CN110259662B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明一种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,消除了蓄热装置的使用,避免消耗燃料加热,降低成本和污染。所述***包括用于连接电动机储能的递进压缩单元、用于储气的双井结构热盐井、用于连接发电机释能的膨胀单元和用于给膨胀气体加热的辅助增压再热回路;所述的双井结构热盐井包括两个竖井和从底部连通两个竖井的水平井;一个竖井的顶端开口作为盐井储气入口,另一个竖井的顶端开口作为盐井排气出口;递进压缩单元包括依次连接的两级空气压缩单元,至少一级空气压缩单元的动力输入端连接电动机的输出端;递进压缩单元的出气口连接盐井储气入口;辅助增压再热回路包括以空气为作用介质依次连接的换热器和增压机。

Description

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
技术领域
本发明涉及物理储能技术领域,具体为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。
背景技术
随着社会的发展,电能的消耗量急剧增加,为了清洁环保地保证电能供应量,各种可再生能源的发展规模变得越来越大,与此同时,风电和光伏等可再生能源固有的随机性和波动性问题致使其无法大规模并网,电网的削峰填谷问题也急需解决。目前,被国内外一致看好用于解决这些难题的压缩空气储能技术,却因为其***效率低和发电成本高两大问题难以大规模投入利用。压缩空气储能就是采用带级间冷却器的多个绝热压气机串联的压缩机机组,将电能转换成高压空气的压力能进行储能,即为压缩空气储能过程,绝热压缩空气的过程中大约有三分之一的电转化为了压缩热,该部分热能通过级间冷却转化为低品位热量;被高压储存的压缩空气在释能发电过程中,需要加热,即使采用蓄热器将压缩热储存起来加以利用,但由于其热能的品位低,不仅对提升储能***的效率作用很小,而且由于蓄热装置和回热装置的采用使***投资大幅提高,使储能***无投资价值。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种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,消除了蓄热装置的使用,避免消耗燃料加热,降低成本和污染,节约了地面空间。
本发明是通过以下技术方案来实现:
基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***,包括用于连接电动机储能的递进压缩单元、用于储气的双井结构热盐井、用于连接发电机释能的膨胀单元和用于给膨胀气体加热的辅助增压再热回路;
所述的双井结构热盐井包括两个竖井和从底部连通两个竖井的水平井;一个竖井的顶端开口作为盐井储气入口,另一个竖井的顶端开口作为盐井排气出口;
所述的递进压缩单元包括依次连接的两级空气压缩单元,至少一级空气压缩单元的动力输入端连接电动机的输出端;递进压缩单元的出气口连接盐井储气入口;所述的辅助增压再热回路包括以盐井排出高压空气为作用介质依次连接的换热器和增压机;换热器热侧入口连接盐井排气出口,增压机出口连接盐井储气入口形成回路;所述的膨胀单元的输入端连接盐井排气出口,膨胀单元之间通过换热器冷侧连接。
优选的,所述的两级空气压缩单元包括以空气为作用介质依次连接的一级空气压缩单元和二级空气压缩单元;一级空气压缩单元采用低压压缩段,二级空气压缩单元采用高压压缩段;
所述的低压压缩段包括至少一个低压压气机和冷却器,低压压气机连接电动机输出端;当低压段压缩采用多级低压压气机时,多级低压压气机级间,以及低压压缩段和高压压缩段之间,均对应连接冷却器;
所述的高压压缩段采用循环压缩装置;所述的循环压缩装置包括两个底部双向连通的储气罐,储气罐内盛装有水作为传递压力介质;两个储气罐的气流入口并联连接来流气体管路,气流出口并联连接排气管路。
