62)。5.根据权利要求4所述的一种模块化配置换热系统共用的CAES系统，其特征在于：所述换热器模块(1)包括备用换热器模块(15)、M换热器模块(16)和N换热器模块(17)，所述备用换热器模块(15)的换热器数量为1，M换热器模块(16)的换热器数量为m，N换热器模块(17)的换热器数量为n。6.根据权利要求5所述的一种模块化配置换热系统共用的CAES系统，其特征在于：所述备用换热器模块(15)、M换热器模块(16)和N换热器模块(17)均设置第一空气接口(181)、第二空气接口(182)、第一储热介质接口(183)和第二储热介质接口(184)；所述第一空气接口(181)和第二储热介质接口(184)位于换热器模块(1)的高温侧，所述第二空气接口(182)和第一储...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，韩亮，李欣，阮刚，陈琪，林志恒，陈牧，董军，陈俊，郑良栋，李军，周刊，林磊鑫，吴沛东，骆骏，
申请(专利权)人：中能建数字科技有限公司，
类型：发明
国别省市：