[发明专利]一种压缩空气和热泵储电耦合的储电系统及方法

权利要求书

1.一种压缩空气和热泵储电耦合的储电系统，其特征在于，包括：

热泵储电储能回路，由电动机（1）、第一压缩机（2）、蓄热器（9）、第一膨胀机（3）和蓄冷器（14）通过管路依次连接而成；所述第一压缩机（2）和所述第一膨胀机（3）通过第一连接轴连接，所述第一连接轴上设置有第一离合器（8）；

热泵储电释能回路，由蓄热器（9）、第二膨胀机（5）、蓄冷器（14）和第二压缩机（6）通过管路依次连接而成；所述第二膨胀机与发电机（4）连接；所述第二膨胀机（5）和第二压缩机（6）通过第二连接轴连接，所述第二连接轴上设置有第二离合器（10）；

压缩空气储能回路，由第一压缩机（2）、蓄热器（9）和储气罐（11）通过管路依次连接而成；所述第一压缩机与电动机（1）连接；

压缩空气释能回路，由储气罐（11）、蓄热器（9）和第二膨胀机（5）通过管路依次连接而成；

换热器（13），设置在所述第二压缩机（6）和所述蓄热器（9）之间；

空气干燥机（12），设置在所述第一压缩机（2）的进气端；所述空气干燥机（12）和所述第一压缩机（2）之间设置有第一阀门（101）；

所述第一压缩机（2）、第二膨胀机（5）和蓄热器（9）之间通过第一三通连通；所述第一三通和所述第一压缩机（2）之间设置有第七阀门（107）；所述第一三通和所述第二膨胀机（5）之间设置有第六阀门（106）；所述第一三通和所述蓄热器（9）之间设置有第八阀门（108）；

所述蓄热器（9）、储气罐（11）和第一膨胀机（3）之间通过第二三通连通；在蓄热器（9）和第二三通之间设置有第九阀门（109）；在储气罐（11）和第二三通之间设置有第十三阀门（113）；在第二三通和第一膨胀机（3）之间设置有第十二阀门（112）；所述第二压缩机（6）通过管路连通设置在第十二阀门（112）和第九阀门（109）之间，且在管路上设置有第十阀门（110）；

第一压缩机（2）、第二膨胀机（5）和蓄冷器（14）之间通过第三三通连通；在第一压缩机（2）和第三三通之间设置有第四阀门（104）；在第三三通和所述蓄冷器（14）之间设置有第三阀门（103）；在第三三通和第二膨胀机（5）之间设置有第十阀门（110）；

第二压缩机（6）、蓄冷器（14）和第一膨胀机（3）之间通过第四三通连通；所述第二压缩机（6）和第四三通之间设置有第十一阀门（111）；所述第一膨胀机（3）和第四三通之间设置有第五阀门（105）。

2.根据权利要求1所述压缩空气和热泵储电耦合的储电系统，其特征在于，还包括：排气管路，与所述第二膨胀机（5）的出口连通；所述排气管路上设置有第二阀门（102）。

3.根据权利要求1所述压缩空气和热泵储电耦合的储电系统，其特征在于，所述蓄冷器（14）内的蓄冷介质为颗粒状或多孔状固体，所述蓄冷介质的成分为岩石、矿石、矿渣、混凝土、耐火砖、陶瓷球、金属、封装的相变材料中一种或多种混合，所述蓄冷器（14）的传热工质为空气、氮气、氧气、二氧化碳中一种或多种混合。

4.根据权利要求1所述压缩空气和热泵储电耦合的储电系统，其特征在于，还包括：

所述蓄热器（9）内的蓄热介质为颗粒状或多孔状固体，所述蓄热介质的成分为碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、碳酸镁、氧化镁、氢氧化镁、碳酸铅、氧化钡、氧化钴、氧化铝中一种或多种混合，所述蓄热器（9）内的反应气体为氧气、二氧化碳、水蒸气、氢气、氮气中一种或多种混合。

5.一种压缩空气和热泵储电耦合的储电方法，其特征在于，使用权利要求1-4中任一项所述的压缩空气和热泵储电耦合的储电系统；

所述第一离合器（8）使第一压缩机（2）和第一膨胀机（3）断开，第二离合器（10）使第二压缩机（6）和第二膨胀机（5）断开，进行压缩空气储能和释能过程；

所述第一离合器（8）使第一压缩机（2）和第一膨胀机（3）连接，第二离合器（10）使第二压缩机（6）和第二膨胀机（5）连接，进行热泵储电的储能和释能过程。

6.根据权利要求5所述的压缩空气和热泵储电耦合的储电方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述第一离合器（8）使第一压缩机（2）和第一膨胀机（3）断开，第二离合器（10）使第二压缩机（6）和第二膨胀机（5）断开；

压缩空气储能过程，开启第四阀门（104）、第七阀门（107）、第八阀门（108）、第九阀门（109）和第十三阀门（113），关闭其他阀门；启动电动机（1）驱动第一压缩机（2）压缩，压缩机将气体工质变成高温高压状态，经过蓄热器（9）将热量存储在蓄热介质中，气体工质变成高压常温状态，气体工质进入到储气罐（11）中；

压缩空气释能过程，开启第十三阀门（113）、第九阀门（109）、第八阀门（108）、第六阀门（106）、第十阀门（110）和第二阀门（102），关闭其他阀门；将储气罐（11）中储存的高压常温态气体工质释放，经过蓄热器（9）后，吸收蓄热器（9）中存储的热量，气体工质由高压常温状态升至高温高压状态，进入第二膨胀机（5），第二膨胀机（5）膨胀做功，通过发电机（4）发电，经过第一膨胀机（3）后的气体工质由高温高压状态变成常温常压状态；

所述第一离合器（8）使第一压缩机（2）和第一膨胀机（3）连接，第二离合器（10）使第二压缩机（6）和第二膨胀机（5）连接；

热泵储电储能过程，打开第三阀门（103）、第五阀门（105）、第十二阀门（112）、第九阀门（109）、第八阀门（108）、第七阀门（107）和第四阀门（104），其他阀门均关闭；启动电动机（1）驱动第一压缩机（2）压缩，第一压缩机（2）将回路中的气态工质由常温常压状态变成高温高压状态，气体工质进入到蓄热器（9）中，且将热量存储到蓄热介质中，气体工质在经过蓄热器（9）后由高温高压状态变成常温高压状态，气体工质进入到第一膨胀机（3），第一膨胀机（3）做功，气体工质经过第一膨胀机（3）后由常温高压状态变成低温低压状态，气体工质进入到蓄冷器（14）中，且将冷能存储到蓄冷介质中，气体工质经过蓄冷器（14）后由低温低压状态变成常温常压状态，重新进入循环；

热泵储电释能过程，打开第三阀门（103）、第十阀门（110）、第十一阀门（111）、第六阀门（106）、第八阀门（108）、第九阀门（109），关闭其他的阀门；经过蓄热器（9）后的气体工质为高温高压状态，气体工质进入到第二膨胀机（5）进行做功，气体工质经过第二膨胀机（5）后，由高温高压状态变成常温低压状态，气体工质进入蓄冷器（14），且将冷能存储到蓄冷介质中，气体工质由常温低压变成低温低压，气体工质进入到第二压缩机（6），气体工质由低温低压状态变成常温高压状态，气体工质进入蓄热器（9），吸收蓄热介质中的热量，气体工质由常温高压状态变成高温高压状态重新进入循环。