进一步,所述的循环压缩装置中两个储气罐的规格相同,通过两个水泵所在的两条管道双向连通;两水泵所在管道中水流方向相反,两水泵交替工作;两储气罐的顶部的进气和排气管道上装有阀门。
进一步,循环压缩装置的两个储气罐上排气管道上的阀门受阀门两侧压差控制,当储气罐内压力大于排气管路侧的压力时自动开启,否则一直关闭。
优选的,所述的膨胀单元包括依次连接的高压膨胀机和多级低压膨胀机,高压膨胀机的输入端连接盐井排气口;
高压膨胀机和低压膨胀机之间,以及相邻的低压膨胀机之间均对应连接换热器的冷侧;
高压膨胀机和低压膨胀机均分别连接发电机;或者高压膨胀机和低压膨胀机之间通过联轴器相连,低压膨胀机与发电机相连。
再进一步,从盐井排气出口引出进入换热器的气流方向与从高压膨胀机排气出口进入换热器的气流方向相反。
优选的,所述的竖井顶部均设置井盖和法兰密封,井壁上内嵌设置套管,竖井靠近地表段设有绝热层。
基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能方法,基于上述任意一项所述的***,包括以下步骤:
储能阶段,气体流入递进压缩单元,通过两级空气压缩单元压缩增压;
储气阶段,经过增压的高压气体直接流入地下双井结构热盐井进行储存加热得到高温高压气体;
释能阶段,高温高压气体直接进入膨胀单元进行做功;与此同时,盐井中一部分气体从排气出口引出进入换热器,与经过膨胀单元的气体进行换热,换热后再通过增压机增压,从盐井储气入口回到地下热盐井中;盐井中引出用于换热的气体在换热器中的气流方向与经高压膨胀机流入换热器的气流方向相反。
优选的,在储能阶段,
在低压压缩段中,气体流入低压级压气机被压缩后,流入冷却器进行冷却,每一级低压级压气机压缩后,均通过一个冷却器进行冷却;
在高压压缩段中,经一级空气压缩单元压缩冷却的气体流入循环压缩装置进行增压,然后气体直接进入地下热盐井;
在循环压缩装置中,气体通过进气管路流入一个储气罐的同时,该储气罐中的水被压入到另一个储气罐,使得有水压入的存有的储气罐中的气体被加压,当被加压气体压力高于排气管路侧压力时,有水压入的罐中气体通过排气阀门进入排气管路,然后进出气管路连通的两个储气罐对调,完成连续压缩过程;
在释能阶段,
高温高压气体直接进入高压膨胀机一次做功,流出高压膨胀机的气体进入换热器再热后流入低压膨胀机二次做功,多级的低压膨胀机中,除最后一级外,每一级低压膨胀机后均通过换热器再热。
进一步,储能阶段中,在循环压缩装置中,通过对循环压缩装置各管路阀门调节,使循环压缩装置中实现如下过程;
关闭来流气体与第二储气罐之间阀门,同时关闭第二水泵和所在管道的两个阀门以及第一储气罐排气阀门,气体通过管路流入第一储气罐的同时,第一水泵将第一储气罐中水压入第二储气罐,使得第二储气罐中存有的气体被压入排气管路;随后,关闭来流气体与第一储气罐之间阀门,同时关闭第一水泵和所在管道的两个阀门以及第二储气罐排气阀门,气体通过管路流入第二储气罐的同时,第二水泵将第二储气罐中水压入第一储气罐,使得第一储气罐中存有的气体被压入排气管路,如此往复。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明在储能阶段采用分段压缩,通过两级空气压缩单元实现对地下盐井中存储的空气进行加压;由于地下盐井深度较深,温度较高,具有加热和蓄热作用,压缩空气释能时可以不需要额外加热,直接进入膨胀机组做功。在膨胀机间,空气流出高压膨胀机后先流入换热器,利用盐井中气体的热量进行再热,再流入低压膨胀机释能做功。所选用的双井结构热盐井自身具有储气作用的同时,可对储存气体进行加热和蓄热,在辅助增压再热回路中,充分利用地下热量对膨胀气体加热,使之转化为膨胀功,提高了地热能的使用效率和储能***效率。
