CN111749743A - 一种灵敏适于调频的压缩空气储能*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种灵敏适于调频的压缩空气储能***，包括：储能阶段装置对空气进行液化处理得到液化的空气；和/或将部分空气压缩后输入到高压气罐；释能阶段装置将液化的空气进行气化处理后，利用气化空气膨胀做功，带动发电机发电；高压气罐调节对空气进行液化及气化处理时产生的空气波动，当发电机发电需要气化的空气增加时，提供差额空气。本发明的储能阶段装置将空气进行压缩、冷却及液化后进行预存，在电网调度时，释能阶段装置将预存的液化空气进行加压、气化及升温后膨胀做功，以便带动发电机发电；高压气罐内存储一定容量的压缩空气，当出现空气波动或发电机出力增加时，高压气罐可以及时输出差额空气，抑制空气波动，响应电网调度。

Description

一种灵敏适于调频的压缩空气储能***
技术领域
本发明涉及能源动力领域，具体涉及一种灵敏适于调频的压缩空气储能***。
背景技术
压缩空气储能***是以空气为介质的大规模储能***，在用电低峰将电能转化为压缩空气的势能储存，在用电高峰通过压缩空气推动透平做功释放电能。液化空气储能***是在压缩空气储能的基础上提出的新型储能***。与压缩空气储能***相比，液态空气储能***储能密度大，不需要大型的压力存储容器，摆脱了地理条件的限制，更具发展和应用优势。此外液化空气储能***能够双向调频，即在电网负荷增加时，储能***放电，电网负荷减小时，储能***充电，其作为一种新型调频手段备受关注。透平在参与调频的过程中，需要调节机前阀门开度以实现输出功率的变化，而液态罐中的液态空气需要先吸热汽化后再进行膨胀做功，这增加了调频过程中***的响应时间，不利于***的调频性能。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的液态空气储能***在电网调频时，响应时间长的缺陷，从而提供一种灵敏适于调频的压缩空气储能***。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明实施例提供一种灵敏适于调频的压缩空气储能***，包括：储能阶段装置、储液装置、释能阶段装置及高压气罐，其中，储能阶段装置，其输入端与外接的电动机连接，用于对空气进行液化处理，得到液化的空气；和/或，将部分空气进行压缩后，输入到高压气罐中；储液装置，其输入端与所述储能阶段装置的输出端连接，其输出端与所述释能阶段装置的输入端连接，用于储存液化的空气；释能阶段装置，其输入端与储液装置的输出端连接，其输出端与外接的发电机连接，用于将液化的空气进行气化处理后，利用气化的空气膨胀做功，带动发电机发电，发电机遵从电网调度***的调度；高压气罐，输入端与储能阶段装置连接，输出端与释能阶段装置连接，用于调节对空气进行液化及气化处理时产生的空气波动，及当所述发电机发电需要气态的空气量变化时，为所述释能阶段装置提供差额空气。
在一实施例中，储能阶段装置包括：空气压缩机，其输入端与外接电动机连接，其输出端与高压气罐的输入端连接，用于对空气进行压缩处理，电动机为空气压缩机的运转提供电能；冷却器，其输入端与空气压缩机的输出端连接，其输出端与液化装置的输入端连接，用于对压缩后的空气进行冷却；液化装置，其输入端与冷却器的输出端连接，用于对冷却后的空气进行液化处理。
在一实施例中，释能阶段装置包括：低温泵，其输入端与储液装置的输出端连接，用于当发电机需要发电时，对储液装置内的液化的空气进行增压，得到液化的空气；蒸发装置，其输入端与低温泵的输出端连接，用于对液化的空气进行气化处理，得到高压力气态的空气；膨胀机，其输入端与蒸发装置的输出端连接，用于利用高压力气态的空气膨胀做功，带动发电机发电。
