CN106677848A - 一种以空气及水为储能工质的联合储能***及方法 - Google Patents

一种以空气及水为储能工质的联合储能***及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106677848A
CN106677848A CN201611246501.3A CN201611246501A CN106677848A CN 106677848 A CN106677848 A CN 106677848A CN 201611246501 A CN201611246501 A CN 201611246501A CN 106677848 A CN106677848 A CN 106677848A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
water
air
storage
ore deposit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611246501.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106677848B (zh
Inventor
席光
胡杨
王焕然
姚尔人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201611246501.3A priority Critical patent/CN106677848B/zh
Publication of CN106677848A publication Critical patent/CN106677848A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106677848B publication Critical patent/CN106677848B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/02—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of multiple-expansion type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/004—Valve arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明公开一种以空气及水为储能工质的联合储能***及方法，所述***包括空气压缩储能单元、空气膨胀释能单元、水储能单元、水释能单元、释能逻辑判断单元和热储存循环回路；本发明基于气、水共容舱以及蓄热/换热器的优化匹配，利用压缩/不可压缩流体的做功特性，将高压空气存储的压力能分阶段释放进行连续发电：优先利用水轮机释放发电，剩余带压空气吸收压缩热后再通过空气膨胀机做功，实现压缩储能过程中所储的压力能、热能的分类梯级高效利用，相比传统压缩空气储能技术，本发明有效提高了储能***的电转换效率及对电网调控的快速响应能力，无补然、无污染、是实现清洁、高效、经济大规模储能的有效途径。

Description

一种以空气及水为储能工质的联合储能***及方法
技术领域
本发明属于大型电能物理储能领域，特别涉及一种以压缩空气储能技术为基础，结合利用水蓄能/释能的方式实现大规模、高效的联合储能***。
背景技术
从目前的科技发展水平来看，压缩空气储能技术(CAES)和抽水蓄能技术是能够实现电能大规模储存仅有的两种技术。压缩空气储能技术在国外已有30年以上的应用和发展历史，今天仍在安全运行。代表电站有美国的阿拉巴马州电力公司在麦金托什(McIntosh)地区兴建的压缩空气储能电站和德国的Huntorf压缩空气储能电站。
根据国外压缩空气储能电站热力***的技术特点和发展历史，其以燃气轮机技术为基础。主要原理是利用电厂的富余电力将空气进行压缩并存储在地下储气室中，当需要时再将高压空气释放，利用透平对外做功。现有压缩空气储能***一般需要补燃，或者虽可以不补燃，但需利用压缩空气在常温常压状态下膨胀到低温(-150℃左右)，这使得***的总能量转换效率低、经济性差、响应时间慢。
抽水蓄能技术具有转换效率高、响应时间快等特点，但对地上地理环境选址要求苛刻。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以空气及水为储能工质的联合储能***及方法，以解决传统压缩空气储能响应时间慢、电能转化效率低的问题；本发明以压缩空气储能技术为基础，结合利用水蓄能/释能的方式实现大规模、高效的联合储能；本发明实现了对能量的分类利用，且不要补燃、无污染。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种以空气及水为储能工质的联合储能***，包括空气压缩储能单元、空气膨胀释能单元、水储能单元、水释能单元、释能逻辑判断单元和热储存循环回路；