进一步的,在低压压缩段配有冷却器,降低进入高压段气体的温度,减少耗功;经过冷却器冷却的压缩气体流入循环压缩装置,经过循环压缩装置的气体直接储存进地下热盐井,即储存了压力能又储存了热量。气体在循环压缩装置中,经过非绝热压缩,储存进地下盐井,循环压缩装置较压气机更为省功。本发明中高压压缩段选用由水泵与两个高压储气罐组成的循环压缩装置代替传统的压缩机,用非绝热压缩过程代替
Figure BDA0002066986020000051
损失较大的绝热压缩过程,有效降低了储能耗电量和
Figure BDA0002066986020000052
损失量,提升了储能***效率;整个***未使用蓄热设备,减小了对地面空间的占用,也极大低降低了***投资成本。使用循环压缩装置的非绝热压缩过程代替传统压气机的绝热压缩过程,从本质上改变了储能的热力过程,有助于提高***效率。
进一步的,在分段压缩的同时,采用分段膨胀,由于膨胀过程气体温度下降,做功能力降低,而分段膨胀模型可对气体分多段进行再热,不但使气体温度始终保持在较高水平,有充分做功能力,而且提高了对地下热源热量的利用。
进一步地,本***中膨胀气体通过辅助增压再热回路中的换热器再热,换热器中热侧流体来源于地下热盐井,保证了释能过程再热效果稳定。
进一步地,本发明通过井盖和法兰密封,且通过内嵌设置套管,能够耐高温高压,既储存压力能,又能吸收地下低品位热能;由于气体在地下盐井储存过程中吸热升温,气体在流出竖井之后也不必进行加热即可直接流入膨胀机组做功,显著提高了***的效率,减小了不可逆损失。
进一步地,本发明适用的双井结构热盐井可通过对竖井段参数和水平直井段参数的调整,优化储气性能和吸热性能。
进一步地,本发明直接利用储存的压缩空气吸收地下热量,并用该气体同时作为膨胀工质和换热工质,未引入其他物质,绿色环保,投资较低。
进一步地,本发明通过在出气竖井设置绝热层,能够更好地防止热量流失。
附图说明
图1为现有的压缩空气储能***的结构框图。
图2为本发明实例中所述的基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***示意图。
图3为本发明实例中所述的双井结构热盐井示意图。
图4为本发明实例中所述的循环压缩装置示意图。
其中:1、低压压气机;2、冷却器;3、循环压缩装置;4、低压压缩段;5、地下热盐井;6、高压膨胀机;7、换热器;8、低压膨胀机;9、增压机;10、竖井;11、水平井;12、造斜井段;13、井盖;14、法兰密封;15、套管;16、绝热层;171第一储气罐;172第二储气罐;181第一水泵;182第二水泵。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***,包括通过联轴器连接电动机M的压气机、水泵和若干个与发电机G连接的膨胀机;其中,低压压缩段设置有冷却器2,高压压缩段采用循环压缩装置3,循环压缩装置3的排气口与地下盐井5入口相连;;地下盐井5的出口与高压膨胀机6相连,高压膨胀机6膨胀做功一次发电;高压膨胀机6流出的气流通过换热器7再热进入低压膨胀机8膨胀做功二次发电;地下盐井5的出口同时与换热器7的热侧进气口相连,换热器7的热侧出口与增压机9进气口连接,增压机9的排气口与地下盐井5的入口相连。通过在低压压缩阶段对压缩气体冷却,降低高压压缩段的耗功;利用了盐井中的低品位热量为气体加热,有效减少了蓄热装置的设置,降低了***热量损失和燃料消耗,减少了地面空间占用,降低了***投资,提高了***效率。
具体的,如图2所示,本发明包括低压压气机1、冷却器2、循环压缩装置3、双井结构热盐井5、高压膨胀机6、换热器7、低压膨胀机8和增压机9;
为了在节能、节约地面空间的同时减少***投资,压缩部分采用离心式低压压气机1、冷却器2与循环压缩装置3进行压缩;循环压缩装置中以非绝热压缩过程代替绝热压缩过程,整个***不设置蓄热装置;为增加压缩空气的做功能力,提高***效率,膨胀部分采用多级膨胀级间再热,膨胀机组通常为2至3级,本文以2级为例。
