本實用新型涉及熱能發(fā)電技術領域，特別是涉及一種非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)。

背景技術：

當前，電力需求持續(xù)增長，可再生能源發(fā)電所占份額逐年增加，且由于可再生能源存在固有的間歇性缺點，以及用戶側的用電峰谷差越來越大，這些問題使電網(wǎng)調峰問題十分突出，發(fā)展儲能技術可有效平抑電網(wǎng)負荷峰谷波動。

壓縮空氣儲能電站具有儲能效率高、單位儲能功率成本低等優(yōu)點，是適合大規(guī)模電能存儲技術手段之一。傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能系統(tǒng)的基本工作流程為：在充氣儲能過程中,電動機帶動壓氣機工作，常壓空氣經(jīng)壓氣機升溫升壓后，高溫高壓的壓縮空氣被送入到儲熱裝置中，壓縮空氣的壓縮熱被儲熱裝置吸收蓄熱，經(jīng)儲熱裝置換熱冷卻后的壓縮空氣被送入到儲氣室內儲存；在放氣釋能過程中，壓縮空氣從儲氣室中被釋放出來，壓縮空氣首先經(jīng)過節(jié)流降壓閥門節(jié)流降壓，而后進入儲熱裝置內吸收存儲在儲熱裝置中的壓縮熱，最后被加熱后的壓縮空氣再被送入透平做功，從而帶動發(fā)電機工作發(fā)電，從而完成放氣釋能發(fā)電過程。

上述傳統(tǒng)方案需要在儲氣室出口安裝節(jié)流降壓閥門控制進入透平的空氣壓力，從而保證透平進氣壓力的穩(wěn)定。然而節(jié)流降壓閥門的存在也使得壓縮空氣在降壓過程產(chǎn)生了很大的節(jié)流損失。并且在放氣釋能過程中，隨著儲氣室內壓縮空氣壓力的不斷降低，儲氣室內壓縮空氣的溫度也隨之下降，從而使儲氣室出口的壓縮空氣溫度隨之也不斷降低；與此同時，壓縮空氣經(jīng)過節(jié)流降壓閥門節(jié)流后，壓縮空氣的溫度也進一步降低。兩種因素疊加，最終導致透平進口壓縮空氣溫度降低比較明顯，節(jié)流損失也比較巨大，工質的做功能力顯著下降。且透平進口溫度降低，會使透平功率下降，為保證透平功率穩(wěn)定，必須隨之提高做功工質的流量，開大節(jié)流降壓閥門的開度，從而使得透平進氣壓力提高，這將加劇透平進口工質參數(shù)的不穩(wěn)定，最終造成透平運行工況的不穩(wěn)定；此外，傳統(tǒng)方案中的每次儲能/釋能循環(huán)的儲熱裝置不能完全釋放儲熱過程的壓縮熱，導致多次循環(huán)后儲熱裝置的蓄熱能力及系統(tǒng)效率都大幅下降。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)，針對現(xiàn)有壓縮空氣儲能系統(tǒng)的弊端，采用非節(jié)流降壓方式控制透平進口參數(shù)，使透平進口工質參數(shù)狀態(tài)穩(wěn)定，從而保證透平的安全穩(wěn)定運行；并在此基礎上，利用水的換熱系數(shù)大于空氣的換熱系數(shù)的特點，充分提高儲熱裝置的換熱效率并有效利用存儲在儲熱裝置中的壓縮熱，消除儲能/釋能循環(huán)中殘存在儲熱裝置中的殘熱。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了如下技術方案：

本實用新型提供了一種非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)，包括壓氣機、空氣換熱器、儲熱裝置、儲氣室、給水加熱器、引射閃蒸器；所述壓氣機出口與所述空氣換熱器入口通過管路連接，所述空氣換熱器出口與儲熱裝置氣側入口通過管路連接，所述儲熱裝置氣側出口與所述儲氣室入口經(jīng)管路連接，所述儲氣室出口連接所述引射閃蒸器的工作噴嘴，所述引射閃蒸器的引射閃蒸管經(jīng)過所述儲熱裝置的內部與水源連接，所述給水加熱器設置在所述引射閃蒸管與所述儲熱裝置之間的管路上或設置在所述儲熱裝置與所述水源之間的管路上，所述引射閃蒸器的出口與透平連接；