空气压缩储能单元包括压缩机组和驱动压缩机组的压缩机组电机；压缩机组的出口连接地下大型高压储气矿洞；
空气膨胀释能单元包括膨胀机组和连接膨胀机组的膨胀机组发电机；
水储能单元包括水泵机组、水泵机组电机和储水矿洞侧开关阀门，其中，水泵机组的进口通过储水矿洞侧开关阀门与大型地下常压储水矿洞下部连通，水泵机组的出口通过管路与大型地下高压气、水共储矿洞上部连通；水泵机组连接水泵机组电机；
水释能单元包括水轮机机组、水轮机机组发电机和气、水共储矿洞侧开关阀门，其中，水轮机的进口通过管路和气、水共储矿洞侧开关阀门与大型地下高压气、水共储矿洞下部连通，水轮机机组的出口通过管路与地下大型高压储气矿洞上部连通；水轮机机组连接水轮机机组发电机；
释能逻辑判断单元包括逻辑判断控制器、逻辑联动气路阀门和逻辑联动水路阀门；逻辑联动气路阀门通过管道连接地下大型高压储气矿洞和膨胀机组；逻辑联动水路阀门通过管道连接地下大型高压储气矿洞和大型地下高压气、水共储矿洞；逻辑判断控制器连接地下大型高压储气矿洞的压力-电信号变送器、逻辑联动气路阀门和逻辑联动水路阀门；逻辑判断控制器用于根据设定的切换压力值与地下大型高压储气矿洞内的压力值进行逻辑判断，控制逻辑联动气路阀门和逻辑联动水路阀门开合；
热储存循环回路，用于存储空气压缩储能单元压缩空气时产生的热量，并在空气膨胀释能单元工作时，释放能量加热驱动空气膨胀释能单元工作的空气。
进一步的，热储存循环回路包括低压级冷却器、中压级冷却器、高压级冷却器、低压级换热器、中压级换热器、高压级换热器、相变蓄热器和循环泵；相变蓄热器中载热介质由冷端出口经管道及第四阀门进入循环泵，再经第五阀门后分别通过低压级冷却器、中压级冷却器、高压级冷却器的冷流体侧后经管路及第二单向阀回流至相变蓄热器的热端入口并将压缩热进行存储，蓄热器中的载热介质由热端出口经管路及第三阀门通过循环泵输送，经第六阀门后分别通入低压级换热器、中压级换热器、高压级换热器的热流体侧后经管路及第三单向阀进入相变蓄热器冷端入口。
进一步的，压缩机组包括依次串联的低压级压缩机、中压级压缩机和高压级压缩机；低压级压缩机的进气口通过管路与大气连通，低压级压缩机产生的中压气体通过低压级冷却器换热后，经气体管路通入中压级压缩机的进气口；中压级压缩机产生的中压气体穿过中压级冷却器换热后，经气体管路通入高压级压缩机的进气口；高压级压缩机产生的高压气体穿过高压级冷却器换热后，经气体管路及第一阀门通入地下大型高压储气矿洞储存。
进一步的，膨胀机组包括依次串联的低压级膨胀机、中压级膨胀机和高压级膨胀机；高压级膨胀机的进气口通过管路、高压换热器、节流稳压阀门及逻辑联动气路阀门与地下大型高压储气矿洞连通，高压级膨胀机产生的中压气体穿过中压换热器换热后，经气体管路通入中压级膨胀机的进气口；中压级膨胀机产生的中压气体穿过低压级换热器换热后，经气体管路通入所述低压级膨胀机的进气口；低压级膨胀机产生的常压气体，经气体管路通入大气；膨胀机组工作过程中带动膨胀机组发电机发电。
进一步的，低压级压缩机、中压级压缩机及高压级压缩机由压缩机组电机同轴驱动；低压级膨胀机、中压级膨胀机及高压级膨胀机同轴驱动膨胀机组发电机。
进一步的，地下大型高压储气矿洞的底部和大型地下高压气、水共储矿洞的顶部之间还通过带有第二阀门及单向阀的管道连通。
进一步的，大型地下常压储水矿洞的上部通过管路及常压保持阀门与大气连通。
进一步的，逻辑联动水路阀门与大型地下高压气、水共储矿洞之间的管路上设有节流稳压阀门。
一种以空气及水为储能工质的联合储能方法，基于所述的一种以空气及水为储能工质的联合储能***，包括以下步骤：
储能阶段：空气压缩储能单元利用电能压缩空气，并将压缩空气存储在地下大型高压储气矿洞中进行空气储能，使地下大型高压储气矿洞中的压力高于设定的切换压力值；水储能单元利用电能，通过水泵机组将大型地下常压储水矿洞中的水抽入大型地下高压气、水共储矿洞中进行水储能；
释能第一阶段：逻辑判断控制器判断地下大型高压储气矿洞内的压力值大于设定的切换压力值，控制控制逻辑联动气路阀门闭合，逻辑联动水路阀门打开；地下大型高压储气矿洞中的高压空气经过逻辑联动水路阀门和节流稳压阀门节流降压为恒定压力空气，推动大型地下高压气、水共储矿洞中水经管道推动水轮机机组做功，驱动水轮机机组发电机；水轮机机组出口水经管道回流至大型地下常压储水矿洞；
释能第二阶段：逻辑判断控制器检测到地下大型高压储气矿洞内的压力值小于或等于设定的切换压力值，控制控制逻辑联动气路阀门打开；地下大型高压储气矿洞中的高压空气经过逻辑联动气路阀门和节流稳压阀门节流降压，进入空气膨胀释能单元的膨胀机组带动膨胀机组发电机发电，待膨胀机组工作稳定发电时，关闭逻辑联动水路阀门，水轮机机组停机；
其中，储能阶段空气压缩储能单元压缩空气时产生的热量存储在热储存循环回路的蓄热器中，并在空气膨胀释能单元工作时，释放热量加热驱动空气膨胀释能单元工作的空气。