其中,低压压气机1通过联轴器连接电动机M;低压压气机1排气通道与冷却器2连接,冷却器2排气出口与循环压缩装置3连接,循环压缩装置3的排气通道与地下的双井结构热盐井5储气入口相连,地下的双井结构热盐井5的排气出口与高压膨胀机6相连,高压膨胀机6的排气口与换热器7冷侧入口连接,换热器7冷侧出口通过管道和低压膨胀机8的连接;双井结构热盐井5的排气出口同时与换热器7的热侧入口连接,换热器7热侧出口与增压机9气流入口连接,增压机9排气出口与地下热盐井5的储气入口连接。低压压气机1为2个及以上时,低压压气机1串联,且相邻的低压压气机1之间均设置有冷却器2;膨胀机分为依次连接的高压膨胀机6和低压膨胀机8;高压膨胀机6和低压膨胀机8形成二级膨胀做功;在膨胀机总个数大于两个时,膨胀机依次串联,形成多级膨胀做功,相邻膨胀机之间也通过辅助增压再热回路上设置的若干换热器7连接。
如图3所示,双井结构热盐井由两个竖井10和一个水平井11组成,竖井10顶部均设置井盖13和法兰密封14,竖井10的井壁上内嵌设置套管15,竖井10上部靠近过地表段设置有绝热层16。水平井11位于竖井的下侧部,本优选实例中一个竖井10通过呈弧度开设的造斜井段12与水平井11一端连通,水平井11的另一端直接与另一个竖井10底部连通。井盖的密封材料需选用聚四氟乙烯或无机纤维等耐高温高压的材料。由于深度越大加热效果越好,因此,竖井的深度和水平直井段的长度直接影响***整体性能。本发明在竖井靠近地表段设有绝热层16,减少大温差散热造成的损失。双井结构热盐井中的两个竖井10的井口其中任意一个作为盐井储气入口,另一个作为盐井排气出口。
所述双井结构热盐井通过双井造腔技术中的水平井+直井的形式形成。即先钻直井,然后钻一口水平井,直至与直井建槽后形成的溶腔连通,形成水平对接生产井组,直井内下入套管,两井对接连通初期,主要向水平井注淡水,以冲洗井壁和扩大溶腔,随后两井交替注淡水或淡卤水造腔,形成储气盐井,即形成如图3中的实际溶腔;
现有压缩空气储能***的储气压力一般大于3Mpa,对储气部分的气密性要求较高,本发明使用的双井结构热盐井密封性和适用压力范围均具有良好性能。由于地热对储气盐井的蓄热和加热作用,地下盐井中空气的温度也高于传统的储气矿洞中空气的温度。在地热能的吸收利用过程中,本装置直接以储存气体为工质,未引入中间介质,有效提高了能量利用率,同时,将被盐井加热后的气体用于辅助加热膨胀气体,提高了地热能利用率。整个***未设置蓄热装置,节省地面空间的同时降低了***投资。
膨胀机分为高压和低压两级膨胀机;发电时,膨胀机均分别连接发电机,或者膨胀机之间通过联轴器相连,末级的膨胀机组与发电机相连;结合到本发明的具体实例中,高压膨胀机6和低压膨胀机8均分别连接发电机;或者高压膨胀机6和低压膨胀机8之间通过联轴器相连,低压膨胀机8与发电机相连。
经高压膨胀机6流入换热器7的气流方向与从双井结构热盐井5引出流入换热器7的气流方向相反。
如图4所示,包括水泵与储气罐的循环压缩装置中,设置两个规格相同的高压储气罐,并通过两个水泵所在的两条管道连接。
两水泵所在管道位于两储气罐下侧部。
两水泵所在管道中水流方向相反,两水泵交替工作。
两储气罐的顶部的进气和排气管道上装有阀门,且排气管道上的阀门受阀门两侧压差控制,当罐内压力大于排气管路侧压力时自动开启,否则一直关闭。
本发明所述***中的地上部分中,低压压气机1和循环压缩装置3之间通过冷却器2相连,循环压缩装置3通过管道与地下盐井5储气入口相连,地下盐井5排气出口通过管道与高压膨胀机6相连,高压膨胀机6通过换热器7连接低压膨胀机8;双井结构热盐井5的排气出口同时与换热器7的热侧入口连接,换热器7热侧出口与增压机9气流入口连接,增压机9排气出口与地下热盐井5的储气入口连接。经高压膨胀机6流入换热器7的气流方向与从双井结构热盐井5引出流入换热器7的气流方向相反。在双井结构热盐井的储气入口和排气出口设有阀门。
基于上述的***,本发明压缩空气储能方法,具体包括以下步骤:
