[发明专利]一种自压增强式重力压缩空气储能系统和储能方法

说明书

本发明提出一种自压增强式重力压缩空气储能系统和储能方法，其中储能系统包括密闭气腔、连通管路、串联的多级压缩机组、空气膨胀机组，密闭气腔中活动插接有重力柱塞，重力柱塞与密闭气腔之间密封连接，以通过重力柱塞将密闭气腔分为上部气腔和下部气腔；连通管路的两端分别连接上部气腔和下部气腔，连通管路上设置有阀门；串联的多级压缩机组通过储能管路连接下部气腔，用于向下部气腔中充气，串联的多级压缩机组的中间级吸气口连接上部气腔；空气膨胀机组通过释能管路连接下部气腔。可以实现储气装置在充放气过程中的恒压，保障空气压缩机出口压力及空气膨胀机进气压力的稳定，进而提升空气压缩机及膨胀机运行效率，提升系统储能效率。

技术领域

本发明涉及电能存储技术领域，尤其涉及一种自压增强式重力压缩空气储能系统和储能方法。

背景技术

储能尤其是电能的存储对能源结构优化和电网运行调节具有重大意义。压缩空气储能系统是一种新型大规模储能技术，工作原理与抽水蓄能相类似，当电力系统的用电处于低谷时，消耗电能驱动空气压缩机，把能量以压缩空气的形式储存在储气装置中；当电力系统用电负荷达到高峰时，储气装置将存储的压缩空气释放出来，在透平膨胀机中膨胀做功并带动发电机发电；根据上述原理，压缩空气储能系统能够完成电能—空气势能—电能的转化。

常规压缩空气储能系统一般采用固定容积式储气装置进行压缩空气的存储。根据气体状态方程及常识，固定容积储气装置充放气过程会发生储气压力的变化。具体来讲，随着充气过程的进行，储气装置内的储气压力会逐渐升高，因此要求空气压缩机不断提升排气压力以满足进气压力要求，导致空气压缩机偏离设计工况运行，运行效率下降、运行功耗增加，进而限制系统储能效率的提升；同样的，随着放气过程的进行，储气装置内的储气压力逐渐降低，因此空气膨胀机进气压力逐渐降低，导致空气膨胀机偏离设计工况运行，运行效率下降、输出功率下降，进而限制系统储能效率的提升。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种自压增强式重力压缩空气储能系统，可以实现储气装置在充放气过程中的恒压，保障空气压缩机出口压力及空气膨胀机进气压力的稳定，进而提升空气压缩机及膨胀机运行效率，提升系统储能效率；此外，由于压力工况稳定，空气压缩机及空气膨胀机设计难度及生产成本均可降低。

为达到上述目的，本发明提出的一种自压增强式重力压缩空气储能系统，包括：

密闭气腔，所述密闭气腔中活动插接有重力柱塞，所述重力柱塞与所述密闭气腔之间密封连接，以通过所述重力柱塞将所述密闭气腔分为上部气腔和下部气腔；

连通管路，所述连通管路的两端分别连接所述上部气腔和所述下部气腔，所述连通管路上设置有阀门；

串联的多级压缩机组，所述串联的多级压缩机组通过储能管路连接所述下部气腔，用于向所述下部气腔中充气，所述串联的多级压缩机组的中间级吸气口通过吸气管路连接上部气腔；

空气膨胀机组，所述空气膨胀机组通过释能管路连接所述下部气腔。

进一步地，所述下部气腔的进气口设置有进气密封阀，储能管路的一端连接在所述进气密封阀上，另一端与所述串联的多级压缩机组的出气口连接；

所述下部气腔的出气口设置有第一出气密封阀，所述释能管路的一端连接在所述第一出气密封阀上，另一端与所述空气膨胀机组的进气口连接。

进一步地，所述上部气腔上设置有出气口，所述出气口处设置有第二出气密封阀，所述吸气管路一端连接在所述第二出气密封阀上。

进一步地，所述重力柱塞外壁与所述密闭气腔内壁之间设置有密封膜，所述密封膜套设在所述重力柱塞外部，所述密封膜分别与所述重力柱塞外壁和所述密闭气腔内壁密封连接。

进一步地，所述密闭气腔为圆柱筒状结构；