[实用新型]一种绝热压缩空气蓄能与太阳能集成的系统

说明书

技术领域

 本实用新型属于压缩空气蓄能领域，特别提出一种绝热压缩空气蓄能与太阳能集成的系统。

背景技术

压缩空气蓄能（CAES）是一种大规模储能技术，主要实现对电网有效调峰、可再生能源高效利用，具有效率高、成本低、储能规模大、环境影响小等特点。传统CAES原理为运用电网低谷的电能或者电网无法消纳的可再生能源为动力，带动压气机压缩空气并储存在储气室中；当电网处于峰负荷，高压空气从储气室被释放，通常与天然气等化石燃料在燃烧室中混合燃烧，高温高压燃气进入透平进行膨胀做功，从而带动发电机发电。化石燃料的使用相应的带来了环境污染问题，所以无需燃料的绝热CAES吸引了越来越多的研究者进行相继探索，绝热CAES是将压缩热储存起来，这部分热量在电网高峰时用来加热透平进口空气，避免了化石燃料的使用，实现了能源的高效利用。

太阳能资源是世界上分布最广泛的取之不尽、用之不竭的可再生能源，我国也将大力倡导、支持太阳能发电。太阳能光热发电是其中一种发展较为成熟的发电技术，但太阳能辐射的不稳定性和不连续性给光热发电带来很多问题，另外由于受技术、设备所限，与传统火电机组相比，现有的光热发电站的规模较小，所以在现有发电技术的条件下，将太阳能发电与其他形式的发电技术结合将对提高能源利用效率起到积极的作用。

绝热CAES中压气机的高压比使得出口空气的温度较高，蓄热温度由此较高，系统的效率可达70%左右，而传统CAES中的压气机压比都较小，所以本实用新型提出将绝热CAES与太阳能蓄热集成，降低压气机压比，将压缩储热为低温热源，太阳能蓄热作为再热高温热源，在不使用化石能源的情况下实现对电网有效调峰、对可再生能源的更加高效利用。

发明内容

所述绝热压缩空气蓄能与太阳能集成的系统分为4个子系统：压缩空气蓄能子系统、压缩热蓄热子系统、透平发电子系统及太阳能蓄热子系统。系统以压缩热储热为低温热源，太阳能蓄热为再热高温热源。所述压缩空气蓄能子系统采用两级压缩，两级冷却方式；所述压缩热蓄热子系统采用两级蓄热；透平发电子系统采用两级透平膨胀，每级透平采用两级加热；太阳能蓄热子系统采用槽式太阳能蓄热方式。

所述压缩空气蓄能子系统由原动机、低压压气机、高压压气机串联连接，低压压气机输出通过第一级冷却器与高压压气机连接，高压压气机输出经第二级冷却器后进入储气室。

所述压缩热蓄热子系统中，第一级冷却器和第二级冷却器的输出与低温热罐连接，低温热罐输出分流经第一级低温加热器和第二级低温加热器后与低温冷罐连接，低温冷罐输出分流至第一级冷却器和第二级冷却器。

所述透平发电子系统由高压透平、低压透平及发电机同轴连接组成：从储气室被释放的空气依次流经第一级低温加热器及第一级高温加热器进入高压透平膨胀做功，高压透平输出与第二级低温加热器连接后再与第二级高温加热器连接，第二级高温加热器输出进入低压透平膨胀做功后排出。

所述太阳能蓄热子系统包括集热场、高温热罐、高温冷罐、换热器。蓄热阶段：传热介质（导热油等）在泵27作用下，经集热场吸收太阳能升温，通过阀门15进入换热器，同时高温冷罐中的蓄热介质（熔融盐等）在泵23作用下进入换热器与传热介质换热，吸热后的储热介质经阀门20储存在高温热罐中，完成蓄热过程，放热后的传热介质经阀门29、26流入泵27，进入下一循环。放热阶段：传热介质在泵24作用下流经阀门25、29进入换热器，之后流至阀门16，同时，高温热罐中的蓄热介质在泵21作用下进入换热器中加热传热介质，放热后的蓄热介质经阀门22进入高温冷罐；或传热介质经阀门25、28进入集热场后经阀门15流至阀门16。阀门16出口分流至高温加热器加热空气，放热后的传热介质经泵24作用进入下一循环。

所述绝热压缩空气蓄能与太阳能集成的系统方法为：电网处于低负荷时，富余电能带动原动机以驱动高压压气机和低压压气机压缩空气，并储存入储气室中，高压压气机和低压压气机出口空气的热量由蓄热介质吸收并储存入低温热罐中；当电网处于峰负荷时，冷空气从储气室被释放，经第一级低温加热器被来自低温热罐中的蓄热介质加热，后进入第一级高温加热器吸收来自太阳能或太阳能蓄热的热量，高温高压空气进入高压透平进行膨胀做功。高压透平的排气再经第二级低温加热器吸收储存的压缩热，再经第二级高温加热器吸收来自太阳能或者太阳能蓄热的热量，后进入低压透平膨胀，并带动发电机发电，电能输送至电网。