一種新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能量儲存技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)開發(fā)的一種儲能系統(tǒng)。工作原理為:在用電低谷，將空氣壓縮并存于儲氣室中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲起來；在用電高峰，高壓空氣從儲氣室釋放，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室同燃料一起燃燒，然后驅(qū)動透平發(fā)電。傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)的問題之一是仍然依賴燃燒化石燃料提供熱源，一方面面臨著化石燃料逐漸枯竭和價(jià)格上漲的威脅，另一方面其燃燒仍產(chǎn)生氮化物、硫化物和二氧化碳等污染物，不符合綠色(零排放)、可再生的能源發(fā)展要求。
[0003]由于世界各國對于燃料利用、環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求，近些年國內(nèi)外一些學(xué)者開展了對壓縮空氣儲能系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)。其中，帶蓄熱裝置的壓縮空氣儲能系統(tǒng)是目前較為先進(jìn)高效的一種儲能方式，其核心的技術(shù)是利用一套蓄熱裝置來替代傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)中的燃燒室，儲能時(shí)回收壓縮機(jī)壓縮空氣產(chǎn)生的熱能并將熱量存儲，實(shí)現(xiàn)壓縮熱的回收和存儲，釋能時(shí)利用回收的熱能加熱壓縮空氣，增加膨脹機(jī)的輸出功，實(shí)現(xiàn)回收熱量的再利用。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是充分利用了能量，零排放環(huán)保無污染，解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)仍需依賴燃燒化石燃料提供熱源的難題。然而，目前蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)存在級間換熱器重復(fù)布置、系統(tǒng)流程不合理、占地多、成本高、熱能利用率低及其導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)行效率降低等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)。該系統(tǒng)在蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，重新優(yōu)化系統(tǒng)工作流程，利用壓縮機(jī)組和膨脹機(jī)組共用換熱器的特性，并通過三通換向閥將壓縮機(jī)組、蓄熱裝置和膨脹機(jī)組很好的耦合在一起，具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、系統(tǒng)效率高、換熱效果好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0006]一種新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)組、蓄熱系統(tǒng)、膨脹機(jī)組和壓縮空氣存儲裝置，其特征在于，
[0007]-所述壓縮機(jī)組包括至少兩級壓縮機(jī)，其中，第一級壓縮機(jī)的進(jìn)口接空氣源，最后一級壓縮機(jī)的出口與壓縮空氣存儲裝置的進(jìn)口之間的通氣管線上設(shè)置末級換熱器，中間相鄰兩級壓縮機(jī)之間的通氣管線上設(shè)置有級間換熱器；
[0008]-所述膨脹機(jī)組包括至少兩級膨脹機(jī)，其中，第一級膨脹機(jī)進(jìn)口與壓縮空氣存儲裝置出口之間的通氣管線上設(shè)置首級換熱器，最后一級膨脹機(jī)出口通大氣；中間相鄰兩級膨脹機(jī)之間的通氣管線上設(shè)置有級間換熱器；