一种以空气及水为储能工质的联合储能方法，包括以下步骤：
储能阶段：利用电能压缩空气，并将压缩空气存储在地下大型高压储气矿洞中进行空气储能，使地下大型高压储气矿洞中的压力高于设定的切换压力值；利用电能通过水泵机组将大型地下常压储水矿洞中的水抽入大型地下高压气、水共储矿洞中进行水储能；
释能第一阶段：判断地下大型高压储气矿洞内的压力值大于设定的切换压力值，使地下大型高压储气矿洞中的高压空气经过节流稳压阀门节流降压为恒定压力空气，推动大型地下高压气、水共储矿洞中水经管道推动水轮机机组做功，驱动水轮机机组发电机；水轮机机组出口水经管道回流至大型地下常压储水矿洞；
释能第二阶段：检测到地下大型高压储气矿洞内的压力值小于或等于设定的切换压力值时；控制地下大型高压储气矿洞中的高压空气经过节流稳压阀门节流降压，进入膨胀机组带动膨胀机组发电机发电，待膨胀机组工作稳定发电时，关闭水轮机机组发电回路；
其中，储能阶段压缩空气时产生的热量存储在热储存循环回路的蓄热器中，并在膨胀机组带动膨胀机组发电机发电时，释放热量加热驱动膨胀机组工作的空气。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明基于气、水共容舱以及蓄热/换热器的优化匹配，利用压缩(空气)/不可压缩流体(水)的做功特性，将高压空气存储的压力能优先利用水轮机释放，剩余带压空气吸收压缩热后再通过空气膨胀机做功，实现压缩储能过程中所储的压力能、热能的分类梯级高效利用，相比传统压缩空气储能技术，本发明有效提高了储能***的电转换效率及对电网调控的快速响应能力，无补然、无污染、是实现清洁、高效、经济大规模储能的有效途径。本发明有效提高储能***的电转换效率，可达65％以上。相较于现有技术可高出10％左右。
本发明针对我国南方地下大型衰竭矿洞，例如板岩矿洞、石膏石矿洞等，具有很的密气性、隔水性及耐压性，可作为高压空气储存及水存储的优良容器。提出压缩空气储能与抽水蓄能耦合的高效复合***，不需要压缩空气储能***的补燃和抽水蓄能的水坝。
附图说明
图1为本发明一种以空气及水为储能工质的联合储能***的结构示意图；
图中：1低压级压缩机，2中压级压缩机，3高压级压缩机，4压缩机组电机，5低压级冷却器，6中压级冷却器，7高压级冷却器，8第一阀门，9压力表，10蓄热器，11,低压级膨胀机，12中压级膨胀机，13高压级膨胀机，14低压级换热器，15中压级换热器，16高压级换热器，17膨胀机组发电机，18压力表，19节流稳压阀门，20逻辑联动气路阀门，21地下大型高压储气矿洞，22逻辑联动水路阀门，23逻辑判断控制器，24节流稳压阀门，25第一单向阀，26第二阀门，27大型地下高压气、水共储矿洞，28气、水共储矿洞侧开关阀门，29水轮机机组，30水轮机机组发电机，31水泵机组，32水泵机组电机，33储水矿洞侧开关阀门，34大型地下常压储水矿洞，35常压保持阀，36第二单向阀，37第三单向阀，38第三阀门，39第四阀门，42第五阀门，43第六阀门，40循环泵，41循环泵电机。
具体实施方式
为使本储能***的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图，对本发明进一步详细说明。
请参阅图1所示，本发明公开一种以空气及水为储能工质的联合储能***，包括空气压缩储能单元、空气膨胀释能单元、水储能单元、水释能单元、释能逻辑判断单元和热储存循环回路。
空气压缩储能单元和水储能单元包括地下大型高压储气矿洞21、大型地下高压气、水共储矿洞27及大型地下常压储水矿洞34。
空气压缩储能单元包括压缩机组和驱动压缩机组的压缩机组电机4；压缩机组包括依次串联的低压级压缩机1、中压级压缩机2和高压级压缩机3。低压级压缩机1的进气口通过管路与大气连通，低压级压缩机1产生的中压气体通过低压级冷却器5换热后，经气体管路通入中压级压缩机2的进气口；中压级压缩机2产生的中压气体穿过中压级冷却器6换热后，经气体管路通入高压级压缩机3的进气口；高压级压缩机3产生的高压气体穿过高压级冷却器7换热后，经气体管路及第一阀门8通入地下大型高压储气矿洞21储存。
释能逻辑判断单元包括逻辑判断控制器23、逻辑联动气路阀门20和逻辑联动水路阀门22；逻辑判断控制器23连接地下大型高压储气矿洞21的压力-电信号变送器、逻辑联动气路阀门20和逻辑联动水路阀门22；逻辑判断控制器23判断地下大型高压储气矿洞21内压力值的大小变化，例如由最高压力50bar降至40bar时，选择关闭逻辑联动水路阀门22，同时打开逻辑联动气路阀门20，当逻辑判断控制器23判断地下大型高压储气矿洞21内压力进一步下降，例如由40bar降至30bar时，关闭逻辑联动气路阀门20。
