【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及压缩空气储能电站的储热系统，更具体地说它是一种近似恒压式带压热水储热系统。本专利技术还涉及这种近似恒压式带压热水储热系统的运行方法。
技术介绍
1、压缩空气储能系统是目前公认的可以媲美抽水蓄能的大容量、超长时储能技术，可为电网提供调峰、调频、调相、黑启动、旋转惯量等辅助服务，受到了国内外学者的广泛关注；目前国内已有多个大容量压缩空气储能项目建成或正在建设中。
2、压缩空气储能系统包括压缩储能系统、膨胀发电系统、储热系统、换热系统和储气库系统；压缩空气储能电站的主要技术指标包括造价和电电转换效率；根据相关研究发现，在相同边界条件下，随着储热温度的提高，系统电电转换效率逐渐提高；但随着储热温度的提高，随之带来一个不容忽视的问题，即储热介质的适用性和经济性问题；目前主流的提高储热温度的系统方案是采用导热油或熔融盐作为储热介质，但导热油存在造价过高、介质有毒及安全性风险等问题；熔融盐造价相比导热油大幅降低，但相对整个电站投资来说，其投资占比也不容忽视，除此之外，液态熔融盐凝点较高，在电站启停阶段及电站停运期间存在冷凝风险，这对电站的安全稳定运行影响巨大；由此可以看出，压缩空气储能电站的储热系统选择直接决定了电站的经济性和效率。
3、为解决上述问题，申请人申请了《采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统》(申请号：202123240965.2)、《一种压力自平衡式高温热水储热系统及其运行方法》(申请号：202111476481.1)、《采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统及其运行方法》(申请号：202
4、该带压热水储热系统为保证运行过程中热水始终处于液态，避免罐内热水发生气化，利用带压气体维持罐内气压始终不低于储热温度对应的饱和压力(以上述专利提出的180℃储热温度案例为例，对应饱和压力为1.0mpa)；同时为应对储罐内液位变化带来的压力波动，设计的高温水罐和低温水罐的最高承受压力均大于储热温度对应的饱和压力(以上述专利提出的180℃储热温度案例为例，储罐最高承压不低于1.5mpa)；由上述可以看出，该系统方案的储罐设计压力大于储罐储热温度对应的饱和压力；储罐设计压力提高，可以有效承受运行过程中压力波动影响，但设计压力越高，相同容积的储罐设计壁厚越厚，储罐耗钢量越大，带来的问题就是储罐成本的提高；同样，设计压力越高，受限于球罐用钢板厚度限制，单个球罐所能做到的容积也越小，进而在相同储热水量基础下，所需球罐的数量越多，储热系统占地面积增大，这也会进一步提高电站的投资；此外，大容量压缩空气储能电站所用的储罐容积大、壁厚厚(以上述建成的某300mw级压缩空气储能电站示范工程储罐为例，单个储罐容积达3500m3，储罐壁厚50mm)，运行过程中储罐内压力的反复、大幅度波动，不可避免的会给储罐带来应力疲劳，提高了储罐的运行风险，降低了储罐的有效寿命。
5、虽然上述问题可通过在设计阶段采用应力分析设计及疲劳设备设计来解决，但必然给储罐的设计选型和设计周期带来影响，同时也不可避免的增加一定成本。
6、因此，研发一种在保证储热系统安全稳定运行的基础上，可有效减小高温水罐和低温水罐内的压力波动、减缓高温水罐和低温水罐的应力疲劳、提高高温水罐和低温水罐使用寿命，同时有效降低高温水罐和低温水罐设计压力、降低高温水罐和低温水罐耗钢量、进而降低储热系统的总投资、具有良好经济效益的近似恒压式带压热水储热系统及其运行方法很有必要。
技术实现思路
1、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，而提供一种近似恒压式带压热水储热系统；以解决现有技术采用高压高温热水蓄热的储热系统的储罐设计压力相比储热温度对应的饱和压力提高较多、单个储罐容积受限、储罐耗钢量大、造价较高的问题，进一步提高压缩空气储能电站储热系统的经济性；以解决现有技术采用高压高温热水蓄热的储热系统的储罐在运行过程中压力波动范围较大、储罐始终承受应力疲劳、使用寿命受影响的问题，进一步降低储罐设计压力及压力波动，减缓应力疲劳，提高储罐使用寿命；以解决现有技术采用高压高温热水蓄热的储热系统的储罐设计难度较大和设计周期较长问题，降低储罐设计难度，提高设计效率。
