【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力储能，特别涉及一种多级余热利用的压缩空气储能系统。
技术介绍
1、压缩空气储能系统作为典型的能量型储能系统因规模大、灵活性强、开发利用不受地理位置限制等特点近年来受到广泛关注，然而，空气压缩和膨胀过程中的热损失，膨胀发电过程中排气余热的热量损失，及储能-释能循环过程结束后，由于储能时存在电-热转换的熵增热，使得在膨胀发电过程结束之后，仍然有部分存储的高温热量未能被利用，由此对压缩空气储能系统的效率产生影响。
2、在相关技术中，有研究将压缩空气储能系统中的换热系统与厂区热网系统连接，通过厂区中的富余电能对压缩空气储能系统进行驱动，压缩空气储能系统中产生的余热用于厂区供热，实现热量的转移利用。也有研究直接将膨胀发电系统的排气用以驱动小膨胀比膨胀系统发电，提升电-电转换效率，但是膨胀发电系统排气的压力和温度相对较低，可发电量有限。
3、采用相关技术中的方式对压缩空气储能系统中的排气余热进行再利用，由于膨胀发电系统排气的压力和温度相对较低，可发电的电量和输出功率有限，能量转换效率依然较低。因此，有必要进一步研究将余热废热用于压缩空气储能系统发电的方法，提高膨胀发电系统入口温度，以有效提升能量转换效率。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了一种多级余热利用的压缩空气储能系统，能够有效利用压缩空气储能系统排气余热，联合运行的其他系统的余废热和压缩过程中的高温蓄热，提高压缩空气储能系统的能量转化效率。所述技术方案如下：
2、本专利技术实施
3、空气压缩系统、换热系统、储气系统、第一膨胀发电系统、第二膨胀发电系统和多级余热利用系统，
4、所述换热系统包括第一换热器、第二换热器、储热装置和储冷装置，
5、所述多级余热利用系统包括第三换热器、第四换热器和第五换热器，
6、所述第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器和第五换热器均包括低温侧流道和高温侧流道，
7、所述空气压缩系统的与所述第一换热器的高温侧流道的上游连接，所述第一换热器的高温侧流道下游与所述储气系统的进口连接，所述储气系统的出口与所述第二换热器的低温侧流道上游连接，所述第二换热器的低温侧流道下游与所述第一膨胀发电系统连接，所述第一膨胀发电系统的排气口与所述第三换热器的高温侧流道上游连接，所述第三换热器的高温侧流道下游与外部连通，
8、所述储气系统的出口还与所述第三换热器的低温侧流道上游连接，所述第三换热器的低温侧流道下游与所述第四换热器的低温侧流道上游连接，所述第四换热器的低温流道下游与所述第二膨胀发电系统连接，
9、所述第二换热器的高温侧流道上游与所述储热装置连接，所述第二换热器的高温侧流道下游连接至储冷装置，所述第一换热器低温侧流道上游与储能装置连接，所述第一换热器的低温侧流道下游连接至储热装置，
10、所述第四换热器的高温侧流道上游与所述储热装置连接，所述第四换热器的高温侧流道下游与所述储冷装置连接。
11、可选地，所述第一膨胀发电系统包括第一膨胀设备和第一发电机，所述第二膨胀发电系统包括第二膨胀设备和第二发电机，所述第一发电机的额定发电功率大于所述第二发电机的额定发电功率。
12、可选地，所述储气系统包括第一储气装置和第二储气装置，所述第一换热器的高温侧流道下游与所述第一储气装置的进气口和所述第二储气装置的进气口连接，所述第一储气装置的出气口分别与所述第三换热器的低温侧流道上游以及所述第二换热器的低温侧流道上游连接，所述第二储气装置的出气口分别与所述第三换热器的低温侧流道上游以及所述第二换热器的低温侧流道上游连接。
13、可选地，所述第一换热器的高温侧流道下游与所述第一储气装置的进气口，所述第一换热器的高温侧流道下游与所述第二储气装置的进气口之间均设置有第一开关阀和第一节流阀。
14、可选地，所述第一储气装置的出气口和所述第二储气装置的出气口处均设置有第二节流阀，所述第二节流阀的出口与所述第二换热器的低温侧流道上游以及所述第三换热器的低温侧流道上游之间均设置有第二开关阀。
15、可选地，所述第一储气装置和所述第二储气装置的初始气压、所述第一膨胀设备的最低工作压力和所述第二膨胀设备的最低工作压力依次减小。
16、可选地，所述储热装置与所述第二换热器的高温侧流道上游，所述储热装置与所述第四换热器的高温侧流道上游之间均设置有第三开关阀。
17、可选地，所述多级余热利用的压缩空气储能系统还包括其他余热产生系统，所述其他余热产生系统包括蓄热装置和变换装置，所述多级余热利用系统还包括第五换热器，所述第五换热器的低温侧流道上游与所述第三换热器的低温侧流道下游连接，所述第五换热器的低温侧流道下游与所述第四换热器的低温侧流道上游连接，所述第五换热器的高温侧流道上游与所述蓄热装置连接，所述第五换热器的高温侧流道下游与所述储冷装置连接。
18、可选地，所述其他余热产生系统包括飞轮储能系统、制氢系统和电化学储能系统中的至少一种。
19、本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
20、(1)该系统可以有效利用压缩空气储能系统排气余热和高温蓄热，提高压缩空气储能系统的能量转换效率；
21、(2)压缩储能系统利用了飞轮储能系统、制氢系统、电化学储能等其他系统运行过程中的废热，有效实现了热电转换，提升了联合运行系统的整体能量转换效率；
22、(3)不同发电功率等级的膨胀发电系统并联提升了压缩空气储能系统的最大可输出功率，实现多等级发电系统发电，扩大了压缩空气储能系统的运行区间。
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1.一种多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，包括：空气压缩系统(1)、换热系统、储气系统(3)、第一膨胀发电系统(4)、第二膨胀发电系统(5)和多级余热利用系统(6)，