空气膨胀释能单元包括膨胀机组和连接膨胀机组的膨胀机组发电机17；膨胀机组包括依次串联的低压级膨胀机11、中压级膨胀机12和高压级膨胀机13；高压级膨胀机13的进气口通过管路、高压换热器16、节流稳压阀门19及逻辑联动气路阀门20与地下大型高压储气矿洞21连通，高压级膨胀机13产生的中压气体穿过中压换热器15换热后，经气体管路通入中压级膨胀机12的进气口；中压级膨胀机12产生的中压气体穿过低压级换热器14换热后，经气体管路通入所述低压级膨胀机11的进气口；低压级膨胀机11产生的常压气体，经气体管路通入大气。
热储存循环回路包括低压级冷却器5、中压级冷却器6、高压级冷却器7、低压级换热器14、中压级换热器15、高压级换热器16、相变蓄热器10和循环泵40；相变蓄热器10中载热介质由冷端出口经管道及第四阀门39进入循环泵40，再经第五阀门42后分别通过低压级冷却器5、中压级冷却器6、高压级冷却器7的冷流体侧后经管路及第二单向阀36回流至相变蓄热器10的热端入口并将压缩热进行存储，蓄热器10中的载热介质由热端出口经管路及第三阀门38通过循环泵40输送，经第六阀门43后分别通入低压级换热器14、中压级换热器15、高压级换热器16的热流体侧后经管路及第三单向阀37进入相变蓄热器10冷端入口。
水储能单元包括水泵机组31、水泵机组电机32和储水矿洞侧开关阀门33，其中，水泵机组31的进口通过储水矿洞侧开关阀门33与大型地下常压储水矿洞34下部连通，水泵机组31的出口通过管路与大型地下高压气、水共储矿洞27上部连通。水泵机组31连接水泵机组电机32。
水释能单元包括水轮机机组29、水轮机机组发电机30和气、水共储矿洞侧开关阀门28,其中，水轮机机组29的进口通过管路、气、水共储矿洞侧开关阀门28与大型地下高压气、水共储矿洞27下部连通，水轮机机组29的出口通过管路与地下大型高压储气矿洞34上部连通。水轮机机组29连接水轮机机组发电机30。
本发明一种以空气及水为储能工质的联合储能***的储能过程：
压缩机组出口主管道上第一阀门8开启，常温常压空气经过滤、干燥后，进入低压级压缩机1进行压缩。
低压级压缩机1、中压级压缩机2，高压级压缩机3为同轴压缩机机组由压缩机组电机4驱动。电动机的电能可来自电网富余电力、波谷电力或风能等可再生能源。经低压级压缩机1压缩后，空气的温度、压力升高，经过低压级冷却器5冷却降温，进入中压级压缩机2进一步压缩，压力进一步升高，温度升高，经过中压级冷却器冷却降温，经过高压级压缩机3压缩后，压力进一步升高，经高压级冷却器冷却降温，常温高压空气经管道及第一阀门8进入地下大型高压储气矿洞21进行储存，储气时间依气、水联合储能***规模大小决定，储气完毕后关闭阀门8。
***经压缩机组储存高压空气的过程中，气体经低压级冷却器5，中压级冷却器6，高压级冷却器7冷却后，将压缩热经载热介质通过循环管路及阀门储存在相变蓄热器10中。
当此***中进行压缩空气储能的同时，可进行水蓄能过程。开启常压保持阀门35、储水矿洞侧开关阀门33及第二阀门26，水泵机组电机32驱动水泵机组31以某一水头例如50bar，由大型地下常压储水矿洞34抽水，进入大型地下高压气、水共储矿洞27，电动机的电能可来自电网富余电力、波谷电力或风能等可再生能源。进入大型地下高压气、水共储矿洞27的水压缩洞内上部空间空气，当空气压力值高于地下大型高压储气矿洞21内压力时，高压气体通过管道经第二阀门26及单向阀25进入地下大型高压储气矿洞21中，直至压力相等第一单向阀25关闭，水蓄能时间依据气、水联合储能***规模大小、储水洞穴大小及经济性共同决定。水蓄能完毕后，关闭第二阀门26及储水矿洞侧开关阀门33。
释能过程：
当电网有用电需求时，此***中逻辑判断控制器23通过接收安装在地下大型高压储气矿洞21洞壁上的压力-电信号变送器传送的信息，依次开启逻辑联动水路阀门22，气、水共储矿洞侧开关阀门28，地下大型高压储气矿洞21中的高压空气(例如50bar)经过节流稳压阀门24节流降压为恒定压力空气(例如40bar)，推动大型地下高压气、水共储矿洞27中水经管道及气、水共储矿洞侧开关阀门28推动水轮机机组29做功，驱动水轮机机组发电机30发电，并输入电网。水轮机机组出口水经管道回流至大型地下常压储水矿洞34。
当地下大型高压储气矿洞21内气体压力降至40bar时，逻辑判断控制器23开启逻辑联动气路阀门20，待膨胀机组工作稳定发电时，关闭逻辑联动水路阀门22，水轮机机组29停机。
高压空气(40bar)经节流稳压阀门19节流降压为30bar，进入高压级换热器16升温后进入高压级膨胀机13降压降温，再经中压级换热器15升温后进入中压级膨胀机12降压降温后，经低压级换热器14升温后，进入低压级膨胀机11降为常压常温空气排入大气。此过程各级换热器中载热介质携带的热量来自蓄热器10。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种以空气及水为储能工质的联合储能***，其特征在于，包括空气压缩储能单元、空气膨胀释能单元、水储能单元、水释能单元、释能逻辑判断单元和热储存循环回路；
空气压缩储能单元包括压缩机组和驱动压缩机组的压缩机组电机(4)；压缩机组的出口连接地下大型高压储气矿洞(21)；
