[发明专利]一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统和方法

说明书

本发明公开了一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统和方法，包括储气罐、n组电加热装置、膨胀机、发电机和实验负载，储气罐与膨胀机通过进气管道连接，发电机与膨胀机通过传动轴相连，发电机与n组电加热装置和实验负载通过电缆连接，n组电加热装置安装在进气管道上。本发明的膨胀发电机实验系统利用压缩空气储能系统中发电机发出的电能，提供给电加热装置转化为热能并加热释能过程的压缩空气，从而解决压缩空气在释能过程中因温度降低影响膨胀机和管道安全运行的问题。

技术领域

本发明属于压缩空气储能技术领域，具体涉及一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统和方法。

背景技术

压缩空气储能系统是分别通过压缩空气和空气膨胀实现储能和释能功能。在电量过剩时，启动压缩空气储能过程，消耗电能驱动压缩机运行，空气经压缩后进入压缩空气储气罐；电量紧缺时，启动压缩空气储能释能过程：储气罐内的高压空气进入膨胀机进行膨胀，驱动膨胀机旋转，带动发电机发电。

压缩空气在释能过程中温度会降低至0℃以下，会影响管道使用寿命，而且会将空气中的水分凝结为冰渣，严重威胁高速旋转的膨胀机叶轮安全。针对该问题，需要对现有的方案进行改进来解决压缩空气在释能过程中因温度降低影响膨胀机和管道安全运行的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统和方法，利用压缩空气储能系统中膨胀发电机发出的电能，提供给电加热装置转化为热能并加热释能过程的压缩空气，从而解决压缩空气在释能过程中因温度降低影响膨胀机和管道安全运行的问题。

本发明采取的技术方案为：一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统，包括储气罐、n组电加热装置、膨胀机、发电机和实验负载，储气罐与膨胀机通过进气管道连接，发电机与膨胀机通过传动轴相连，发电机与n组电加热装置和实验负载通过电缆连接，n组电加热装置安装在进气管道上。

优选的，上述膨胀机采用透平膨胀机，为单级结构，轴承采用固体润滑。

优选的，上述储气罐采用车载式储气罐，内胆为铝合金，外表面采用碳纤维全缠绕。

优选的，上述电加热装置布置方式为包裹在管道外面或装在管道内部。

优选的，上述每组电加热装置的功率相同或不同，发电机输出功率、电加热装置功率和实验负载功率满足下式要求：

式中，W_out表示发电机输出功率，i表示电加热装置编号，n表示电加热装置数量，W_i表示第i组电加热装置功率，W_s表示实验负载功率。

优选的，上述进气管道上依次安装有手动隔离阀、电磁隔离阀和减压阀，电磁隔离阀和减压阀之间安装n组电加热装置，膨胀机入气口处安装有调节阀，储气罐和膨胀机分别安装有高压安全阀和中压安全阀，中压安全阀连接在调节阀和减压阀之间的进气管道上。

一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统的实验方法，该方法为：通过启动发电机，实现发电释能功能，通过投入电加热装置，实现耗能加热功能。

优选的，上述发电释能功能的实现方法为：开启电磁隔离阀，开启手动隔离阀，检查减压阀前压力为储能系统母管压力，开启膨胀机前减压阀，膨胀机转速上升到额定转速时，开始发电释能。

优选的，上述耗能加热功能的实现方法为：膨胀发电机开始发电后，将n组电加热装置采用逐个投入的方式，先投入第一组，如温度至正常范围1~50℃，保持现有投入的电加热装置，如继续下降至1℃以下，投入下一组电加热装置，直至全部投入。