CN211777807U - 一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能*** - Google Patents

一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能*** Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***。该***主要包括空气压缩机、压缩空气放热器、储热罐、储气罐、压缩空气加热器、空气膨胀机等设备。本实用新型在用电低谷期利用风力发电机产生的过剩电能驱动空气压缩机对空气压缩，将压缩空气储存在储气罐内，将空气压缩时产生的热量储存在储热罐内；在白天用电负荷高时，先利用储热罐中储存的热量加热储气罐释放的压缩空气，再利用太阳能光热再次加热压缩空气，以进入空气膨胀机内充分做功发电，提供更多电能给电网。通过本实用新型，可有效提升风电的调峰能力及太阳能光热的利用率。

Description

一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***
技术领域
本实用新型涉及新能源压缩空气储能技术领域，特别涉及一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，具体涉及一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***。
背景技术
近年来，随着国民经济的快速发展，电网的电力负荷峰谷差逐渐加大，同时用户对基本用电电能质量的要求也越来越高，因此必须采取相应的措施，对电网中的不平衡负荷进行调整，从而起到保证电力***稳定运行，满足用户需求的目的，即需要对电力负荷进行调峰。压缩空气储能，是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。
近年来蓬勃发展的储能技术可以将用电低谷时新能源等发电机组的多余电能储存起来，尤其是夜间负荷低时进行储能，在电网用电高峰时再将存储的电能以合理的方式释放出来，从而达到调峰/削峰填谷的目的。这样不仅能够合理地降低城市大峰谷差给电网造成的压力，同时也能起到科学的节能减排效果。
众所周知，随着全球能源生产和消费的持续增长，化石能源日益枯竭，能源危机已成为世界范围内面临的共同难题，对人类的生存和发展构成了严重威胁。所以，各国都在积极研究和发展新能源技术，特别是太阳能、风能等可再生能源。由于风电、光伏等新能源发电具有波动性、不确定性，其大规模并网将对电网的安全和稳定运行带来诸多挑战。压缩空气储能(compressed air energy storage，CAES)对地理条件无特殊要求，建造成本和响应速度与抽水蓄能电站相当，使用寿命长，储能容量大，是一种具有推广应用前景的大规模储能技术。
实用新型内容
本实用新型公开了一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***。该***主要包括空气压缩机、压缩空气放热器、储热罐、储气罐、压缩空气加热器、空气膨胀机等设备。本实用新型在用电低谷期利用风力发电机产生的过剩电能驱动空气压缩机对空气压缩，将压缩空气储存在储气罐内，将空气压缩时产生的热量储存在储热罐内；在白天用电负荷高时，先利用储热罐中储存的热量加热储气罐释放的压缩空气，再利用太阳能光热再次加热压缩空气，以进入空气膨胀机内充分做功发电，提供更多电能给电网。通过本实用新型，可有效提升风电的调峰能力及太阳能光热的利用率。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，该***主要包括空气压缩机、压缩空气放热器、储热罐、储气罐、#1压缩空气加热器、#2压缩空气加热器、空气膨胀机；其特征在于，所述的***中，风力发电机与空气压缩机串联，空气压缩机与压缩空气放热器串联，压缩空气放热器与储热罐连接，压缩空气放热器与储气罐连接，储气罐与#1压缩空气加热器连接，储热罐与#1压缩空气加热器连接，#1压缩空气加热器与#2压缩空气加热器串联，太阳能集热器与#2压缩空气加热器连接，#2压缩空气加热器与空气膨胀机串联，空气膨胀机与发电机串联。
所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***在电网负荷低谷期时，风力发电机组产生的过剩风力电能用于空气压缩机压缩空气，并将压缩空气储存在储气罐。原本在电网负荷低谷期会被浪费的风力电能被有效储存起来，节约了能量，提高了整个***的能量利用效率。
所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***将空气压缩机压缩后的高温压缩空气通过压缩空气放热器加热储热工质，用于将空气压缩过程产生的热量储存在储热罐。
所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***在用电负荷高时，储热罐中的储热工质通过 #1压缩空气加热器加热储气罐中释放的压缩空气。
所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***在白天用电负荷高时，#2压缩空气加热器利用太阳能集热器吸收的太阳能光热加热储气罐中释放的压缩空气。有效利用了太阳能光热，提升了整个***的经济性。
所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***在白天用电负荷高时，高温压缩空气通过空气膨胀机做功，带动发电机发电。
本实用新型具有以下优点和效果：
1)利用了电网负荷低谷期时风力发电机产生的过剩电能，用于空气压缩机压缩空气，并将压缩空气储存在储气罐，原本在电网负荷低谷期会被浪费的电能被有效储存起来，节约了能量，提高了整个***的能量利用效率。
2)利用了压缩空气的热能，用于加热储热工质储存在储热罐内，节约了能量，提高了整个***的能量利用效率，优化了***的热利用率。
3)利用了在白天电网负荷高时太阳能集热器吸收的太阳能光热，用于加热储气罐中释放的压缩空气，以产生高温压缩空气进入空气膨胀机内充分做功。有效提升了太阳能光热的能力利用率，提高了电网的调峰能力。