空气膨胀释能单元包括膨胀机组和连接膨胀机组的膨胀机组发电机(17)；
水储能单元包括水泵机组(31)、水泵机组电机(32)和储水矿洞侧开关阀门(33)，其中，水泵机组(31)的进口通过储水矿洞侧开关阀门(33)与大型地下常压储水矿洞(34)下部连通，水泵机组(31)的出口通过管路与大型地下高压气、水共储矿洞(27)上部连通；水泵机组(31)连接水泵机组电机(32)；
水释能单元包括水轮机机组(29)、水轮机机组发电机(30)和气、水共储矿洞侧开关阀门(28)，其中，水轮机(29)的进口通过管路和气、水共储矿洞侧开关阀门(28)与大型地下高压气、水共储矿洞(27)下部连通，水轮机机组(29)的出口通过管路与地下大型高压储气矿洞(34)上部连通；水轮机机组(29)连接水轮机机组发电机(30)；
释能逻辑判断单元包括逻辑判断控制器(23)、逻辑联动气路阀门(20)和逻辑联动水路阀门(22)；逻辑联动气路阀门(20)通过管道连接地下大型高压储气矿洞(21)和膨胀机组；逻辑联动水路阀门(22)通过管道连接地下大型高压储气矿洞(21)和大型地下高压气、水共储矿洞(27)；逻辑判断控制器(23)连接地下大型高压储气矿洞(21)的压力-电信号变送器、逻辑联动气路阀门(20)和逻辑联动水路阀门(22)；逻辑判断控制器(23)用于根据设定的切换压力值与地下大型高压储气矿洞(21)内的压力值进行逻辑判断，控制逻辑联动气路阀门(20)和逻辑联动水路阀门(22)开合；
热储存循环回路，用于存储空气压缩储能单元压缩空气时产生的热量，并在空气膨胀释能单元工作时，释放能量加热驱动空气膨胀释能单元工作的空气。
2.根据权利要求1所述的一种以空气及水为储能工质的联合储能***，其特征在于，热储存循环回路包括低压级冷却器(5)、中压级冷却器(6)、高压级冷却器(7)、低压级换热器(14)、中压级换热器(15)、高压级换热器(16)、相变蓄热器(10)和循环泵(40)；相变蓄热器(10)中载热介质由冷端出口经管道及第四阀门(39)进入循环泵(40)，再经第五阀门(42)后分别通过低压级冷却器(5)、中压级冷却器(6)、高压级冷却器(7)的冷流体侧后经管路及第二单向阀(36)回流至相变蓄热器(10)的热端入口并将压缩热进行存储，蓄热器(10)中的载热介质由热端出口经管路及第三阀门(38)通过循环泵(40)输送，经第六阀门(43)后分别通入低压级换热器(14)、中压级换热器(15)、高压级换热器(16)的热流体侧后经管路及第三单向阀(37)进入相变蓄热器(10)冷端入口。
3.根据权利要求2所述的一种以空气及水为储能工质的联合储能***，其特征在于，压缩机组包括依次串联的低压级压缩机(1)、中压级压缩机(2)和高压级压缩机(3)；低压级压缩机(1)的进气口通过管路与大气连通，低压级压缩机(1)产生的中压气体通过低压级冷却器(5)换热后，经气体管路通入中压级压缩机(2)的进气口；中压级压缩机(2)产生的中压气体穿过中压级冷却器(6)换热后，经气体管路通入高压级压缩机(3)的进气口；高压级压缩机(3)产生的高压气体穿过高压级冷却器(7)换热后，经气体管路及第一阀门(8)通入地下大型高压储气矿洞(21)储存。
4.根据权利要求3所述的一种以空气及水为储能工质的联合储能***，其特征在于，膨胀机组包括依次串联的低压级膨胀机(11)、中压级膨胀机(12)和高压级膨胀机(13)；高压级膨胀机(13)的进气口通过管路、高压换热器(16)、节流稳压阀门(19)及逻辑联动气路阀门(20)与地下大型高压储气矿洞(21)连通，高压级膨胀机(13)产生的中压气体穿过中压换热器(15)换热后，经气体管路通入中压级膨胀机(12)的进气口；中压级膨胀机(12)产生的中压气体穿过低压级换热器(14)换热后，经气体管路通入所述低压级膨胀机(11)的进气口；低压级膨胀机(11)产生的常压气体，经气体管路通入大气；膨胀机组工作过程中带动膨胀机组发电机(17)发电。
5.根据权利要求4所述的一种以空气及水为储能工质的联合储能***，其特征在于，低压级压缩机(1)、中压级压缩机(2)及高压级压缩机(3)由压缩机组电机(4)同轴驱动；低压级膨胀机(11)、中压级膨胀机(12)及高压级膨胀机(13)同轴驱动膨胀机组发电机(17)。
6.根据权利要求1所述的一种以空气及水为储能工质的联合储能***，其特征在于，地下大型高压储气矿洞(21)的底部和大型地下高压气、水共储矿洞(27)的顶部之间还通过带有第二阀门(26)及单向阀(25)的管道连通。
7.根据权利要求1所述的一种以空气及水为储能工质的联合储能***，其特征在于，大型地下常压储水矿洞(34)的上部通过管路及常压保持阀门(35)与大气连通。
8.根据权利要求1所述的一种以空气及水为储能工质的联合储能***，其特征在于，逻辑联动水路阀门(22)与大型地下高压气、水共储矿洞(27)之间的管路上设有节流稳压阀门(24)。