所述引射閃蒸器還包括吸入室和擴散管，所述吸入室通過喉管與所述擴散管連通，所述工作噴頭設置在所述吸入室內，所述吸入室依次連接所述喉管和所述擴散管，所述引射閃蒸管通過管路與所述吸入室的側部連通。

優(yōu)選的，所述吸入室為空腔結構，所述工作噴嘴從所述吸入室頂端深入到所述吸入室內腔。

優(yōu)選的，所述工作噴嘴的末端設有可調噴嘴葉柵，所述喉管后段為可伸縮結構，所述擴散管的出口設有可調葉柵。

優(yōu)選的，所述引射閃蒸管為流量可調的空腔結構，所述引射閃蒸管的出口管沿所述吸入室側部傾斜進入吸入室的內腔。

優(yōu)選的，所述壓氣機為單級壓氣機或帶中間冷卻的多級壓氣機。

優(yōu)選的，所述透平為單級透平或帶中間再熱的多級透平。

優(yōu)選的，所述給水加熱器的熱源為太陽能、工業(yè)余熱和生物質能提供的一種或幾種熱源。

優(yōu)選的，所述給水加熱器的熱源為棄風電和后夜電提供的熱源。

本實用新型相對于現(xiàn)有技術而言取得了以下技術效果：

1、傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能系統(tǒng)采用節(jié)流降壓閥門對儲氣罐出口壓縮空氣節(jié)流降壓，具有非常大的節(jié)流損失，系統(tǒng)的經(jīng)濟性很低。本實用新型所述系統(tǒng)采用非節(jié)流降壓方式控制透平進口參數(shù)，從而避免了節(jié)流損失，基于引射及閃蒸原理，利用壓縮空氣與高溫水或水蒸氣混合的方式使混合工質壓力降低，避免了傳統(tǒng)采用節(jié)流降壓閥門降壓造成的節(jié)流損失，提高了系統(tǒng)的熱效率。

2、在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，儲氣室排出的壓縮空氣需要經(jīng)過儲熱裝置加熱，提高氣體的溫度。本實用新型所述的壓縮空氣儲能中，儲氣室排出的壓縮空氣直接通過引射及閃蒸方式與經(jīng)過加熱的高溫水或水蒸氣混合，并使高溫高壓的混合工質進入透平做功，顯著增大了單位時間做功工質的質量流量，提高了透平的單機功率。

3、傳統(tǒng)系統(tǒng)的做功工質為壓縮空氣，能量密度較低。本實用新型所述系統(tǒng)做功工質采用壓縮空氣與水蒸氣的混合氣體，提高了氣體單位體積工質的做功能力，使得相同發(fā)電功率下的透平體積顯著減小，單位功率造價顯著下降。

4、傳統(tǒng)系統(tǒng)中采用的節(jié)流降壓閥門只能對壓力進行調節(jié)，不能解決釋能過程進行時，透平入口壓縮空氣溫度降低的問題。本實用新型所述系統(tǒng)采用的引射閃蒸器具有靈活的調節(jié)功能，能夠根據(jù)工況的不同調整自身結構，實現(xiàn)混合工質的流量、壓力、濕度等參數(shù)的協(xié)同調節(jié)，以滿足整個系統(tǒng)的變工況需求。

5、本實用新型所述非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)能夠有效利用太陽能、工業(yè)余熱、生物質能等低品位熱源，作為給水加熱器的能量來源，提高了能源的利用率；根據(jù)熱源溫度的不同，將給水加熱器放置在儲熱裝置前后不同的位置，利用水的換熱系數(shù)大于空氣的換熱系數(shù)，提高儲熱裝置的換熱效率并有效利用存儲在儲熱裝置中的壓縮熱，能夠消除儲熱裝置中的殘熱，進一步提高系統(tǒng)的做功效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)整體示意圖；

圖2為本實用新型實施例非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的引射閃蒸器示意圖；

其中，1-電動機、2-壓氣機、3-空氣換熱器、4-儲熱裝置、5-儲氣室、6-給水加熱器、7-引射閃蒸器、7-1-工作噴嘴、7-2-吸入室、7-3-擴散管、7-4-引射閃蒸管、8-透平、9-發(fā)電機。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

