[实用新型]一种压缩空气与储热介质同时储能的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用压缩空气和储热介质同时储能的系统，属于压缩空气储能技术领域。

背景技术

目前，包括风能、太阳能等在内的可再生能源的发展使储能技术日益受到关注。可再生能源存在的一大问题是其不稳定性，不同时刻的外界气候条件会导致发电量的大幅波动，这对并网运行或是与用户需求的匹配都造成了很大的负面影响。因此，发展合适的储能技术调节不同时段的发电量以满足并网或用户的需求是至关重要的。

在目前常见的储能技术中，压缩空气储能技术具有较大发展潜力，它的可存储容量与抽水蓄能相当，但是对地形条件的要求比抽水储能宽松；其余储能技术，包括飞轮储能、超级电容和先进燃料电池等均存在着存储容量小的缺点。

现有的压缩空气储能技术主要包括两种：非绝热压缩空气储能技术和绝热压缩空气储能技术。非绝热压缩空气储能技术需要通过燃料的燃烧来提高透平进口气体的温度，这带来了污染物和二氧化碳的排放问题。而绝热压缩空气储能技术则回收空气在压缩过程中产生的热量并储存在储热罐中，用于空气膨胀前的预热，该技术不需要燃料的引入，更加绿色环保，同时与非绝热压缩空气储能相比效率更高。但是，由于储热罐的引入，绝热压缩空气储能系统更为复杂，且初期投资成本比非绝热压缩空气储能系统高20～30%，过高的投资成本限制了其应用和推广。而且由于目前压气机材料的限制，空气压缩机出口的空气温度不高，这使得储热罐内储热介质的储热潜力受到限制。此外，透平入口温度也会因此受到限制，这意味着当空气储存压力较高时，透平出口可能会出现冷凝，这时就需要提高透平出口压力或采用两级储热罐和两级透平，提高透平出口压力会导致系统效率下降，而采用两级储热罐和两级透平则显著提高了系统的复杂程度。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有压缩空气储能技术中存在的缺点，提供一种利用压缩空气和储热介质同时储存能量的系统，以充分利用固体储热介质的储热潜力，大幅提高现有的绝热压缩空气储能系统的储存容量，同时系统简单，系统单位容量投资成本低。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供的压缩空气与储热介质同时储能的系统，其特征在于：所述系统包括电动机、空气压缩机、储热罐、空气储存装置、透平和发电机；所述的电动机与空气压缩机相连；空气压缩机的出口与储热罐通过管路相连；在储热罐内设置固体储热介质和电加热元件；储热罐与空气储存装置通过管路相连；透平入口与储热罐也通过管路相连；透平的旋转轴与发电机的输入轴相连。

本实用新型所述的空气储存装置为空气储罐或地下洞穴。

本实用新型所述的空气压缩机包括至少一级空气压缩机，若采用二级或二级以上空气压缩机，则每两级空气压缩机中间布置压缩间冷换热器。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①与现有的非绝热压缩空气储能系统相比，本实用新型没有燃烧室，无需消耗化石燃料，为局部零排放的绿色系统；②与现有的绝热压缩空气储能系统相比，本实用新型充分利用了固体储热介质的储热能力，系统存储容量大幅提升，单位容量投资成本显著降低；③本实用新型所述系统在不同的空气存储压力（40～200bar）条件下都采用一级储热罐，一级透平的配置方案，系统效率均可以维持在较高水平（60～70%），而传统的绝热压缩空气储能系统在空气存储压力较高（大于120bar）时，若只采用一级储热罐，一级透平的配置则系统效率较低（低于60%），若采用两级储热罐，两级透平的配置虽然系统效率较高，但投资成本和系统复杂程度显著提高。

附图说明

图1是采用一级空气压缩的压缩空气与储热介质同时储能系统的原理结构示意图。

图2是采用两级空气压缩的压缩空气与储热介质同时储能系统的原理结构示意图。

图中：1－电网；2－电动机；3－空气压缩机；3a－一级空气压缩机；3b－二级空气压缩机；4－储热罐；5－固体储热介质；6－电加热元件；7－空气储存装置；8－透平；9－发电机；10－压缩间冷换热器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的原理和具体实施作进一步的说明。

图1和图2分别为本实用新型提供的采用一级空气压缩或两级空气压缩的压缩空气与高温储热介质同时储能系统的原理结构示意图。所述系统包括电动机2、空气压缩机3、储热罐4、空气储存装置7、透平8和发电机9；所述的电动机与空气压缩机相连；空气压缩机的出口与储热罐通过管路相连；在储热罐内设置固体储热介质5和电加热元件6；储热罐与空气储存装置7通过管路相连；透平入口与储热罐也通过管路相连；透平8的旋转轴与发电机9的输入轴相连。