9.一种以空气及水为储能工质的联合储能方法，其特征在于，基于权利要求1至8中任一项所述的一种以空气及水为储能工质的联合储能***，包括以下步骤：
储能阶段：空气压缩储能单元利用电能压缩空气，并将压缩空气存储在地下大型高压储气矿洞(21)中进行空气储能，使地下大型高压储气矿洞(21)中的压力高于设定的切换压力值；水储能单元利用电能，通过水泵机组(31)将大型地下常压储水矿洞(34)中的水抽入大型地下高压气、水共储矿洞(27)中进行水储能；
释能第一阶段：逻辑判断控制器(23)判断地下大型高压储气矿洞(21)内的压力值大于设定的切换压力值，控制控制逻辑联动气路阀门(20)闭合，逻辑联动水路阀门(22)打开；地下大型高压储气矿洞(21)中的高压空气经过逻辑联动水路阀门(22)和节流稳压阀门节流降压为恒定压力空气，推动大型地下高压气、水共储矿洞(27)中水经管道推动水轮机机组(29)做功，驱动水轮机机组发电机(30)；水轮机机组出口水经管道回流至大型地下常压储水矿洞(34)；
释能第二阶段：逻辑判断控制器(23)检测到地下大型高压储气矿洞(21)内的压力值小于或等于设定的切换压力值，控制逻辑联动气路阀门(20)打开；地下大型高压储气矿洞(21)中的高压空气经过逻辑联动气路阀门(20)和节流稳压阀门节流降压，进入空气膨胀释能单元的膨胀机组带动膨胀机组发电机(17)发电，待膨胀机组工作稳定发电时，关闭逻辑联动水路阀门(22)，水轮机机组(29)停机；
其中，储能阶段空气压缩储能单元压缩空气时产生的热量存储在热储存循环回路的蓄热器中，并在空气膨胀释能单元工作时，释放热量加热驱动空气膨胀释能单元工作的空气。
10.一种以空气及水为储能工质的联合储能方法，其特征在于，包括以下步骤：
储能阶段：利用电能压缩空气，并将压缩空气存储在地下大型高压储气矿洞(21)中进行空气储能，使地下大型高压储气矿洞(21)中的压力高于设定的切换压力值；利用电能通过水泵机组(31)将大型地下常压储水矿洞(34)中的水抽入大型地下高压气、水共储矿洞(27)中进行水储能；
释能第一阶段：判断地下大型高压储气矿洞(21)内的压力值大于设定的切换压力值，使地下大型高压储气矿洞(21)中的高压空气经过节流稳压阀门节流降压为恒定压力空气，推动大型地下高压气、水共储矿洞(27)中水经管道推动水轮机机组(29)做功，驱动水轮机机组发电机(30)；水轮机机组出口水经管道回流至大型地下常压储水矿洞(34)；
释能第二阶段：检测到地下大型高压储气矿洞(21)内的压力值小于或等于设定的切换压力值时；控制地下大型高压储气矿洞(21)中的高压空气经过节流稳压阀门节流降压，进入膨胀机组带动膨胀机组发电机(17)发电，待膨胀机组工作稳定发电时，关闭水轮机机组(29)发电回路；
其中，储能阶段压缩空气时产生的热量存储在热储存循环回路的蓄热器中，并在膨胀机组带动膨胀机组发电机(17)发电时，释放热量加热驱动膨胀机组工作的空气。
CN201611246501.3A 2016-12-29 2016-12-29 一种以空气及水为储能工质的联合储能***及方法 Active CN106677848B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611246501.3A CN106677848B (zh) 2016-12-29 2016-12-29 一种以空气及水为储能工质的联合储能***及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611246501.3A CN106677848B (zh) 2016-12-29 2016-12-29 一种以空气及水为储能工质的联合储能***及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106677848A true CN106677848A (zh) 2017-05-17
CN106677848B CN106677848B (zh) 2018-03-02

Family

ID=58873056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611246501.3A Active CN106677848B (zh) 2016-12-29 2016-12-29 一种以空气及水为储能工质的联合储能***及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106677848B (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107489467A (zh) * 2017-08-03 2017-12-19 中国科学院理化技术研究所 压缩空气抽水储能***
CN109098953A (zh) * 2018-07-18 2018-12-28 同济大学 全回热压缩空气储能方法及全回热压缩空气储能***