在一实施例中，储能阶段装置还包括：第一换热器，其输入端与空气压缩机的输出端连接，其输出端与冷却器的输入端连接，用于将压缩处理后的空气进行降温后输送到冷却器中。
在一实施例中，释能阶段装置还包括：第二换热器，其输入端与蒸发装置的输出端连接，其输出端与膨胀机的输出端连接，用于将高压力气态的空气进行升温后输送到膨胀机中。
在一实施例中，灵敏适于调频的压缩空气储能***还包括：储冷装置，其输入端与蒸发装置连接，其输出端与液化装置连接，用于当蒸发装置对液化的空气进行气化处理时，储存液化的空气的冷能；液化装置利用储冷装置储存的冷能对冷却后的空气进行液化处理。
在一实施例中，灵敏适于调频的压缩空气储能***还包括：储热装置包括高温储热装置及低温储热装置，其中，高温储热装置，其输入端与第一换热器连接，其输出端与第二换热器连接，用于储存换热介质，换热介质用于与压缩处理后的空气进行热交换；低温储热装置，其输入端与第二换热器连接，其输出端与第一换热器连接，用于储存换热介质，换热介质用于与高压力气态的空气进行热交换。
在一实施例中，第一换热器、高温储热装置、第二换热器及低温储热装置依次连接，构成热量循环回路。
在一实施例中，液化装置与蒸发装置连接，当储冷装置储存的冷能为气体冷能时，液化装置利用气体冷能对冷却后的空气进行液化处理后，气体冷能通过蒸发装置释放。
在一实施例中，高压气罐包括气阀，气阀根据膨胀机输入端的气体压强及高压气罐的气体压强，控制差额空气输出量。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的灵敏适于调频的压缩空气储能***，储能阶段装置将空气进行压缩、冷却及液化后进行预存，在电网调度时，释能阶段装置将预存的液化空气进行加压、气化及升温后膨胀做功，以便带动发电机发电；设置高压气罐预存一定容量的压缩空气，当整个***中出现空气流量波动或发电机出力波动时，高压气罐及时输出差额空气，以便抑制功率波动时产生的空气流量波动，及时响应电网调度，从而缩短了调频过程中***的响应时间，提高了***的调频性能，实现液化空气储能技术在电网调频领域的应用和推广。
2.本发明提供的灵敏适于调频的压缩空气储能***，利用储冷装置储存气化过程的冷量，用于液化过程降低气体的温度，提高***液化效率。利用第一换热器、第二换热器及储热装置储存压缩过程产生的高温热量和膨胀过程产生的低温热量，实现了***能量的回收和利用，提高***储能效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的灵敏适于调频的压缩空气储能***的一个具体示例的组成图；
图2为本发明实施例提供的储能阶段装置的一个具体示例的组成图；
图3为本发明实施例提供的释能阶段装置的一个具体示例的组成图；
图4为本发明实施例提供的灵敏适于调频的压缩空气储能***的另一个具体示例的组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例
本发明实施例提供一种灵敏适于调频的压缩空气储能***，应用于，如图1所示，包括：储能阶段装置1、释能阶段装置2、高压气罐3及储液装置4。
本发明实施例的储能阶段装置1，其输入端与外接的电动机连接，用于对空气进行液化处理，得到液化的空气；和/或，将部分空气进行压缩后，输入到高压气罐3中。
本发明实施例的释能阶段装置2，其输入端与储能阶段装置1的输出端连接，其输出端与外接的发电机连接，用于将液化的空气进行气化处理后，利用气化的空气膨胀做功，带动发电机发电，发电机遵从电网调度***的调度。
本发明实施例的储液装置4，其输入端与储能阶段装置的输出端连接，其输出端与释能阶段装置的输入端连接，用于储存液化的空气。