(1)储能阶段,气体流入低压级压气机1被压缩,后流入冷却器2进行冷却,再流入循环压缩装置3进行增压。在循环压缩装置中,气体通过进气管路流入一个储气罐的同时,该储气罐中的水被压入到另一个储气罐,使得有水压入的存有的储气罐中的气体被加压,当被加压气体压力高于排气管路侧压力时,有水压入的罐中气体通过出气管路压入排气管路,进行储能;然后进出气管路连通的两个储气罐对调,完成连续压缩过程储能;
具体的,通过对各管路阀门调节,实现如下过程。
关闭来流气体与第二储气罐172之间阀门,同时关闭第二水泵182和所在管道的两个阀门以及第一储气罐171排气阀门,气体通过管路流入第一储气罐171的同时,第一水泵181将第一储气罐171中水压入第二储气罐172,使得第二储气罐172中存有的气体被压入排气管路;随后,关闭来流气体与第一储气罐171之间阀门,同时关闭第一水泵181和所在管道的两个阀门以及第二储气罐172排气阀门,气体通过管路流入第二储气罐172的同时,第二水泵182将第二储气罐172中水压入第一储气罐171,使得第一储气罐171中存有的气体被压入排气管路,如此往复。
(2)储气阶段,高压气体直接流入地下双井结构热盐井5进行储存加热。
(3)释能阶段,高温高压气体直接进入高压膨胀机6做功;流出高压膨胀机6的气体通过换热器7再热,流入低压膨胀机8做功;与此同时,盐井5排气出口流出的一部分气体被引入换热器7的热侧进行换热,换热后的气体将增压机9增压后从盐井5的储气入口压回盐井中。
与传统的压缩空气储能***相比,本***的优点在于:
1、传统的压缩空气储能利用废弃矿洞,压力和温度均受到限制,而双井结构热盐井配有绝热套管,减少了热量损失,承压能力高,同时具有加热和蓄热特性。
2、本***直接利用储存的压缩空气吸收地下热量,未引入中间换热介质,减少了储存气膨胀前的加热过程,简化了***,提升了***效率。
3、本***中为低压膨胀气体进行的辅助加热过程使用的是换热器,充分利用了地下盐井中的地热能,未使用燃料或太阳能蓄热等,降低成本,减少了对地面空间的占用,做到了绿色环保。
4、辅助增压再热回路不仅充分利用地热能对膨胀气体进行再热,使之提高做功能力,还能单独为工业生产和生活提供绿色热源。
5、本***在压缩过程使用循环压缩装置的非绝热压缩过程代替传统压缩机的绝热压缩过程,减少了压缩过程的
Figure BDA0002066986020000101
损失,从本质上大大减少了电能转化为低品位热能。
6、在发电阶段,本***可通过调节高低压膨胀机的压比,从而调节末级膨胀机的出气温度,排气可用于制冷、制热等多种用途,避免了能源的浪费。
7、本发明***有效利用了盐井空间及地下低品位热能,循环效率高,经济性好,绿色无污染。
我国盐井资源丰富,但是使用率却极低。而地下盐井具有建设成本低、占地面积小、技术成熟、密封性好、储气压力高、安全稳定以及足够深度具有自加热性的优点,无论是储气还是用于地热能利用,可以很好地满足技术需求。
本发明解决了传统压缩空气储能***中储气容器成本高、蓄热装置成本高且占地面积大、释能发电过程中需要消耗燃料加热的问题,同时提供了一种绿色简便的储气、储热、地热利用和高效释能为一体的压缩空气储能新***,能够在储气储热的同时利用地热对储存气体进行加热,在释能的同时利用地热对膨胀气体再热。如图2和图3所示的本发明***,对比如图1所示的现有压缩空气储能***,本发明***减少了加热***数量,完全消除了蓄热***的使用。
本***的压缩部分可灵活地选用压气机与冷却器构成的组合进行压缩或循环压缩装置进行压缩,膨胀部分采用多级膨胀,并在膨胀阶段设置了辅助增压再热回路用于膨胀气体再热。若高压压缩段为压气机压缩,高压压气机压缩后的气体,无需设置冷却装置,气体直接进入地下盐井进行储存,盐井既储存了压缩空气压力能,又储存了部分压缩热,吸收利用了地下热能。若压缩过程选用了循环压缩装置,则气体进行非绝热压缩,减少了***耗功。由于地下盐井的加热、蓄热作用,压缩空气释能时可以不需要额外加热,直接进入膨胀机组做功。在膨胀机组级间,空气流出高压膨胀机后流入换热器,充分利用盐井中的热量对气体进行再热,之后流入低压膨胀机组释能发电。辅助增压再热回路不仅充分利用地热能对膨胀气体进行再热,使之提高做功能力,还能单独为工业生产和生活提供绿色热源。