2.根据权利要求1所述的多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一膨胀发电系统(4)包括第一膨胀设备(41)和第一发电机(42)，所述第二膨胀发电系统(5)包括第二膨胀设备(51)和第二发电机(52)，所述第一发电机(42)的额定发电功率大于所述第二发电机(52)的额定发电功率。
3.根据权利要求2所述的多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述储气系统(3)包括第一储气装置(31)和第二储气装置(32)，所述第一换热器(21)的高温侧流道下游与所述第一储气装置(31)的进气口和所述第二储气装置(32)的进气口连接，所述第一储气装置(31)的出气口分别与所述第三换热器(61)的低温侧流道上游以及所述第二换热器(22)的低温侧流道上游连接，所述第二储气装置(32)的出气口分别与所述第三换热器(61)的低温侧流道上游以及所述第二换热器(22)的低温侧流道上游连接。>
4.根据权利要求3所述的多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一换热器(21)的高温侧流道下游与所述第一储气装置(31)的进气口，所述第一换热器(21)的高温侧流道下游与所述第二储气装置(32)的进气口之间均设置有第一开关阀(71)和第一节流阀(72)。
5.根据权利要求3所述的多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一储气装置(31)的出气口和所述第二储气装置(32)的出气口处均设置有第二节流阀(73)，所述第二节流阀(73)的出口与所述第二换热器(22)的低温侧流道上游以及所述第三换热器(61)的低温侧流道上游之间均设置有第二开关阀(74)。
6.根据权利要求3所述的多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一储气装置(31)和所述第二储气装置(32)的初始气压、所述第一膨胀设备(41)的最低工作压力和所述第二膨胀设备(51)的最低工作压力依次减小。
7.根据权利要求1所述的多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述储热装置(23)与所述第二换热器(22)的高温侧流道上游，所述储热装置(23)与所述第四换热器(62)的高温侧流道上游之间均设置有第三开关阀(75)。
8.根据权利要求1至7任一项所述的多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述多级余热利用的压缩空气储能系统还包括其他余热产生系统(8)，所述其他余热产生系统(8)包括蓄热装置(82)和变换装置(83)，所述多级余热利用系统(6)还包括第五换热器(63)，所述第五换热器(63)的低温侧流道上游与所述第三换热器(61)的低温侧流道下游连接，所述第五换热器(63)的低温侧流道下游与所述第四换热器(62)的低温侧流道上游连接，所述第五换热器(63)的高温侧流道上游与所述蓄热装置(82)连接，所述第五换热器(63)的高温侧流道下游与所述储冷装置(24)连接。
9.根据权利要求8所述的多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述其他余热产生系统(8)包括飞轮储能系统、制氢系统和电化学储能系统中的至少一种。
...【技术特征摘要】
1.一种多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，包括：空气压缩系统(1)、换热系统、储气系统(3)、第一膨胀发电系统(4)、第二膨胀发电系统(5)和多级余热利用系统(6)，
2.根据权利要求1所述的多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一膨胀发电系统(4)包括第一膨胀设备(41)和第一发电机(42)，所述第二膨胀发电系统(5)包括第二膨胀设备(51)和第二发电机(52)，所述第一发电机(42)的额定发电功率大于所述第二发电机(52)的额定发电功率。
3.根据权利要求2所述的多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述储气系统(3)包括第一储气装置(31)和第二储气装置(32)，所述第一换热器(21)的高温侧流道下游与所述第一储气装置(31)的进气口和所述第二储气装置(32)的进气口连接，所述第一储气装置(31)的出气口分别与所述第三换热器(61)的低温侧流道上游以及所述第二换热器(22)的低温侧流道上游连接，所述第二储气装置(32)的出气口分别与所述第三换热器(61)的低温侧流道上游以及所述第二换热器(22)的低温侧流道上游连接。
4.根据权利要求3所述的多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一换热器(21)的高温侧流道下游与所述第一储气装置(31)的进气口，所述第一换热器(21)的高温侧流道下游与所述第二储气装置(32)的进气口之间均设置有第一开关阀(71)和第一节流阀(72)。
5.根据权利要求3所述的多级余热利用的压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一储气装置(31)的出气口和所述第二储气装...
【专利技术属性】
技术研发人员：张甜甜，刘海波，喻飞，何杰，张鹏，张旭，陈昕，邓超，洪畅，邹俊，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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