CN109899217A (zh) * 2019-03-21 2019-06-18 国核电力规划设计研究院有限公司 水气复合蓄能发电***及方法
CN110578641A (zh) * 2018-06-08 2019-12-17 清华大学 一种水力压缩空气储能***
CN111396288A (zh) * 2020-03-31 2020-07-10 国网湖南省电力有限公司 一种基于压力恒定的发电***
CN111412126A (zh) * 2020-03-18 2020-07-14 清华大学 压缩空气储能***及储能方法
CN111535886A (zh) * 2020-04-28 2020-08-14 国网湖南省电力有限公司 一种多能联合的压力恒定的发电***
CN112901431A (zh) * 2021-01-12 2021-06-04 西安交通大学 一种近等温压缩空气储能***及其运行方法
CN113006889A (zh) * 2021-04-14 2021-06-22 西安交通大学 一种绝热的近等温压缩空气储能***及其运行方法
CN113537644A (zh) * 2021-08-23 2021-10-22 中冶赛迪技术研究中心有限公司 一种多空压站动态协同优化调控***及方法
CN117353351A (zh) * 2023-12-06 2024-01-05 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能***
CN113883077B (zh) * 2021-10-27 2024-03-26 西安陕鼓动力股份有限公司 一种多机串联运行的单轴压缩机组***的控制方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11870253B2 (en) 2021-12-03 2024-01-09 Power8 Tech Inc. Energy storage systems and methods using heterogeneous pressure media and interactive actuation module

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3803847A (en) * 1972-03-10 1974-04-16 Alister R Mc Energy conversion system
US20120038172A1 (en) * 2010-08-16 2012-02-16 Ralph Greenberg Renewable power storage utilizing liquid gas
CN203175635U (zh) * 2013-02-27 2013-09-04 中国科学院工程热物理研究所 压缩空气储能***
CN105736144A (zh) * 2016-03-25 2016-07-06 黄友锋 一种压缩空气储能调峰发电***

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3803847A (en) * 1972-03-10 1974-04-16 Alister R Mc Energy conversion system
US20120038172A1 (en) * 2010-08-16 2012-02-16 Ralph Greenberg Renewable power storage utilizing liquid gas
CN203175635U (zh) * 2013-02-27 2013-09-04 中国科学院工程热物理研究所 压缩空气储能***
CN105736144A (zh) * 2016-03-25 2016-07-06 黄友锋 一种压缩空气储能调峰发电***

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107489467A (zh) * 2017-08-03 2017-12-19 中国科学院理化技术研究所 压缩空气抽水储能***
CN107489467B (zh) * 2017-08-03 2023-11-14 中国科学院理化技术研究所 压缩空气抽水储能***
CN110578641A (zh) * 2018-06-08 2019-12-17 清华大学 一种水力压缩空气储能***
CN109098953A (zh) * 2018-07-18 2018-12-28 同济大学 全回热压缩空气储能方法及全回热压缩空气储能***
CN109899217A (zh) * 2019-03-21 2019-06-18 国核电力规划设计研究院有限公司 水气复合蓄能发电***及方法
CN111412126A (zh) * 2020-03-18 2020-07-14 清华大学 压缩空气储能***及储能方法