本发明从改变现有的压缩过程和高压空气膨胀发电过程入手,尽可能使压缩过程中的空气的发热量减少,即不可逆损失尽可能少,同样,减少高压空气释能发电过程中的不可逆损失,直接利用地下盐井进行储热、加热以及再热,不仅有效减小了***热量耗散,提高了***效率,而且消除了蓄热装置的使用,降低了投资成本和发电成本。同时,本发明可使用循环压缩装置的非绝热压缩过程代替传统压气机的绝热压缩过程,从本质上改变了储能的热力过程,有助于提高***效率。解决了压缩空气储能过程中的发热问题和释能过程中的加热问题。

Claims (10)

1.基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***,其特征在于,包括用于连接电动机储能的递进压缩单元、用于储气的双井结构热盐井、用于连接发电机释能的膨胀单元和用于给膨胀气体加热的辅助增压再热回路;
所述的双井结构热盐井(5)包括两个竖井(10)和从底部连通两个竖井(10)的水平井(11);一个竖井(10)的顶端开口作为盐井储气入口,另一个竖井(10)的顶端开口作为盐井排气出口;
所述的递进压缩单元包括依次连接的两级空气压缩单元,至少一级空气压缩单元的动力输入端连接电动机的输出端;递进压缩单元的出气口连接盐井储气入口;所述的辅助增压再热回路包括以盐井排出高压空气为作用介质依次连接的换热器(7)和增压机(9);换热器(7)热侧入口连接盐井排气出口,增压机(9)出口连接盐井储气入口形成回路;所述的膨胀单元的输入端连接盐井排气出口,膨胀单元之间通过换热器(7)冷侧连接;
所述双井结构热盐井通过双井造腔技术中的水平井+直井的形式形成;即先钻直井,然后钻一口水平井,直至与直井建槽后形成的溶腔连通,形成水平对接生产井组,直井内下入套管,两井对接连通初期,主要向水平井注淡水,以冲洗井壁和扩大溶腔,随后两井交替注淡水或淡卤水造腔,形成储气盐井,即形成实际溶腔。
2.根据权利要求1所述的基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***,其特征在于,所述的两级空气压缩单元包括以空气为作用介质依次连接的一级空气压缩单元和二级空气压缩单元;一级空气压缩单元采用低压压缩段,二级空气压缩单元采用高压压缩段;
所述的低压压缩段包括至少一个低压压气机(1)和冷却器(2),低压压气机(1)连接电动机输出端;当低压段压缩采用多级低压压气机(1)时,多级低压压气机(1)级间,以及低压压缩段和高压压缩段之间,均对应连接冷却器(2);
所述的高压压缩段采用循环压缩装置;所述的循环压缩装置包括两个底部双向连通的储气罐,储气罐内盛装有水作为传递压力介质;两个储气罐的气流入口并联连接来流气体管路,气流出口并联连接排气管路。
3.根据权利要求2所述的基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***,其特征在于,所述的循环压缩装置中两个储气罐的规格相同,通过两个水泵所在的两条管道双向连通;两水泵所在管道中水流方向相反,两水泵交替工作;两储气罐的顶部的进气和排气管道上装有阀门。
4.根据权利要求2所述的基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***,其特征在于,循环压缩装置的两个储气罐上排气管道上的阀门受阀门两侧压差控制,当储气罐内压力大于排气管路侧的压力时自动开启,否则一直关闭。
5.根据权利要求1所述的基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***,其特征在于,所述的膨胀单元包括依次连接的高压膨胀机(6)和多级低压膨胀机(8),高压膨胀机(6)的输入端连接盐井(5)排气口;