本发明实施例的储能阶段装置1与电动机连接，该电动机用于为储能阶段装置1的转动提供电能，储能阶段装置1将吸入的空气进行压缩、降温及液化处理，最后将液化空气预存到储液装置中，当电网调度时，释能阶段装置2将储液装置4内储存的液化空气增压、气化、升温后，利用升温的空气膨胀做功，带动外接的发电机转动发电，从而实现电网调频。
本发明实施例的高压气罐3，输入端与储能阶段装置1连接，输出端与释能阶段装置2连接，用于调节对空气进行液化及气化处理时产生的空气量波动，及当发电机发电需要气态的空气量变化时，由气罐为膨胀机提供差额空气。
但在储能阶段装置1对空气进行液化，或释能阶段装置2对液化的空气进行气化过程中，会产生空气量的波动，这种波动对造成响应电网调度的时间增长及调频性能降低，因此本发明实施例设置高压气罐3，由于高压气罐3为密闭的装置，因此储能阶段装置1将压缩后的空气会暂存于高压气罐3中，当产生气体波动时，高压气罐3的气阀根据释能阶段装置2的气体压强及高压气罐3的气体压强，控制差额空气输出量。此外，当发电机发电需要气态的空气增加时，而储能阶段装置1预存的液化空气不足以响应电网调度时，此时高压气罐3内的空气将自动补足差额空气，从而及时响应电网调度。
本发明实施例提供的灵敏适于调频的压缩空气储能***，储能阶段装置将空气进行压缩、冷却及液化后进行预存，在电网调度时，释能阶段装置将预存的液化空气进行加压、气化及升温后膨胀做功，以便带动发电机发电；设置高压气罐预存一定容量的压缩空气，当整个***中出现空气流量波动或发电机出力波动时，高压气罐及时输出差额空气，以便抑制功率波动时产生的空气流量波动，及时响应电网调度，从而缩短了调频过程中***的响应时间，提高了***的调频性能，实现液化空气储能技术在电网调频领域的应用和推广。
在一具体实施例中，如图2所示，储能阶段装置1包括：空气压缩机11、冷却器12、液化装置13。
如图2所示，本发明实施例的空气压缩机11，其输入端与外接电动机连接，其输出端与高压气罐3的输入端连接，用于对空气进行压缩处理，电动机为空气压缩机11的运转提供电能。冷却器12，其输入端与空气压缩机11的输出端连接，其输出端与液化装置13的输入端连接，用于对压缩后的空气进行冷却。液化装置13，其输入端与冷却器12的输出端连接，用于对冷却后的空气进行液化处理。
本发明实施例的空气压缩机11、冷却器12、液化装置13及储液装置4通过管路依次连接，其中空气压缩机11将吸入的空气进行压缩后，冷却器12将压缩后的空气进行冷却降温，液化装置13将冷却后的空气进行液化后，储液装置4预存液化的空气，以便当发电机需要发电时，利用空气膨胀做功，响应电网调度。
在一具体实施例中，如图3所示，释能阶段装置2包括：低温泵21、蒸发装置22及膨胀机23。
本发明实施例的低温泵21，如图3所示，其输入端与储液装置4的输出端连接，用于当发电机需要发电时，对储液装置4内的液化的空气进行增压，得到液化的空气。蒸发装置22，其输入端与低温泵21的输出端连接，用于对液化的空气进行气化处理，得到高压力气态的空气。膨胀机23，其输入端与蒸发装置22的输出端连接，用于利用高压力气态的空气膨胀做功，带动发电机发电。
当发电机需要发电时，此时低温泵21将储液装置4中预存的液化空气加压，并将液化的空气输出至蒸发装置22，蒸发装置22将液化的空气进行气化，并将高压力气态的空气输出至膨胀机23，膨胀机23膨胀做功带动发电机转动，从而发电机发电。
在一具体实施例中，如图4所示，储能阶段装置1还包括第一换热器14，释能阶段装置2还包括第二换热器24，灵敏适于调频的压缩空气储能***还包括储能装置5、储热装置6，其中储热装置6包括高温储热装置61及低温储热装置62。
如图4所示，本发明实施例的第一换热器14，其输入端与空气压缩机11的输出端连接，其输出端与冷却器12的输入端连接，用于将压缩处理后的空气进行降温后输送到冷却器12中。第二换热器24，其输入端与蒸发装置22的输出端连接，其输出端与膨胀机23的输出端连接，用于将高压力气态的空气进行升温后输送到膨胀机23中。
