[发明专利]一种喷射膨胀复合式压缩空气储能系统

说明书

本发明公开了一种喷射膨胀复合式压缩空气储能系统，包括储能子系统和喷射膨胀复合式释能子系统：储能子系统中，低压压气机组、蓄热/换热器、低压储气装置、高压压气机组、高压储气装置顺序通连，驱动单元同时驱动低压压气机组和高压压气机组；喷射膨胀复合式释能子系统包括减压引气单元和做功单元，高压储气装置、低压储气装置、喷射减压引气装置、蓄热/换热器、高压膨胀机组、低压膨胀机组依次连接，高压、低压膨胀机组共同驱动发电机。本发明具有能量密度高、压缩过程耗能低、能量利用率高、系统效率高、不受储能周期和地理条件限制、适用于各种电站(包括风能等可再生能源电站)、不产生温室气体、可回收中低温(热值)废热等优点。

技术领域

本发明属于能量存储技术领域，涉及一种压缩空气储能系统，特别是一种喷射膨胀复合式压缩空气储能系统。

背景技术

电力科学中的关键问题之一是发展高效稳定和经济可行的大规模电力储能技术。大规模电力储能系统可以提高传统电力系统的经济性和稳定性，在传统电力系统中发挥“削峰填谷”和平衡电网负荷的作用；可以直接改善可再生能源系统的发电状况，将能源品质低、间歇性和不稳定性的可再生能源(尤其是太阳能和风能)转换为高品质能量形式连续释放发电；可以直接改善分布式能源系统的运行性能，解决其由于规模较小而存在的抗冲击能力差和系统故障率高等问题。

目前，已经发展的储能技术主要包括抽水蓄能、储热储能、压缩空气储能、蓄电池储能、超导磁能、飞轮储能和电容储能等，由于储能容量、储能周期、储能密度、系统寿命、经济性和环境友好性等原因，适合于大型商业系统运行的只有抽水蓄能、储热储能和压缩空气储能。

抽水电站储能系统在用电低谷通过水泵将水从低位水库送到高位水库，从而将电能转化为水的势能存储起来，其工作方式同常规水电站类似，具有技术成熟、效率高(～70％)、容量大、储能周期不受限制等优点，是目前广泛使用的电力储能系统。但是，抽水电站储能系统需要特殊的地理条件建造两个水库和水坝，建设周期很长(一般约7～15年)，初期投资巨大。更为棘手的事，建造大型水库会大面积淹没植被甚至城市，造成生态和移民问题，因此建造抽水电站储能系统受到了越来越大的限制。

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，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。压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、效率高(50～70％)和单位投资相对较小等优点。但是，传统压缩空气储能系统不是一项独立的技术，它必须同燃气轮机电站配套使用，不能适合其他类型，如燃煤电站、核电站、风能和太阳能等电站，特别不适合我国以燃煤发电为主，不提倡燃气燃油发电的能源战略。而且，压缩空气储能系统仍然依赖燃烧化石燃料提供热源，一方面面临化石燃料逐渐枯竭和价格上涨的威胁，另一方面其燃烧仍然产生氮化物、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。近年来，为解决传统压缩空气储能系统面临的主要问题，各种新型空气储能技术如先进绝热压缩空气储能技术等成为最近几年国内外学者研究的重点，但是，由于不采用化石燃料热源，系统效率降低的同时，压缩空气储能系统的能量密度也会更低，会更加凸显对大型储气室的依赖，尤其是当系统采用地面储气装置如高压罐、高压管道等存储时，增大储气量必然会加大储气装置的占地空间，这就成为限制该型系统推广的新瓶颈。于是，大幅度提高储气压力成为了增大系统储气密度和储能总量的重要途径，然而新的问题也随之而来，由于膨胀机进气压力受到透平设备的设计、加工等因素影响较大，不会很高，通常压缩空气气源需要经过节流减压达到膨胀机的入口压力，若储气压力和膨胀机进气压力之间的压差过大，节流损失也会很大，会对压缩空气储能系统的总体性能产生较大影响，进一步恶化系统效率。必须找到合理的解决办法，在摆脱对燃气轮机依赖的同时，还有助于提高系统的储能密度和运行效率，才能使空气储能系统得到更广泛而又有效地利用。

发明内容