高压膨胀机(6)和低压膨胀机(8)之间,以及相邻的低压膨胀机(8)之间均对应连接换热器(7)的冷侧;
高压膨胀机(6)和低压膨胀机(8)均分别连接发电机;或者高压膨胀机(6)和低压膨胀机(8)之间通过联轴器相连,低压膨胀机(8)与发电机相连。
6.根据权利要求5所述的基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***,其特征在于,从盐井(5)排气出口引出进入换热器(7)的气流方向与从高压膨胀机(6)排气出口进入换热器(7)的气流方向相反。
7.根据权利要求1所述的基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能***,其特征在于,所述的竖井(10)顶部均设置井盖(13)和法兰密封(14),井壁上内嵌设置套管(15),竖井(10)靠近地表段设有绝热层(16)。
8.基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能方法,其特征在于,基于权利要求1-7任意一项所述的***,包括以下步骤:
(1)储能阶段,气体流入递进压缩单元,通过两级空气压缩单元压缩增压;
(2)储气阶段,经过增压的高压气体直接流入地下双井结构热盐井(5)进行储存加热得到高温高压气体;
(3)释能阶段,高温高压气体直接进入膨胀单元进行做功;与此同时,盐井(5)中一部分气体从排气出口引出进入换热器(7),与经过膨胀单元的气体进行换热,换热后再通过增压机(9)增压,从盐井(5)储气入口回到地下热盐井中;盐井(5)中引出用于换热的气体在换热器(7)中的气流方向与经高压膨胀机(6)流入换热器(7)的气流方向相反。
9.根据权利要求8所述的基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能方法,其特征在于,
在储能阶段,
在低压压缩段中,气体流入低压级压气机(1)被压缩后,流入冷却器(2)进行冷却,每一级低压级压气机(1)压缩后,均通过一个冷却器(2)进行冷却;
在高压压缩段中,经一级空气压缩单元压缩冷却的气体流入循环压缩装置(3)进行增压,然后气体直接进入地下热盐井(5);
在循环压缩装置中,气体通过进气管路流入一个储气罐的同时,该储气罐中的水被压入到另一个储气罐,使得有水压入的存有的储气罐中的气体被加压,当被加压气体压力高于排气管路侧压力时,有水压入的罐中气体通过排气阀门进入排气管路,然后进出气管路连通的两个储气罐对调,完成连续压缩过程;
在释能阶段,
高温高压气体直接进入高压膨胀机(6)一次做功,流出高压膨胀机(6)的气体进入换热器(7)再热后流入低压膨胀机(8)二次做功,多级的低压膨胀机(8)中,除最后一级外,每一级低压膨胀机(8)后均通过换热器(7)再热。
10.根据权利要求9所述的基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能方法,其特征在于,储能阶段中,在循环压缩装置中,通过对循环压缩装置各管路阀门调节,使循环压缩装置中实现如下过程;
关闭来流气体与第二储气罐(172)之间阀门,同时关闭第二水泵(182)和所在管道的两个阀门以及第一储气罐(171)排气阀门,气体通过管路流入第一储气罐(171)的同时,第一水泵(181)将第一储气罐(171)中水压入第二储气罐(172),使得第二储气罐(172)中存有的气体被压入排气管路;随后,关闭来流气体与第一储气罐(171)之间阀门,同时关闭第一水泵(181)和所在管道的两个阀门以及第二储气罐(172)排气阀门,气体通过管路流入第二储气罐(172)的同时,第二水泵(182)将第二储气罐(172)中水压入第一储气罐(171),使得第一储气罐(171)中存有的气体被压入排气管路,如此往复。
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