[发明专利]一种蓄热式压缩空气储能系统

说明书

技术领域

本发明涉及能量储存技术领域，尤其涉及一种蓄热式压缩空气储能系统。

背景技术

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。工作原理为：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。传统压缩空气储能系统的问题之一是仍然依赖燃烧化石燃料提供热源，一方面面临着化石燃料逐渐枯竭和价格上涨的威胁，另一方面其燃烧仍产生氮化物、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。

由于世界各国对于燃料利用、环境保护提出了更高的要求，近些年国内外一些学者开展了对压缩空气储能系统的技术改进。其中，带蓄热装置的压缩空气储能系统是目前较为先进高效的一种储能方式，其核心的技术是利用一套蓄热装置来替代传统压缩空气储能系统中的燃烧室，储能时回收压缩机压缩空气产生的热能并将热量存储，实现压缩热的回收和存储，释能时利用回收的热能加热压缩空气，增加膨胀机的输出功，实现回收热量的再利用。该系统的优点是充分利用了能量，零排放环保无污染，解决了传统压缩空气储能系统仍需依赖燃烧化石燃料提供热源的难题。然而，目前蓄热式压缩空气储能系统存在级间换热器重复布置、系统流程不合理、占地多、成本高、热能利用率低及其导致的系统运行效率降低等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种蓄热式压缩空气储能系统。该系统在蓄热式压缩空气储能系统的基础上，重新优化系统工作流程，利用压缩机组和膨胀机组共用换热器的特性，并通过三通换向阀将压缩机组、蓄热装置和膨胀机组很好的耦合在一起，具有结构简单紧凑、系统效率高、换热效果好、造价低等优点。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种蓄热式压缩空气储能系统，包括压缩机组、蓄热系统、膨胀机组和压缩空气存储装置，其特征在于，

--所述压缩机组包括至少两级压缩机，其中，第一级压缩机的进口接空气源，最后一级压缩机的出口与压缩空气存储装置的进口之间的通气管线上设置末级换热器，中间相邻两级压缩机之间的通气管线上设置有级间换热器；

--所述膨胀机组包括至少两级膨胀机，其中，第一级膨胀机进口与压缩空气存储装置出口之间的通气管线上设置首级换热器，最后一级膨胀机出口通大气；中间相邻两级膨胀机之间的通气管线上设置有级间换热器；

--所述压缩机组中的末级换热器和所述膨胀机组中的首级换热器为同一换热器，最后一级压缩机的出口与该换热器的气侧端口A连接，该换热器的气侧端口B与压缩空气存储装置的进口连接，第一级膨胀机的进口与该换热器的气侧端口A连接，该换热器的气侧端口B与压缩空气存储装置的出口连接；所述压缩机组和膨胀机组中的级间换热器为共用的换热器，相邻两级压缩机中，上一级压缩机的出口与所述级间换热器的气侧端口A连接，所述级间换热器的气侧端口B与下一级压缩机的进口连接；相邻两级膨胀机中，上一级膨胀机的出口与所述级间换热器的气侧端口B连接，所述级间换热器的气侧端口A与下一级膨胀机的进口连接；

--所述蓄热系统包括冷罐和热罐，所有换热器的液侧端口A均通过通液管线与所述冷罐的进出液端口连通，所有换热器的液侧端口B均通过通液管线与所述热罐的进出液端口连通；

--各所述级间换热器的气侧端口A处均设置有三通换向阀Ⅰ，所述三通换向阀Ⅰ的端口a与级间换热器的气侧端口A连通，端口b与上一级压缩机的出口连通，端口c与下一级膨胀机的进口连通；各所述级间换热器的气侧端口B处均设置有三通换向阀Ⅱ，所述三通换向阀Ⅱ的端口a与级间换热器的气侧端口B连通，端口b与下一级压缩机的进口连通，端口c与上一级膨胀机的出口连通；所述末级换热器的气侧端口A处均设置有三通换向阀Ⅲ，所述三通换向阀Ⅲ的端口a与末级换热器的气侧端口A连通，端口b与最后一级压缩机的出口连通，端口c与第一级膨胀机的进口连通。

优选地，所述压缩空气存储装置为密封岩洞、中高压储罐或压力管道的一种或几种的组合。

优选地，所述末级换热器的气侧端口B与压缩空气存储装置的进口和出口之间的通气管线上均设置有控制阀门。

优选地，所述冷罐和/或热罐进出液端口处的通液管线上设置有液体泵。

优选地，所述冷罐和/或热罐进出液端口处的通液管线上设置有控制阀门。