本實用新型的目的是提供一種非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)，針對現(xiàn)有非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的弊端，采用非節(jié)流降壓方式控制透平進口參數(shù)，使透平進口工質參數(shù)狀態(tài)穩(wěn)定，從而保證透平的安全穩(wěn)定運行。

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明。

實施例一：

如圖1-2所示，本實施例以壓縮空氣儲能電站為例，對本實用新型的非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的具體結構和工作原理做出詳細說明。

如圖1所示，本實施例提供了一種非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)，包括電動機1、壓氣機2、空氣換熱器3、儲熱裝置4、儲氣室7、給水加熱器6、引射閃蒸器7、透平8和發(fā)電機9；所述空氣換熱器3出口與儲熱裝置4氣側入口通過管路連接，所述儲熱裝置4氣側出口與所述儲氣室7入口經(jīng)管路連接，所述儲氣室7的放氣口與所述引射閃蒸器7的工作噴嘴7-1通過管路連接，所述引射閃蒸器7的引射閃蒸管7-4經(jīng)過所述儲熱裝置4的內部與水源連接，所述給水加熱器6設置在所述引射閃蒸管7-4與所述儲熱裝置4之間的管路上或設置在所述儲熱裝置4與所述水源之間的管路上，所述引射閃蒸器7的出口與所述透平8連接。

如圖2所示，本實施例的引射閃蒸器7還包括吸入室7-3和擴散管7-3，所述吸入室7-3通過喉管與所述擴散管7-3連通，所述工作噴頭設置在所述吸入室7-3內，所述吸入室7-3為空腔結構，所述工作噴嘴7-1從所述吸入室7-3頂端深入到所述吸入室7-3內腔，所述吸入室7-3依次連接所述喉管和所述擴散管7-3，所述引射閃蒸管7-4通過管路與所述吸入室7-3的側部連通，所述引射閃蒸管7-4為流量可調的空腔結構，所述引射閃蒸管7-4的出口管沿所述吸入室7-3側部傾斜進入吸入室7-3的內腔。

其中，所述工作噴嘴7-1的末端設有可調噴嘴葉柵，所述可調噴嘴葉柵的葉片之間重疊連接，保證工作流體只沿軸向流動，通過調節(jié)工作噴嘴7-1末端格柵收縮和擴張以改變收縮半角，以實現(xiàn)不同的工況需求；所述喉管后段為可伸縮結構，所述喉管后段可伸縮結構可實現(xiàn)喉管長度的調節(jié)；所述擴散管7-3的出口設有可調葉柵，所述可調葉柵為環(huán)狀結構，葉片之間重疊連接，保證工作流體只沿軸向流動，通過調節(jié)擴散管7-3的可調葉柵自動擴張和收縮以改變擴散管7-3的擴散角和擴散斷面直徑，以適應現(xiàn)場不同工況的要求。

本實施例中利用電廠用電低谷的電能驅動電動機1，進而電動機1驅動壓氣機2壓縮空氣，所述電動機1通過傳動軸與所述壓氣機2聯(lián)接；壓氣機2為單級壓氣機2或帶中間冷卻的多級壓氣機2；透平8為單級透平8或帶中間再熱的多級透平8。根據(jù)實際情況的不同選擇相應的壓氣機2和透平8的種類。

本實施例中給水加熱器6的熱源為太陽能、工業(yè)余熱、生物質能的一種或幾種低品位熱源，或是棄風電、后夜電等加熱的熱源，上述幾種熱源作為給水加熱器6的能量來源，提高了能源的利用率。