[0009]一所述壓縮機(jī)組中的末級換熱器和所述膨脹機(jī)組中的首級換熱器為同一換熱器，最后一級壓縮機(jī)的出口與該換熱器的氣側(cè)端口 A連接，該換熱器的氣側(cè)端口 B與壓縮空氣存儲裝置的進(jìn)口連接，第一級膨脹機(jī)的進(jìn)口與該換熱器的氣側(cè)端口 A連接，該換熱器的氣側(cè)端口 B與壓縮空氣存儲裝置的出口連接；所述壓縮機(jī)組和膨脹機(jī)組中的級間換熱器為共用的換熱器，相鄰兩級壓縮機(jī)中，上一級壓縮機(jī)的出口與所述級間換熱器的氣側(cè)端口 A連接，所述級間換熱器的氣側(cè)端口 B與下一級壓縮機(jī)的進(jìn)口連接；相鄰兩級膨脹機(jī)中，上一級膨脹機(jī)的出口與所述級間換熱器的氣側(cè)端口 B連接，所述級間換熱器的氣側(cè)端口 A與下一級膨脹機(jī)的進(jìn)口連接；
[0010]-所述蓄熱系統(tǒng)包括冷罐和熱罐，所有換熱器的液側(cè)端口A均通過通液管線與所述冷罐的進(jìn)出液端口連通，所有換熱器的液側(cè)端口 B均通過通液管線與所述熱罐的進(jìn)出液端口連通；
[0011]--各所述級間換熱器的氣側(cè)端口A處均設(shè)置有三通換向閥I，所述三通換向閥I的端口 a與級間換熱器的氣側(cè)端口 A連通，端口 b與上一級壓縮機(jī)的出口連通，端口 c與下一級膨脹機(jī)的進(jìn)口連通；各所述級間換熱器的氣側(cè)端口 B處均設(shè)置有三通換向閥II，所述三通換向閥II的端口 a與級間換熱器的氣側(cè)端口 B連通，端口 b與下一級壓縮機(jī)的進(jìn)口連通，端口 c與上一級膨脹機(jī)的出口連通；所述末級換熱器的氣側(cè)端口 A處均設(shè)置有三通換向閥III，所述三通換向閥III的端口 a與末級換熱器的氣側(cè)端口 A連通，端口 b與最后一級壓縮機(jī)的出口連通，端口 c與第一級膨脹機(jī)的進(jìn)口連通。
[0012]優(yōu)選地，所述壓縮空氣存儲裝置為密封巖洞、中高壓儲罐或壓力管道的一種或幾種的組合。
[0013]優(yōu)選地，所述末級換熱器的氣側(cè)端口 B與壓縮空氣存儲裝置的進(jìn)口和出口之間的通氣管線上均設(shè)置有控制閥門。
[0014]優(yōu)選地，所述冷罐和/或熱罐進(jìn)出液端口處的通液管線上設(shè)置有液體栗。
[0015]優(yōu)選地，所述冷罐和/或熱罐進(jìn)出液端口處的通液管線上設(shè)置有控制閥門。
[0016]優(yōu)選地，所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)儲能時(shí)，各三通換向閥的端口 a與端口 b連通，端口 a與端口 c關(guān)閉，各三通換向閥與各級壓縮機(jī)及相應(yīng)換熱器氣側(cè)相連的管線處于通路狀態(tài)，各三通換向閥與各級膨脹機(jī)及相應(yīng)換熱器氣側(cè)相連的管線處于關(guān)閉狀態(tài)；所述末級換熱器的氣側(cè)端口 B與壓縮空氣存儲裝置的進(jìn)口之間的控制閥門打開，所述末級換熱器的氣側(cè)端口 B與壓縮空氣存儲裝置的出口之間的控制閥門關(guān)閉；所述冷罐中的低溫?fù)Q熱介質(zhì)在液體栗的驅(qū)動下流經(jīng)所有換熱器的液側(cè)后匯流至所述熱罐中。
[0017]優(yōu)選地，所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)釋能時(shí)，各三通換向閥的端口 a與端口 b關(guān)閉，端口 a與端口 c連通，各三通換向閥與各級壓縮機(jī)及相應(yīng)換熱器氣側(cè)相連的管線處于關(guān)閉狀態(tài)，各三通換向閥與各級膨脹機(jī)及相應(yīng)換熱器氣側(cè)相連的管線處于通路狀態(tài)；所述末級換熱器的氣側(cè)端口 B與壓縮空氣存儲裝置的進(jìn)口之間的控制閥門關(guān)閉，所述末級換熱器的氣側(cè)端口 B與壓縮空氣存儲裝置的出口之間的控制閥門打開；所述熱罐中的高溫?fù)Q熱介質(zhì)在液體栗的驅(qū)動下流經(jīng)所有換熱器的液側(cè)后匯流至所述冷罐中。
[0018]優(yōu)選地，所述壓縮空氣儲能系統(tǒng)還包括驅(qū)動單元和動力輸出單元，所述驅(qū)動單元與壓縮機(jī)組的傳動軸固接；所述動力輸出單元與膨脹機(jī)組的傳動軸固接。
[0019]優(yōu)選地，各換熱器為管殼式、板翅式、板式、螺旋管式、套管式、板殼式、板圈式、管翅式、熱管式中的一種或幾種的組合。
[0020]優(yōu)選地，所述冷罐用于儲存溫度低于壓縮后空氣溫度的換熱介質(zhì)，為絕熱保溫常壓或加壓容器；所述熱罐用于儲存溫度高于壓縮空氣存儲裝置的換熱介質(zhì)，為絕熱保溫常壓或加壓容器。
[0021]優(yōu)選地，所述換熱介質(zhì)為水、乙醇、丙醇、乙二醇、導(dǎo)熱油、熔融鹽或離子液體的一種或幾種的組合。
[0022]優(yōu)選地，各所述三通換向閥為手動、機(jī)動、電磁動、液動或電液動操縱控制方式的一種。
