[发明专利]全回热压缩空气储能方法及全回热压缩空气储能系统

说明书

本发明公开了一种全回热压缩空气储能方法及全回热压缩空气储能系统。该储能系统包括换能蓄热装置与回热发电装置，换能蓄热装置包括：电动机、压缩机、回热换热器、冷水箱、热水箱和地下含水层，回热发电装置包括：膨胀机、发电机、回热换热器、热水箱、冷水箱和地下含水层；该储能方法为储能时，换能蓄热装置工作，空气压缩由各级后冷却的多级压缩机完成，末级压缩被冷却后压缩空气被注入地下含水层储存；释能时，回热发电装置工作，空气膨胀由各级的级前加热的多级膨胀机完成，膨胀机末级出口的空气状态接近大气参数并排放于大气中；采用最小过冷度大于30℃的水作为回热介质，该全回热压缩空气储能系统的电回转效率为70.4‐76.1％。

技术领域

本发明属于能源工程储能技术领域，具体涉及一种全回热压缩空气储能方法及全回热压缩空气储能系统。

背景技术

压缩空气储能是可以大规模应用的储能技术之一，该储能技术在用电低谷时，开启压缩机将电能转换为压缩空气能，压缩空气再储存于地下含水层中，当用电高峰来临时，利用压缩空气膨胀做功带动发电机发电，向用户提供高峰电力。压缩空气储能系统不采用回热时，其热耗率为5500-6000KJ/(KW·h)。由于压缩空气压力高，体积流量大，空气换热系数小，空气压缩热的蓄热和膨胀空气的回热很困难，有工业示范系统采用铸铁块作为回热介质，采用回热时压缩空气储能系统的热耗率为4200-4500KJ/(KW·h)，热耗率降低20％以上，相应压缩空气储能系统的电回转效率可提高20％以上。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，首要目的是提供一种全回热压缩空气储能方法。

本发明的第二个目的是提供一种实现上述方法的全回热压缩空气储能系统。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种全回热压缩空气储能方法，其包括如下过程：空气经过级后冷却的多级压缩机进行压缩后储存，然后经过级前加热的多级膨胀机进行膨胀至排放，其中，采用最小过冷度大于30℃的水作为回热介质，水质要求与压力相同等级的锅炉水质要求相同。

具体地，储能时，即在用电低谷时换能蓄热装置工作，电能转换为压缩空气能，同时采用最小过冷度大于30℃的水对压缩空气热进行蓄热，各级压缩机进口温度较低，耗功较小，在回热换热器中，高温空气被冷却，同时冷水箱的水被加热，空气压缩热被储存于热水箱中，压缩机末级出口被冷却后的压缩空气被注入地下含水层储存；释能时，即在用电高峰时回热发电装置工作，压缩空气能转换为电能，同时采用蓄热的水对各级膨胀机的入口的压缩空气进行回热，各级膨胀机进口温度较高，做功较大，在回热换热器中，从地下含水层取出的压缩空气或各级膨胀前的压缩空气被加热，同时热水箱的水被冷却，空气压缩热全部回热于空气膨胀过程中，冷水储存于冷水箱中循环使用，膨胀机末级出口的空气状态接近大气参数并排放于大气中。

其中，压缩机各级的压缩比和入口处空气的温度分别相同，压缩机的耗功为最小，压缩机的级数为2-4级，每级的压缩比相同且均为2.92-8.45；膨胀机各级的膨胀比和入口处空气的温度分别相同，膨胀机的做功为最大，膨胀机的级数为2-4级，每级的膨胀比相同且均为2.76-7.63。多级压缩机消耗的电功率为6.58-14.20MW，多级膨胀机的输出功率为5-10MW。

具体地，在空气压缩的过程中，采用最小过冷度大于30℃的水进行蓄热，水的压力为1.2-8.5MPa；压缩机的进口空气的温度为-5～35℃，空气的压力为0.1MPa；压缩机末级的空气压力为6.82-6.83MPa；在回热换热器中，压缩空气的进口温度为136-308℃，压缩空气的出口温度为13-41℃，水的进口温度为3-31℃，水的出口温度为120-288℃。

地下含水层的深度为350-600m，从地下含水层取出后压缩空气的温度为45-55℃，压力为3.50-6.33MPa。