CN111412126B (zh) * 2020-03-18 2021-03-23 清华大学 压缩空气储能***及储能方法
CN111396288A (zh) * 2020-03-31 2020-07-10 国网湖南省电力有限公司 一种基于压力恒定的发电***
CN111535886B (zh) * 2020-04-28 2022-12-09 国网湖南省电力有限公司 一种多能联合的压力恒定的发电***
CN111535886A (zh) * 2020-04-28 2020-08-14 国网湖南省电力有限公司 一种多能联合的压力恒定的发电***
CN112901431A (zh) * 2021-01-12 2021-06-04 西安交通大学 一种近等温压缩空气储能***及其运行方法
CN113006889A (zh) * 2021-04-14 2021-06-22 西安交通大学 一种绝热的近等温压缩空气储能***及其运行方法
CN113537644A (zh) * 2021-08-23 2021-10-22 中冶赛迪技术研究中心有限公司 一种多空压站动态协同优化调控***及方法
CN113537644B (zh) * 2021-08-23 2022-07-08 中冶赛迪技术研究中心有限公司 一种多空压站动态协同优化调控***及方法
CN113883077B (zh) * 2021-10-27 2024-03-26 西安陕鼓动力股份有限公司 一种多机串联运行的单轴压缩机组***的控制方法
CN117353351A (zh) * 2023-12-06 2024-01-05 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能***
CN117353351B (zh) * 2023-12-06 2024-04-02 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能***

Also Published As

Publication number Publication date
CN106677848B (zh) 2018-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106677848B (zh) 一种以空气及水为储能工质的联合储能***及方法
CN110259662B (zh) 基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***及方法
US8234862B2 (en) Systems and methods for combined thermal and compressed gas energy conversion systems
CN110206599A (zh) 一种冷热电联储联供***
CN106567748B (zh) 非绝热气体膨胀的压缩空气储能***
CN105370408B (zh) 一种蓄热式压缩空气储能***
CN203257492U (zh) 压缩空气电力储能***
CN105863751A (zh) 一种闭式低温压缩空气储能***和方法
CN103573314B (zh) 一种压缩空气储能***
CN106437874A (zh) 一种利用相变储能的新型液态空气储能***
CN110057121B (zh) 利用废弃井工煤矿地热进行高效压气储能的方法及装置
CN114033517B (zh) 一种基于二氧化碳压缩储能的地热发电和冷热供应***及运行方法
CN109973362B (zh) 基于双井结构热盐井的复合式压缩空气储能***及方法
CN109826682A (zh) 一种可实现冷热电联供的集成型供能***
CN105863752A (zh) 利用液化天然气冷能的压缩空气储能***和方法
CN114856744B (zh) 一种基于油气井的跨临界二氧化碳的储能***及方法
CN216381532U (zh) 一种压缩空气储能***
CN102352777B (zh) 可逆单螺杆压缩膨胀机储能发电***和储能发电方法
CN217652793U (zh) 一种压缩空气储能电站组合式储换热***
CN111075695B (zh) 一种喷射器强化储气的压缩空气储能***及其储气工艺
CN205779056U (zh) 利用液化天然气冷能的压缩空气储能***
CN115289393A (zh) 基于中深层干热岩的地热能压缩二氧化碳储能***及方法
CN112901431B (zh) 一种近等温压缩空气储能***及其运行方法
CN103256081B (zh) 基于超临界空气的能源综合利用方法
CN109812307B (zh) 天然气压力能回收装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant