CN110578559A - 一种压缩空气储能回热***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压缩空气储能回热***及方法，包括空气压缩机、储气室、透平膨胀机、双向换热器、单向换热器以及高温储液罐和低温储液罐；储能蓄热时，所述空气压缩机吸入大气并压缩至高温高压，经所述双向换热器冷却后储存至所述储气室，同时热量经所述双向换热器储存至所述高温储液罐；释能回热时，所述储气室释放高压空气分别经所述双向换热器和所述单向换热器加热后进入所述透平膨胀机，同时热量由所述双向换热器和所述单向换热器回馈给高压空气。通过合理设计双向换热器和单向换热器的换热面积和功率，可以在保障储热和回热基本功能的同时，有效提高设备利用率，并降低设备投资成本、缩减占地面积。

Description

一种压缩空气储能回热***及方法
技术领域
本发明涉及压缩空气储能技术领域，尤其涉及绝热压缩空气储能***回热技术方法领域。
背景技术
储能技术尤其是电能的存储对于能源***的优化和调节具有重大意义。在储能时，绝热压缩空气储能技术利用电网负荷低谷电力或可再生能源并网受限电力作为输入能源，驱动高温压缩机组产生高温高压空气，并将热能从高压空气中剥离后单独存储，即电能转化为热能和势能后再进行存储；释能时，绝热压缩空气储能技术利用储存的热能加热储气室释放的高压空气，随后进入透平膨胀机膨胀做功并带动发电机发电，即热能和势能重新转化为电能。通过电能的转化、储存和再生，绝热压缩空气储能技术能够实现电网峰谷负荷的平滑，也可以实现波动性、间歇性可再生能源电力的平抑和品质提升，在智能电网大背景下具有极大地应用和发展潜力。
通常情况下，空气压缩机组的通流量小于透平膨胀机的通流量，以调峰压缩空气储能***为例，电网负荷低谷一般持续八至九个小时，而电网尖峰往往在四个小时左右，负荷低谷所储存的高压空气全部在负荷尖峰释放用于发电，导致透平膨胀机的通流量显著大于空气压缩机通流量。因而，用于加热透平膨胀机进气的换热器换热面积大于压缩机侧的换热器换热面积，对于高温高压换热设备，换热面积加大意味着加工制造难度的提升和制造成本的增加；同时，由于储能和释能过程分时进行，一般为日循环或周循环，导致设备利用率较低。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种压缩空气储能回热***及方法，能够解决绝热压缩空气储能***中换热设备利用率偏低、投资成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，提供一种压缩空气储能回热***及方法，其特征在于：包括空气压缩机、储气室、透平膨胀机、双向换热器、单向换热器以及高温储液罐和低温储液罐；
其中，所述空气压缩机、双向换热器、储气室串联构成第一空气支路，所述空气压缩机和所述双向换热器间有第一控制阀，所述双向换热器和所述储气室之间有第二控制阀；所述储气室、单向换热器、透平膨胀机串联构成第二空气支路，所述储气室和所述单向换热器之间有第三控制阀；所述双向换热器和所述透平膨胀机之间还有第三空气支路，所述第三空气支路上有第四控制阀；
所述高温储液罐和低温储液罐构成回热循环，所述回热循环分别通过所述双向换热器和单向换热器与所述第一空气支路和第二空气支路换热；所述高温储液罐与所述双向换热器之间有第一高温支路和第二高温支路，第一高温支路上有第五控制阀，第二高温支路上有第六控制阀；所述低温储液罐与所述双向换热器之间有第一低温支路和第二低温支路，第一低温支路上有第七控制阀，第二低温支路上有第八控制阀；所述高温储液罐和所述单向换热器之间有第九控制阀；
储能蓄热时，所述空气压缩机排出的高温高压空气进入所述双向换热器，放热后进入所述储气室储存，热量进入所述高温储液罐存储；释能回热时，所述储气室释放高压空气分别进入所述双向换热器和所述单向换热器，吸热升温后进入所述透平膨胀机，同时热量由所述高温储液罐进入所述双向换热器和所述单向换热器。
进一步，储能蓄热时，所述第一控制阀、第二控制阀、第五控制阀和第七控制阀打开，所述第三控制阀、第四控制阀、第六控制阀、第八控制阀和第九控制阀关闭；
释能回热时，所述第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第六控制阀、第八控制阀和第九控制阀打开，所述第一控制阀、第五控制阀和第七控制阀关闭。
优选地，所述空气压缩机的进气流量小于所述透平膨胀机的进气流量。
所述回热循环管路及所述高温储液罐和低温储液罐中有液态蓄热工质，所述液态蓄热工质通过双向换热器或单向换热器与空气换热。
所述回热循环管路上有驱动所述液态蓄热工质的驱动泵。
本发明的有益效果是，提供一种压缩空气储能回热***及方法，通过合理设计双向换热器和单向换热器的换热面积和功率，可以在保障储热和回热基本功能的同时，有效提高设备利用率，并降低设备投资成本、缩减占地面积。
附图说明
图1是本发明一种压缩空气储能回热***及方法一较佳实施例的***流程示意图；
图中，1：空气压缩机；2：双向换热器；3：储气室；4：单向换热器；5：透平膨胀机；6：高温储液罐；7：低温储液罐；a：第一控制阀；b：第二控制阀；c：第三控制阀；d：第四控制阀；e：第五控制阀；f：第六控制阀；g：第七控制阀；h：第八控制阀；a：第九控制阀。
具体实施例
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1，本发明实施例包括：
一种压缩空气储能回热***及方法，能够解决绝热压缩空气储能***中换热设备利用率偏低、投资成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，提供一种压缩空气储能回热***及方法，其特征在于：包括空气压缩机1、双向换热器2、储气3、单向换热器4、透平膨胀机5以及高温储液罐6和低温储液罐7；
