[发明专利]压缩空气储能系统及其使用方法

说明书

本发明涉及储能领域，提供了一种压缩空气储能系统及其使用方法。该系统包括储气单元、储氢单元和发电单元；储气单元包括压气机以及与压气机的出口连通的储气室，储氢单元包括电解槽以及与电解槽的氢气出口连通的储氢室，发电单元包括燃烧器、透平机和发电机；储气室和储氢室分别通过储气阀和储氢阀与燃烧器的进口连通，燃烧器的出口通过透平机与发电机连接。本发明基于压气机功率大、电解槽功率可变的特点，通过根据可再生能源电源的出力实时控制调整压气机和电解槽的运行状态，就可使压气机和电解槽在储能时分别消纳可再生能源电源出力平稳部分和尖峰部分的电能，不仅能实现可再生能源电力绿色、高效的存储再生，而且还不会产生任何二次碳排放。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种压缩空气储能系统及其使用方法。

背景技术

全球面临着能源和环境的双重压力，为了协调社会的发展与自然环境保护的关系，大力发展可再生能源、增加可再生能源在能源格局中的占比已经成为各界人士的共识。但是，可再生能源中可用度最高、开发利用技术也最为成熟的太阳能和风能具有不可短期预测的波动性和间歇性，这种波动性和间歇性也成为了光伏电站、风电站出力特性的固有缺陷。而电网在运行和调度时对接入电源的出力平稳指标要求极其严格，尤其是大容量的接入电源，其突发的电压或频率波动将给电网的安全运行带来灾难性的破坏。因此，随着可再生能源电源装机量的激增，诸如弃风、弃光现象总是频发。

目前，储能技术是平抑和稳定可再生能源的波动的主要途径。储能技术包括抽水蓄能技术、飞轮储能技术、电池组储能技术、压缩空气储能技术和氢燃料电池储能技术。其中，抽水蓄能技术因受到水源和地理条件限制，从而无法根据实际需求进行建设；飞轮储能技术因受材料和机械结构的限制，从而储能容量不大；电池组储能技术因使用寿命较短，从而投资成本较高；压缩空气储能技术因采用高压空气作为储能技术介质，因此能量密度较小，需要将空气透平的进气温度加热到较高水平才能保障系统的综合能效。氢燃料电池储能技术利用水电解制氢的原理制取氢气和氧气，然后利用氢气和氧气的电化学反应实现电能再生，但其实际上电解水制氢的能量利用效率不足35％。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全、高效的压缩空气储能系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种压缩空气储能系统，该系统包括储气单元、储氢单元和发电单元；所述储气单元包括压气机以及与所述压气机的出口连通的储气室，所述储氢单元包括电解槽以及与所述电解槽的氢气出口连通的储氢室，所述发电单元包括燃烧器、透平机和发电机；所述储气室和所述储氢室分别通过储气阀和储氢阀与所述燃烧器的进口连通，所述燃烧器的出口通过所述透平机与所述发电机连接。

其中，所述储气单元还包括压气变压器和驱动电机，所述压气变压器通过所述驱动电机与所述压气机连接。

其中，所述储氢单元还包括制氢变压器和逆变器，所述制氢变压器通过所述逆变器与所述电解槽连接。

其中，所述发电单元还包括并网变压器，所述透平机通过所述发电机与所述并网变压器连接。

其中，所述储氢单元还包括净化室，所述电解槽通过所述净化室与所述储氢室连通。

其中，所述储气单元还包括冷却器、回热器、蓄热器、蓄冷器、蓄热阀和蓄冷阀；所述压气机通过所述冷却器的高温侧与所述储气室的进口连通，所述储气室的出口通过所述回热器的低温侧与所述燃烧器连通；所述蓄热器、所述蓄冷阀、所述回热器的高温侧、所述蓄冷器、所述蓄热阀和所述冷却器的低温侧首尾依次连接、以形成回热循环回路。

其中，所述储气阀、所述储氢阀、所述蓄冷阀和所述蓄热阀为电动阀。

其中，还包括控制器，所述压气机、所述电解槽、所述燃烧器、所述储气阀、所述储氢阀、所述蓄冷阀和所述蓄热阀分别与所述控制器电连接。

为实现上述目的，本发明还提供了一种压缩空气储能系统的使用方法，该方法包括以下步骤：