[发明专利]高效无补燃新型压缩空气储能系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力储能领域，具体是可用于电网电能的大规模储能，实现电网负荷的削峰填谷，也可以用于风电与光伏发电等新能源电力的电能品质改善以及电能规模化储存的高效无补燃新型压缩空气储能系统。

背景技术

在储能技术中，抽水蓄能技术，电池储能技术以及压缩空气储能技术都有各自的优缺点。抽水储能技术的技术成熟度高，效率能够达到75％以上，已经在我国南方省份有较为广泛的应用，但是我国风光电站大部分分布在缺水地域，且地势较为平坦，缺乏建设抽水蓄能的条件。电池储能技术易于实现，充放电的效率能够达到90％以上，但是电池储能技术的寿命平均在5年以下，电池储能技术的成本过高，投资回报率较低，限制了电池储能技术的大规模商业化应用。电池储能技术，成本高，运输设备困难。

压缩空气储能技术是一种大规模物理储能技术，在电能储存阶段能够将电能以高压空气的压力能进行储存，在电能释放阶段通过压缩空气驱动空气膨胀机输出轴功，再驱动发电机输出稳定的电能。现有的压缩空气储能技术，空气自环境大气被吸入压缩机内进行逐级压缩，一直到高压状态进入储气罐储存。所有压缩机同时运行或者同时关闭，向储气罐内注入压缩空气气流时只有单一输气通道以及唯一的压力参数。压缩空气的高压力参数储存，在晚上储能白天对外释放能量的这种电网削峰填谷模式中，能够提高储能密度；但是，当对波动性的风光电能进行在线质量平滑时，需求的空气压力不高，多级压缩机同步投入却降低了储能系统的效率；与此同时，现有压缩空气储能系统对外做功环节依靠节流阀降压阀进行降压，存在较大的压力能节流损失，降低了储能系统的效率(如图8所示的现有喉部通流面积不可调节的喉部固定压力匹配器)。储气空间内压缩空气通常处于较高的压力状态(例如大于8MPa)，为了延长储能系统对外稳定做功的持续时间，第一台空气膨胀机的入口压力通常远低于储气罐内空气压力，通常取4MPa，甚至更低。在文献发明专利中，采用节流阀来实现压缩空气的降压调节，存在很大的压力能损失；此外，采用天然气燃烧方式对空气进行加热的现有压缩空气储能技术，在天然气匮乏地区或者天然气管道不易于铺设到达的偏远地区的使用存在局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑，适应广泛，效率高的高效无补燃新型压缩空气储能系统。

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明采用如下技术方案：

高效无补燃新型压缩空气储能系统，包括储能系统，与储能系统连接的电能释放系统，以及位于储能系统和电能释放系统上的压缩热储存及换热系统；所述储能系统包括电动机，与电动机连接的若干台串联的空气压缩机，以及与最后一个空气压缩机连接的压缩空气储罐；所述电能释放系统设有与压缩空气储罐连接的可调式压力匹配器，与可调式压力匹配器连接的若干台串联的空气膨胀机，以及与空气膨胀机连接的发电机；所述压缩热储存及换热系统包括压缩热储存换热机构、加压水储罐和储热释放换热机构，压缩热储存换热机构位于储能系统上且与加压水储罐连接，储热释放换热机构位于电能释放系统上且与加压水储罐连接。

进一步地，所述可调式压力匹配的喉部通流面积能够通过电动执行机构进行自动调整，可调式压力匹配器喉部通流面积跟随压缩空气储罐内空气压力的变化而变化，彻底解决了固定喉部通流面积的压力匹配器只适应单一压力参数气流的缺陷，彻底解决了固定喉部通流面积的压力匹配器在高压空气入口前需要配置节流降压阀的缺陷。所述可调式压力匹配器的喉部通流面积能够跟随压缩空气储罐内压力的变化进行自动调节，且包括三路气流，第一路入口气流为压缩空气储罐过来的高压气流，称之为高压主射气流；第二股为空气膨胀机的排气气流，压力低于高压主射气流，称之为低压卷吸气流；第三股为压力匹配器输出的气流，这部分气流由第一股与第二股气流自动混合而成，压力居中，称之为目标中压气流。

在压缩空气储能系统对外输出电能的过程中，在初始阶段压缩空气储罐内压缩空气处于最高的压力状态，此时使用压力参数较低的空气膨胀机排气作为低压卷吸气流，以实现低压卷吸气流升压程度的最大化；随着储罐内压缩空气的持续释放，储罐内压缩空气的压力也随之下降，此时可调式压力匹配器的喉部通流面积进行自动调整，低压卷吸气流也自动切换至排气压力相对较高的空气膨胀机排气，以让可调式压力匹配器始终处于最佳的性能状态。

进一步地，所述压缩热储存换热机构和储热释放换热机构都设有换热器和带电动机执行的电动控制阀门。