[发明专利]一种冷热电联供的压缩空气储能系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式电能物理储能系统，特别涉及一种压缩空气储能系统。

背景技术

随着传统化石能源的日益枯竭，可再生能源的利用受到越来越多的重视。在我国，风电已经成为继火电、水电后的第三大电能来源。可是风能等可再生能源所固有的随机性和波动性，给我国发展新型能源带来了巨大的挑战。储能技术可以有效提高电网调峰能力，进而使得电网运行的安全稳定性和风电机组利用率得到提高，减少风电弃风，提高清洁能源发电比例，优化能源结构。

到目前为止，电能储存技术可以分为两大类，一类是物理储能，比如抽水蓄能、压缩空气储能以及飞轮储能等；另一类是电化学储能，比如电池、燃料电池以及电解氢等。然而，适合大规模风电储存的成熟技术只有两种，抽水蓄能技术和压缩空气储能技术。在中国，风电富集地区大都为干旱、缺水地区，而抽水蓄能技术需要一定的地理环境，因此该技术无法在我国用来大规模储存风电。压缩空气储能技术可以克服抽水蓄能的缺点，而且适用于我国北方的风电富集地区，可以很好的解决我国北方风电发展所遇到的瓶颈问题。

随着分布式能量系统的发展以及减小储气室容积和提高储气压力的需要，小规模分布式压缩空气储能系统被人们越来越多的关注，而分布式供能技术的主要优点在冷热电联产系统中得到了充分的体现。因此，结合分布式压缩空气储能技术与冷热电联产技术的新型复合系统，具有很好的能源利用率和发展前景。传统的压缩空气储能系统是一种基于燃气轮机的调峰电站，利用用电低谷的富余电能将高压气体储存于储气装置内，在用电高峰时将高压气体从储气装置中释放，进入燃气轮机中同燃料混合燃烧，驱动透平膨胀机发电。虽然目前适合于分布式压缩空气储能系统的微型燃气轮机技术成熟，但即使是在电厂100％负荷运转时，测得其简单循环的效率通常很难超过20％，带回热的燃气轮机效率可接近30％，而分布式储能发电系统却是经常部分负荷运转，因此必然导致作为燃气动力装置的燃气轮机运行效率更低。此外，我国风电富集地区普遍海拔较高，而燃气轮机的输出随海拔的升高而下降，这意味着在我国风电富集地区建立使用燃气轮机为燃气动力装置的分布式冷热电联产压缩空气储能系统将会消耗更多的燃料，导致系统的燃料成本升高，并且造成对能源的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷热电联供的压缩空气储能系统，以解决风能利用率较低、传统压缩空气储能效率较低以及能量利用不充分的问题。本系统还可在降低碳和空气污染物方面做出巨大贡献，大大提高能源利用率。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种冷热电联供的压缩空气储能系统，包括一个压缩机机组、一个与该压缩机机组输出相连的高压储气室、一个驱动主发电机的透平膨胀机机组，其特征在于，还包括一个制冷机和一个驱动副发电机的内燃机，所述透平膨胀机机组由两级透平膨胀机串联构成，共同驱动主发电机发电；所述高压储气室的出口通过第一换热器连通透平膨胀机机组中的第二透平膨胀机的进口，第二透平膨胀机的出口通过第一燃烧器连接第一透平膨胀机的进口；第一透平膨胀机的出口连通内燃机的进口，该内燃机的出口与第一换热器相连，该第一换热器的出口连通制冷机的一个进口；所述燃气内燃机的缸套循环水出口通过第二换热器连通制冷机的另一个进口，或直接输出供热水；所述压缩机机组带有冷却器，冷却器的输出连通制冷机，或直接输出供热水。

上述方案中，所述第一换热器与第一透平膨胀机连接管路中串联一个第二燃烧器。

所述压缩机机组由两级压缩机串联共轴连接构成，所述冷却器包括设置在第一压缩机上的级间冷却器、设置在第二压缩机上的后冷却器，该级间冷却器与后冷却器并联连接。

所述制冷机为溴化锂吸收式制冷机。所述内燃机和燃烧器均以天然气为燃料。

本发明是将压缩空气储能与冷热电联产相结合的一个系统，其工作原理是：

压缩空气储能部分：在储能过程中，该系统利用用户剩余电能通过电动机驱动压缩机组工作，压缩常压下的空气到高压下，冷却水冷却流经中间冷却器的高压空气，冷却后的高压空气存储在高压储气室中，多个压缩机组组成串级系统、且共用一个电动机；在发电过程中，预热后的气体通过透平膨胀机驱动发电机发电，在透平膨胀机中完成膨胀做功的气体进入燃气内燃机中，与天然气混合燃烧，再次驱动发电机发电，多个透平膨胀机组成的串级系统共用一个发电机。