所述空气压缩机1入口与大气相连，出口设有所述第一控制阀a，并通过所述第一控制阀a与所述双向换热器2空气侧一端相连，同时所述双向换热器2空气侧该端通过控制阀4与所述透平膨胀机5入口相连，所述双向换热器2空气侧另一端则通过第二控制阀b与所述储气室3口部相连；同时，所述储气室3口部通过所述第三控制阀c与所述单向换热器4空气侧入口相连，所述单向换热器4空气侧出口则与所述透平膨胀机5入口相连，所述透平膨胀机5出口与大气相连。
所述高温储液罐6与所述低温储液罐7构成回热循环，所述双向换热器2和所述单向换热器4蓄热工质侧管路设置在所述回热循环管路上；所述高温储液罐6分别通过所述第五控制阀e和所述第六控制阀f与所述双向换热器2蓄热工质侧一端相连，所述双向换热器2蓄热工质侧另一端通过所述第七控制阀g和所述第八控制阀h与所述低温储液罐7相连；所述高温储液罐6通过所述第九控制阀i与所述单向换热器4蓄热工质侧入口相连，所述单向换热器4蓄热工质侧出口与所述低温导热油罐相连。
储能蓄热时，所述空气压缩机1启动，所述第一控制阀a、第二控制阀b、第五控制阀e和第七控制阀g打开，所述第三控制阀c、第四控制阀d、第六控制阀f、第八控制阀h和第九控制阀i关闭，常温常压空气经压缩后成为高温高压空气并进入所述双向换热器2，同时，低温蓄热工质由所述低温储液罐7进入所述双向换热器2与所述高温高压空气换热升温后进入所述高温储液罐6储存，所述高温高压空气放热降温后进入所述储气室3中储存。
释能回热时，所述第二控制阀b、第三控制阀c、第四控制阀d、第六控制阀f、第八控制阀h和第九控制阀i打开，所述第一控制阀a、第五控制阀e和第七控制阀g关闭，所述储气室3中的常温高压空气同时进入所述双向换热器2和单向换热器4，同时，高温蓄热工由所述高温储液罐6同时进入所述双向换热器2和单向换热器4与所述常温高压空气换热降温后进入所述低温储液罐7储存，所述常温高压空气吸热升温后进入所述透平膨胀机5做功膨胀，并带动发电机输出电力。
本发明的有益效果是，提供一种压缩空气储能回热***及方法，通过合理设计双向换热器和单向换热器的换热面积和功率，可以在保障储热和回热基本功能的同时，有效提高换热设备利用率，并降低设备投资成本、缩减占地面积。
最后应声明的是：以上所述仅为本发明一种压缩空气储能回热***及方法的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种压缩空气储能回热***及方法，包括空气压缩机、储气室、透平膨胀机、双向换热器、单向换热器以及高温储液罐和低温储液罐；
其中，所述空气压缩机、双向换热器、储气室串联构成第一空气支路，所述空气压缩机和所述双向换热器间有第一控制阀，所述双向换热器和所述储气室之间有第二控制阀；所述储气室、单向换热器、透平膨胀机串联构成第二空气支路，所述储气室和所述单向换热器之间有第三控制阀；所述双向换热器和所述透平膨胀机之间还有第三空气支路，所述第三空气支路上有第四控制阀；
所述高温储液罐和低温储液罐构成回热循环，所述回热循环分别通过所述双向换热器和单向换热器与所述第一空气支路和第二空气支路换热；所述高温储液罐与所述双向换热器之间有第一高温支路和第二高温支路，第一高温支路上有第五控制阀，第二高温支路上有第六控制阀；所述低温储液罐与所述双向换热器之间有第一低温支路和第二低温支路，第一低温支路上有第七控制阀，第二低温支路上有第八控制阀；所述高温储液罐和所述单向换热器之间有第九控制阀；
储能蓄热时，所述空气压缩机排出的高温高压空气进入所述双向换热器，放热后进入所述储气室储存，热量进入所述高温储液罐存储；释能回热时，所述储气室释放高压空气分别进入所述双向换热器和所述单向换热器，吸热升温后进入所述透平膨胀机，同时热量由所述高温储液罐进入所述双向换热器和所述单向换热器。
2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能回热***及方法，其特征在于：
储能蓄热时，所述第一控制阀、第二控制阀、第五控制阀和第七控制阀打开，所述第三控制阀、第四控制阀、第六控制阀、第八控制阀和第九控制阀关闭；
释能回热时，所述第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第六控制阀、第八控制阀和第九控制阀打开，所述第一控制阀、第五控制阀和第七控制阀关闭。
3.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能回热***及方法，其特征在于：所述空气压缩机的进气流量小于所述透平膨胀机的进气流量。
4.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能回热***及方法，其特征在于：所述回热循环管路及所述高温储液罐和低温储液罐中有液态蓄热工质，所述液态蓄热工质通过双向换热器或单向换热器与空气换热。
5.根据权利要求3所述的一种压缩空气储能回热***及方法，其特征在于：所述回热循环管路上有驱动所述液态蓄热工质的驱动泵。
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Inventor after: Li Qingsong

Inventor after: Li Zhi

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Inventor after: Li Kai

Inventor after: Zhang Xuelin

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Inventor after: Chen Laijun

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