2、本专利技术的第二目的是为了提供这种近似恒压式带压热水储热系统的运行方法。
3、为了实现上述第一目的，本专利技术的技术方案为：一种近似恒压式带压热水储热系统，包括带压热水储热系统a，所述带压热水储热系统a包括至少一个高温水罐、至少一个低温水罐；所述高温水罐和低温水罐内有稳压气体，高温水罐和低温水罐通过联通管连接，高温水罐通过高温水循环泵、至少一级的膨胀侧换热器与低温水罐连接，低温水罐通过低温水循环泵、至少一级的压缩侧换热器与高温水罐连接；
4、其特征在于：还包括压力稳定系统b，所述压力稳定系统b包括缓冲罐、高压储气罐、稳压气体增压系统；
5、所述缓冲罐与联通管连接，高压储气罐与联通管连接；所述稳压气体增压系统包括稳压气体压缩机、稳压气体冷却器和气水分离器；所述稳压气体压缩机与电动机连接；
6、所述缓冲罐依次通过稳压气体压缩机、稳压气体冷却器和气水分离器与高压储气罐连接。
7、在上述技术方案中，所述压力稳定系统b还包括高低温水罐放气稳压系统，所述高低温水罐放气稳压系统包括缓冲罐入口冷却器，所述联通管通过缓冲罐入口冷却器与缓冲罐连接。
8、在上述技术方案中，所述压力稳定系统b还包括高低温水罐注气稳压系统，所述高低温水罐注气稳压系统包括注气稳压减压阀，所述高压储气罐通过注气稳压减压阀与联通管连接。
9、在上述技术方案中，所述稳压气体增压系统还包括再循环管路，所述再循环管路上设置再循环阀；所述稳压气体冷却器(320)与气水分离器(330)连接后一路通过再循环管路(340)与缓冲罐(210)连接、另一路与高压储气罐(220)连接。
10、在上述技术方案中，所述压力稳定系统b还包括冷凝水系统，所述冷凝水系统包括高压储气罐疏水系统、稳压气体冷却器疏水系统、气水分离器疏水系统、缓冲罐入口冷却器疏水系统和冷凝水泵；
11、所述高压储气罐疏水系统包括第一疏水器，所述高压储气罐通过第一疏水器与缓冲罐连接；所述稳压气体冷却器疏水系统包括第二疏水器，所述稳压气体冷却器通过第二疏水器与缓冲罐连接；所述气水分离器疏水系统包括第三本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种近似恒压式带压热水储热系统，包括带压热水储热系统(A)，所述带压热水储热系统(A)包括至少一个高温水罐(110)、至少一个低温水罐(120)；所述高温水罐(110)和低温水罐(120)内有稳压气体，高温水罐(110)和低温水罐(120)通过联通管(130)连接，高温水罐(110)通过高温水循环泵(141)、至少一级的膨胀侧换热器(151)与低温水罐(120)连接，低温水罐(120)通过低温水循环泵(142)、至少一级的压缩侧换热器(152)与高温水罐(110)连接；
2.根据权利要求1所述的一种近似恒压式带压热水储热系统，其特征在于：所述压力稳定系统(B)还包括高低温水罐放气稳压系统(400)，所述高低温水罐放气稳压系统(400)包括缓冲罐入口冷却器(410)，所述联通管(130)通过缓冲罐入口冷却器(410)与缓冲罐(210)连接。
3.根据权利要求2所述的一种近似恒压式带压热水储热系统，其特征在于：所述压力稳定系统(B)还包括高低温水罐注气稳压系统(500)，所述高低温水罐注气稳压系统(500)包括注气稳压减压阀(510)，所述高压储气罐(22
4.根据权利要求3所述的一种近似恒压式带压热水储热系统，其特征在于：所述稳压气体增压系统(300)还包括再循环管路(340)，所述再循环管路(340)上设置再循环阀(341)；所述稳压气体冷却器(320)与气水分离器(330)连接后一路通过再循环管路(340)与缓冲罐(210)连接、另一路与高压储气罐(220)连接。
5.根据权利要求4所述的一种近似恒压式带压热水储热系统，其特征在于：所述压力稳定系统(B)还包括冷凝水系统(600)，所述冷凝水系统(600)包括高压储气罐疏水系统(610)、稳压气体冷却器疏水系统(620)、气水分离器疏水系统(630)、缓冲罐入口冷却器疏水系统(640)和冷凝水泵(650)；