如图4所示，为了使得压缩后的空气充分降温及完全液化，本发明实施例利用第一换热器14对压缩后的空气进行初步降温，冷却器12对降温后的空气进行冷却，从而使得液化装置13可以将空气完全液化，以免造成空气量的波动。同理，为了及时响应电网调度，减少空气波动，本发明实施例利用换热器对蒸发装置22将液化的空气进行气化后得到的高压力气态的空气再次升温，以保证液化的空气完全气化。
如图4所示，储能装置5，其输入端与蒸发装置22连接，其输出端与液化装置13连接，用于当蒸发装置22对液化的空气进行气化处理时，储存液化的空气的冷能；液化装置13利用储能装置5储存的冷能对冷却后的空气进行液化处理。
本发明实施例中的液化装置13利用冷能介质对空气进行液化，为了节约资源及能源循环利用，将蒸发装置22对液化的空气进行气化过程中产生的冷能存储在储能装置5中，以便进行空气液化。
如图4所示，高温储热装置61，其输入端与第一换热器14连接，其输出端与第二换热器24连接，用于储存换热介质，换热介质用于与压缩处理后的空气进行热交换。低温储热装置62，其输入端与第二换热器24连接，其输出端与第一换热器14连接，用于储存换热介质，换热介质用于与高压力气态的空气进行热交换。第一换热器14、高温储热装置61、第二换热器24及低温储热装置62依次连接，构成热量循环回路。
本发明实施例中在储能阶段，利用第一换热器14对压缩后的空气进行初步降温，在释能阶段，利用第二换热器24对高压力气态的空气将再次升温，因此降温-升温的过程中产生的高温热量及低温热量将分别存储在高温储热装置61及低温储热装置62中，当发电机发电时，及时利用热量分别进行空气降温及空气升温。
在一具体实施例中，液化装置13与蒸发装置22连接，当储能装置5储存的冷能为气体冷能时，液化装置13利用气体冷能对冷却后的空气进行液化处理后，气体冷能通过蒸发装置22释放。
如图4所示，液化装置13与蒸发装置22连接，以便当储能装置5中的介质为气体介质时，在液化装置13利用气体介质对空气进行液化后，废弃的气体介质通过蒸发装置22进行气化后排出。
图4中，高压气罐3的入口与空气压缩机11连接，其出口与膨胀机23连接，高压气罐3的入口及出口均设置气阀，从而可以实现压缩后的空气自动进行高压气罐3，以及当第二换热器24输出的空气有波动，或预存的液化空气不足以响应电网调度时，高压气罐3及时输出差额空气，从而缩短了电网调频过程的灵敏适于调频的压缩空气储能***的响应时间，提高了的灵敏适于调频的压缩空气储能***的调频性能。
本发明实施例提供的灵敏适于调频的压缩空气储能***，储能阶段装置将空气进行压缩、冷却及液化后进行预存，在电网调度时，释能阶段装置将预存的液化空气进行加压、气化及升温后膨胀做功，以便带动发电机发电；设置高压气罐预存一定容量的压缩空气，当整个***中出现空气流量波动或发电机出力波动时，高压气罐及时输出差额空气，以便抑制功率波动时产生的空气流量波动，及时响应电网调度，从而缩短了调频过程中***的响应时间，提高了***的调频性能，实现液化空气储能技术在电网调频领域的应用和推广；利用储冷装置储存气化过程的冷量，用于液化过程降低气体的温度，提高***液化效率。利用第一换热器、第二换热器及储热装置储存压缩过程产生的高温热量和膨胀过程产生的低温热量，实现了***能量的回收和利用，提高***储能效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种灵敏适于调频的压缩空气储能***，其特征在于，包括：储能阶段装置、储液装置、释能阶段装置及高压气罐，其中，
