[发明专利]超超临界空气储能/释能系统

说明书

技术领域

本发明涉及能量储存技术领域，特别是一种基于超超临界过程的大规模空气储能/释能系统。

背景技术

电力储能技术是目前调整电网峰谷、改善电力系统经济性和稳定性的重要手段，是制约不稳定、间歇式的可再生能源大规模利用的最重要瓶颈之一，也是分布式能源和智能电网的关键技术。目前已有电力储能技术包括抽水蓄能电站、压缩空气、蓄电池、超导磁能、飞轮和电容等。但由于容量、储能周期、能量密度、充放电效率、寿命、运行费用、环保等原因，目前已在大型商业系统中运行的只有抽水电站和压缩空气两种。

传统压缩空气储能系统是基于燃气轮机技术开发的一种储能系统。在用电低谷，将空气压缩并存于储气室中，使电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰，高压空气从储气室释放，进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧，然后驱动透平发电。压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、效率高（50%～70%）和单位投资相对较小等优点，但是，传统压缩空气储能系统不是一项独立的技术，它必须同燃气轮机电站配套使用，不能适合其他类型，如燃煤电站、核电站、风能和太阳能等电站，特别不适合我国以燃煤发电为主，不提倡燃气燃油发电的能源战略。而且，压缩空气储能系统仍然依赖燃烧化石燃料提供热源，一方面面临化石燃料逐渐枯竭和价格上涨的威胁，另一方面其燃烧仍然产生氮化物、硫化物和二氧化碳等污染物，不符合绿色(零排放)、可再生的能源发展要求。更为致命的是，由于储能密度低，压缩空气储能系统也需要特定的地理条件建造大型储气室，如岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等，从而大大限制了压缩空气储能系统的应用范围。

为解决传统压缩空气储能系统面临的主要问题，特别是对燃气轮机的依赖问题，最近几年国内外学者分别开展了地面压缩空气储能系统(SVCAES)、带回热的压缩空气储能系统(AACAES)、空气蒸汽联合循环压缩空气储能系统(CASH)等，使压缩空气储能系统基本可以脱离化石燃料燃烧热源。但由于不采用化石燃料热源，压缩空气储能系统的能量密度更低，更加凸显了对大型储气室依赖，同时效率也不够高，必须找到合理的解决办法，才能使空气储能系统得到更广泛而又有效地利用。

近年来，国内外学者发展了超临界空气储能系统，它利用空气的超临界条件下的性质，解决传统压缩空气储能存在的主要技术瓶颈。但是超临界空气储能系统仍然存在工作压力不高、储存容器体积大占地多的问题，而且超临界空气通过节流阀液化的不可逆损失较大，系统流程不够合理，能量利用不充分，导致系统效率较低（大约只有65%左右）。

本发明提出一种超超临界空气储能/释能系统，进一步提升超临界空气储能系统的性能。

发明内容

本发明的目的是公开一种超超临界空气储能/释能系统，它是新型空气储能系统，利用超超临界状态下空气的性质和系统流程创新，提升超临界空气储能系统性能，适合于各种类型电站和电网储能的配套使用。在超超临界条件下，空气密度可以达到正常气态的820倍以上，显著减少储罐体积。使用膨胀机或膨胀机与节流阀的组合后，可以有效利用气体的压力能，实现高品位能量的综合梯级利用，同时有利于提高系统液化率，减少外界的冷量补充量，从而明显提高系统效率。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

超超临界空气储能/释能系统包括压缩机组、蓄热/换热器、蓄冷/换热器、膨胀机、低温储罐、阀门、低温泵、涡轮机组、发电机、驱动单元及多根管线。它与超临界压缩空气储能系统的显著区别在于参数更高，，同时用膨胀机或膨胀机和节流阀的组合代替节流阀，使系统的能量密度和效率得到大幅提升。

本发明的压缩机组包括至少两台低压压缩机、至少一台高压压缩机，相互串联或集成为整体多级压缩机，每一台低压压缩机入口接空气源，压缩系统串联至少一台膨胀机以降低气体温度，提高系统效率，膨胀机的出口接入节流阀稍微降温即可实现液化，膨胀机可以是活塞式、离心式、轴流式和组合式，膨胀机的类型和台数视系统参数而定；膨胀机和压缩机可以设计成同轴组合，也可以通过变速箱连接提供压缩动力，从而提高系统效率和经济性。系统布置如下：

低压压缩机经管线、高压压缩机经管线分别与蓄热/换热器相连；存储压缩热后的高压空气经过管线进入蓄冷换热器降温后进入膨胀机进一步降温降压液化后经过管线进入低温储罐，在管线中设有阀门、至少一台低温泵，阀门位于低温泵上游；蓄冷/换热器底端设有排渣管线与排气管线；蓄热/换热器经管线分别与高压涡轮、低压涡轮相通连。