6.根据权利要求5所述的一种近似恒压式带压热水储热系统，其特征在于：所述压力稳定系统(B)还包括稳压气体补充系统(700)，所述稳压气体补充系统(700)包括稳压气体瓶组(710)，所述稳压气体瓶组(710)与高压储气罐(220)连接。
7.根据权利要求1所述的一种近似恒压式带压热水储热系统，其特征在于：所述低温水循环泵(142)和高温水循环泵(141)合并设置，所述压缩侧换热器(152)和膨胀侧换热器(151)合并设置。
8.根据权利要求6所述的一种近似恒压式带压热水储热系统，其特征在于：所述低温水循环泵(142)至少设置两台、其中一台备用，所述高温水循环泵(141)至少设置两台、其中一台备用，所述稳压气体压缩机(310)至少设置两台、其中一台备用，所述电动机(311)至少设置两台、其中一台备用，所述再循环管路(340)至少设置两套、其中一套备用，所述注气稳压减压阀(510)至少设置两台、其中一台备用，所述冷凝水泵(650)至少设置两台、其中一台备用。
9.根据权利要求6所述一种近似恒压式带压热水储热系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述一种近似恒压式带压热水储热系统的运行方法，其特征在于，在步骤3中，运行过程中，高压储气罐(220)内压力不断升高，通过变频调节稳压气体压缩机(310)出力满足出口压力匹配高压储气罐(220)内压力；同时，缓冲罐入口冷却器(410)冷凝水、稳压气体冷却器(320)冷凝水、气水分离器(330)冷凝水经各自疏水器进入缓冲罐(210)；当缓冲罐(210)内冷凝水液位达到设定值后，启动冷凝水泵(650)，将冷凝水泵入低温水罐(120)。
...【技术特征摘要】
1.一种近似恒压式带压热水储热系统，包括带压热水储热系统(a)，所述带压热水储热系统(a)包括至少一个高温水罐(110)、至少一个低温水罐(120)；所述高温水罐(110)和低温水罐(120)内有稳压气体，高温水罐(110)和低温水罐(120)通过联通管(130)连接，高温水罐(110)通过高温水循环泵(141)、至少一级的膨胀侧换热器(151)与低温水罐(120)连接，低温水罐(120)通过低温水循环泵(142)、至少一级的压缩侧换热器(152)与高温水罐(110)连接；
2.根据权利要求1所述的一种近似恒压式带压热水储热系统，其特征在于：所述压力稳定系统(b)还包括高低温水罐放气稳压系统(400)，所述高低温水罐放气稳压系统(400)包括缓冲罐入口冷却器(410)，所述联通管(130)通过缓冲罐入口冷却器(410)与缓冲罐(210)连接。
3.根据权利要求2所述的一种近似恒压式带压热水储热系统，其特征在于：所述压力稳定系统(b)还包括高低温水罐注气稳压系统(500)，所述高低温水罐注气稳压系统(500)包括注气稳压减压阀(510)，所述高压储气罐(220)通过注气稳压减压阀(510)与联通管(130)连接。
4.根据权利要求3所述的一种近似恒压式带压热水储热系统，其特征在于：所述稳压气体增压系统(300)还包括再循环管路(340)，所述再循环管路(340)上设置再循环阀(341)；所述稳压气体冷却器(320)与气水分离器(330)连接后一路通过再循环管路(340)与缓冲罐(210)连接、另一路与高压储气罐(220)连接。
5.根据权利要求4所述的一种近似恒压式带压热水储热系统，其特征在于：所述压力稳定系统(b)还包括冷凝水系统(600)，所述冷凝水系统(600)包括高压储气罐疏水系统(610)、稳压气体冷却...
【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，韩亮，阮刚，张凯，李欣，刘璟，潘剑，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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