储能阶段装置，其输入端与外接的电动机连接，用于对空气进行液化处理，得到液化的空气；和/或，将部分空气进行压缩后，输入到所述高压气罐中；
储液装置，其输入端与所述储能阶段装置的输出端连接，其输出端与所述释能阶段装置的输入端连接，用于储存液化的空气；
释能阶段装置，其输入端与所述储液装置的输出端连接，其输出端与外接的发电机连接，用于将液化的空气进行气化处理后，利用气化的空气膨胀做功，带动发电机发电，所述发电机遵从电网调度***的调度；
高压气罐，输入端与所述储能阶段装置连接，输出端与所述释能阶段装置连接，用于调节对空气进行液化及气化处理时产生的空气波动，及当所述发电机发电需要气态的空气量变化时，为所述释能阶段装置提供差额空气。
2.根据权利要求1所述的灵敏适于调频的压缩空气储能***，其特征在于，所述储能阶段装置包括：
空气压缩机，其输入端与外接电动机连接，其输出端与所述高压气罐的输入端连接，用于对空气进行压缩处理，所述电动机为所述空气压缩机的运转提供电能；
冷却器，其输入端与所述空气压缩机的输出端连接，其输出端与所述液化装置的输入端连接，用于对压缩后的空气进行冷却；
液化装置，其输入端与所述冷却器的输出端连接，用于对冷却后的空气进行液化处理。
3.根据权利要求2所述的灵敏适于调频的压缩空气储能***，其特征在于，所述释能阶段装置包括：
低温泵，其输入端与所述储液装置的输出端连接，用于当发电机需要发电时，对储液装置内的液化的空气进行增压，得到液化的空气；
蒸发装置，其输入端与所述低温泵的输出端连接，用于对液化的空气进行气化处理，得到高压力气态的空气；
膨胀机，其输入端与所述蒸发装置的输出端连接，用于利用高压力气态的空气膨胀做功，带动发电机发电。
4.根据权利要求3所述的灵敏适于调频的压缩空气储能***，其特征在于，所述储能阶段装置还包括：
第一换热器，其输入端与所述空气压缩机的输出端连接，其输出端与所述冷却器的输入端连接，用于将压缩处理后的空气进行降温后输送到所述冷却器中。
5.根据权利要求4所述的灵敏适于调频的压缩空气储能***，其特征在于，所述释能阶段装置还包括：
第二换热器，其输入端与所述蒸发装置的输出端连接，其输出端与所述膨胀机的输出端连接，用于将高压力气态的空气进行升温后输送到所述膨胀机中。
6.根据权利要求3所述的灵敏适于调频的压缩空气储能***，其特征在于，还包括：
储冷装置，其输入端与所述蒸发装置连接，其输出端与所述液化装置连接，用于当所述蒸发装置对液化的空气进行气化处理时，储存液化的空气的冷能；所述液化装置利用所述储冷装置储存的冷能对冷却后的空气进行液化处理。
7.根据权利要求5所述的灵敏适于调频的压缩空气储能***，其特征在于，还包括：储热装置包括高温储热装置及低温储热装置，其中，
高温储热装置，其输入端与所述第一换热器连接，其输出端与所述第二换热器连接，用于储存换热介质，所述换热介质用于与压缩处理后的空气进行热交换；
低温储热装置，其输入端与所述第二换热器连接，其输出端与所述第一换热器连接，用于储存换热介质，所述换热介质用于与高压力气态的空气进行热交换。
8.根据权利要求7所述的灵敏适于调频的压缩空气储能***，其特征在于，第一换热器、高温储热装置、第二换热器及低温储热装置依次连接，构成热量循环回路。
9.根据权利要求6所述的灵敏适于调频的压缩空气储能***，其特征在于，所述液化装置与所述蒸发装置连接，当所述储冷装置储存的冷能为气体冷能时，所述液化装置利用所述气体冷能对冷却后的空气进行液化处理后，所述气体冷能通过所述蒸发装置释放。
10.根据权利要求3所述的灵敏适于调频的压缩空气储能***，其特征在于，所述高压气罐包括气阀，所述气阀根据所述膨胀机输入端的气体压强及所述高压气罐的气体压强，控制差额空气输出量。
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