附图说明
图1是一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***图。
图中：1-风力发电机；2-空气压缩机；3-压缩空气放热器；4-储热罐；5-储气罐；6-#1压缩空气加热器；7-#2压缩空气加热器；8-太阳能集热器；9-空气膨胀机；10-发电机。
具体实施方式
本实用新型提出了一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，下面结合附图和实例给予说明。
如图1所示的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，该***主要包括空气压缩机2、压缩空气放热器3、储热罐4、储气罐5、#1压缩空气加热器6、#2压缩空气加热器7、空气膨胀机9；其特征在于，所述的***中，风力发电机1与空气压缩机2 串联，空气压缩机2与压缩空气放热器3串联，压缩空气放热器3与储热罐4连接，压缩空气放热器3与储气罐5连接，储气罐5与#1 压缩空气加热器6连接，储热罐4与#1压缩空气加热器6连接，#1 压缩空气加热器6与#2压缩空气加热器7串联，太阳能集热器8与 #2压缩空气加热器7连接，#2压缩空气加热器7与空气膨胀机9串联，空气膨胀机9与发电机10串联。
所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***在电网负荷低谷期时，风力发电机1产生的过剩电能用于空气压缩机2压缩空气，并将压缩空气储存在储气罐5。原本在电网负荷低谷期会被浪费的风力电能被有效储存起来，节约了能量，提高了整个***的能量利用效率。
所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***将空气压缩机2压缩后的高温压缩空气通过压缩空气放热器3加热储热工质，用于将空气压缩过程产生的热量储存在储热罐4。
所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***在用电负荷高时，储热罐4中的储热工质通过#1压缩空气加热器6加热储气罐5中释放的压缩空气。
所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***在白天用电负荷高时，#2压缩空气加热器利用太阳能集热器8吸收的太阳能光热加热储气罐5中释放的压缩空气。有效利用了太阳能光热，提升了整个***的经济性。
所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***在白天用电负荷高时，高温压缩空气通过空气膨胀机9做功，带动发电机10发电。
下面结合实施例对具体控制过程进行举例说明：
当***在电网负荷低谷期的工况下运行时，利用风力发电机1产生的过剩电能驱动空气压缩机2对空气压缩，将压缩空气储存在储气罐5内，将空气压缩时产生的热量储存在储热罐4内；在白天用电负荷高时，先利用储热罐4中储存的热量加热储气罐5释放的压缩空气，再利用太阳能光热再次加热压缩空气，以进入空气膨胀机9内充分做功发电，提供更多电能给电网。通过本实用新型，可有效提升风电的调峰能力及太阳能光热的利用率。
该***通过充分利用风力电能及太阳能光热，在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，回收了空气压缩时产生的热量，用于加热储热工质，在电网负荷高峰期释放压缩空气，加热后进入空气膨胀机膨胀做功发电，避免了电能损失，实现了电网的灵活调峰，提高了***的经济性。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，该***主要包括空气压缩机（2）、压缩空气放热器（3）、储热罐（4）、储气罐（5）、#1压缩空气加热器（6）、#2压缩空气加热器（7）、空气膨胀机（9）；其特征在于，所述的***中，风力发电机（1）与空气压缩机（2）串联，空气压缩机（2）与压缩空气放热器（3）串联，压缩空气放热器（3）与储热罐（4）连接，压缩空气放热器（3）与储气罐（5）连接，储气罐（5）与#1压缩空气加热器（6）连接，储热罐（4）与#1压缩空气加热器（6）连接，#1压缩空气加热器（6）与#2压缩空气加热器（7）串联，太阳能集热器（8）与#2压缩空气加热器（7）连接，#2压缩空气加热器（7）与空气膨胀机（9）串联，空气膨胀机（9）与发电机（10）串联。
2.根据权利要求1所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***在电网负荷低谷期时，风力发电机（1）产生的过剩电能用于空气压缩机（2）压缩空气，并将压缩空气储存在储气罐（5），原本在电网负荷低谷期会被浪费的风力电能被有效储存起来，节约了能量，提高了整个***的能量利用效率。
3.根据权利要求1所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***将空气压缩机（2）压缩后的高温压缩空气通过压缩空气放热器（3）加热储热工质，用于将空气压缩过程产生的热量储存在储热罐（4）。
4.根据权利要求1所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***在用电负荷高时，储热罐（4）中的储热工质通过#1压缩空气加热器（6）加热储气罐（5）中释放的压缩空气。
5.根据权利要求1所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***在白天用电负荷高时，#2压缩空气加热器利用太阳能集热器（8）吸收的太阳能光热再次加热储气罐（5）中释放的压缩空气，有效利用了太阳能光热，提升了整个***的经济性。
6.根据权利要求1所述的一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能***，其特征在于，所述的***在白天用电负荷高时，高温压缩空气通过空气膨胀机（9）做功，带动发电机（10）发电。
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