給水加熱器6的放置位置根據(jù)為給水加熱器6提供的熱源的溫度來確定，當熱源的溫度低于儲熱裝置4內的溫度時，將給水加熱器6與引伸閃蒸管7-4之間的管路部分設置在儲熱裝置4內，這樣水先經(jīng)過給水加熱器6，先通過溫度較低的熱源使得給水加熱器6加熱經(jīng)過管路的水，然后再將升溫后的水經(jīng)過儲熱裝置4進一步升溫，最后進入引射閃蒸器7的引伸閃蒸管7-4內進行混合；當熱源的溫度高于儲熱裝置4內的溫度時，將給水加熱器6于水源之間的管路設置在所述儲熱裝置4內，這樣水先經(jīng)過儲熱裝置4進行升溫，升溫后的水再經(jīng)過給水加熱器6的進一步升溫，最后進入引射閃蒸器7的引伸閃蒸管7-4內進行混合。根據(jù)給水加熱器6的熱源溫度的不同，將給水加熱器6放置在儲熱裝置4前后不同的位置，利用水的換熱系數(shù)大于空氣的換熱系數(shù)，提高儲熱裝置4的換熱效率，能夠消除儲熱裝置4中的殘熱，進一步提高系統(tǒng)的做功效率。

本實施例的非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)在壓縮空氣儲能電站中工作流程和工作原理為：

外部水源通過給水加熱器6和儲熱裝置4儲存的壓縮熱進行加熱，使外部水源的溫度大幅度提高，給水加熱器6的加熱熱源可以包括多種形式，如太陽能、工業(yè)余熱、生物質能等低品位熱源；從儲氣室5釋放的壓縮空氣通過引射閃蒸器7的工作噴嘴7-1進入引射閃蒸器7，經(jīng)過儲熱裝置4加熱后的熱水能夠消除儲熱裝置4內部的殘熱，并且在引射閃蒸器7壓縮空氣的引射作用下被吸入引射閃蒸器7的引射閃蒸管7-4，兩股流體在引射閃蒸器7內充分混合，完成質能交換過程；通過調節(jié)引射閃蒸器7的可變結構，控制混合流體的壓力、溫度、流量等參數(shù)滿足透平8工作要求；從引射閃蒸器7充分混合后的混合工質通過連接管道直接進入透平8做功，透平8與發(fā)電機9同軸聯(lián)接，帶動發(fā)電機9工作，完成非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的放氣釋能過程。

根據(jù)理論核算，本實用新型所述系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)采用閥門控制透平進氣壓力產(chǎn)生的節(jié)流損失，在儲氣室放氣溫度為25℃、放氣壓力為10MPa時，比傳統(tǒng)采用閥門調節(jié)方式控制透平進氣壓力的壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率高約8.6％，單位質量壓縮空氣輸出電能提升約11倍，節(jié)能效果非常明顯；并且本實用新型所述系統(tǒng)做功工質為所述引射閃蒸器產(chǎn)生的濕空氣，單位體積工質的做功能力顯著高于傳統(tǒng)相同溫度、壓力參數(shù)下的壓縮空氣，可顯著提高壓縮空氣儲能系統(tǒng)的輸出功率，在相同輸出功率情況下，大幅減小透平尺寸，且本實用新型與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，利用水的換熱系數(shù)大于空氣的換熱系數(shù)的特點，充分提高儲熱裝置的換熱效率并有效利用存儲在儲熱裝置中的壓縮熱，消除儲能/釋能循環(huán)中殘存在儲熱裝置中的殘熱，進一步提高了系統(tǒng)效率。

需要說明的是，本實施例的非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)并不限于本實用新型，本實用新型提供的是一種非節(jié)流增濕增焓消除殘熱的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)，利用引射和閃蒸原理，作用對象為自然能如熱能、水能、風能或者電站用電低谷的電能，將這些能量通過對壓氣機做功，進而將能量轉為壓縮空氣和熱能分別儲存在儲氣室和儲熱裝置中，完成對能量的儲存；在能量的釋放過程中通過本實用新型獨特的引射閃蒸器對壓縮空氣進行工質的混合，通過調節(jié)引射閃蒸器的結構控制混合工質的輸出壓力，進而通過透平做功將能量釋放出去，在本實施例中通過透平對發(fā)電機做功發(fā)電只是在壓縮空氣儲能電站的常規(guī)方式，但是并不限于本實用新型。只要在壓縮空氣的釋能過程中利用引射原理的設備替代了傳統(tǒng)的節(jié)流閥均屬于本實用新型的保護范圍。

本實用新型中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本實用新型的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。