[0023]優(yōu)選地，所述液體栗為雙向栗。
[0024]優(yōu)選地，所述冷罐進(jìn)出液端口處設(shè)有并聯(lián)的主通液管線和旁通管路，所述主通液管線上設(shè)置有主控制閥門和液體栗，所述旁通管路上設(shè)置有旁通控制閥門和冷卻器，當(dāng)所述主控制閥門關(guān)閉、旁通控制閥門打開時(shí)，所述冷卻器工作，用以進(jìn)一步降低回流至所述冷罐中的換熱介質(zhì)的溫度。
[0025]優(yōu)選地，所述冷卻器通過管線與熱栗等系統(tǒng)相連接，使其可用于空調(diào)、制冷等不同用途。
[0026]優(yōu)選地，所述與外界相連接的管線可與熱栗等系統(tǒng)相連接，使其可用于空調(diào)、制冷等不同用途。
[0027]本發(fā)明的蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)，其相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于:該系統(tǒng)在蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將壓縮機(jī)組側(cè)換熱器和膨脹機(jī)組側(cè)換熱器進(jìn)行了優(yōu)化布置，利用壓縮機(jī)組和膨脹機(jī)組共用換熱器的特性，并利用三通換向閥將壓縮機(jī)組、蓄熱裝置和膨脹機(jī)組很好的耦合在一起，解決了蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)級間換熱器重復(fù)布置、系統(tǒng)流程不合理、占地多、成本高、熱能利用率低及其導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)行效率降低等問題，本發(fā)明的蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、系統(tǒng)效率高、換熱效果好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為本發(fā)明的新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述，以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍，任何本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所想到的變化或替代，都涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0031]實(shí)施例1
[0032]如圖1所示，本發(fā)明的新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)，其包括:驅(qū)動單元1、壓縮機(jī)2和4、換熱器3和5、壓縮空氣存儲裝置6、膨脹機(jī)7和8、發(fā)電機(jī)27、冷罐9、熱罐10、三通換向閥 12、15 和 18、栗 29、閥門 21、23、28 和 33、管線 11、13、14、16、17、19、20、22、24、25、26、30、31 和 32。
[0033]具體的，本發(fā)明的新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)包括壓縮機(jī)組2、4、蓄熱系統(tǒng)、膨脹機(jī)組7、8和壓縮空氣存儲裝置6，壓縮機(jī)組2、4包括至少兩級壓縮機(jī)，其中，第一級壓縮機(jī)2的進(jìn)口接空氣源A，最后一級壓縮機(jī)4的出口與壓縮空氣存儲裝置6的進(jìn)口之間的通氣管線上設(shè)置末級換熱器5，中間相鄰兩級壓縮機(jī)2、4之間的通氣管線上設(shè)置有級間換熱器3。
[0034]膨脹機(jī)組7、8包括至少兩級膨脹機(jī)，其中，第一級膨脹機(jī)7進(jìn)口與與壓縮空氣存儲裝置6出口之間的通氣管線上設(shè)置首級換熱器5，最后一級膨脹機(jī)8出口通大氣B ;中間相鄰兩級膨脹機(jī)7、8之間的通氣管線上設(shè)置有級間換熱器3。
[0035]壓縮機(jī)組2、4中的末級換熱器5和膨脹機(jī)組7、8中的首級換熱器5為同一換熱器，最后一級壓縮機(jī)4的出口與該換熱器5的氣側(cè)端口 A連接，該換熱器5的氣側(cè)端口 B與壓縮空氣存儲裝置6的進(jìn)口連接，第一級膨脹機(jī)7的進(jìn)口與該換熱器5的氣側(cè)端口 A連接，該換熱器5的氣側(cè)端口 B壓縮空氣存儲裝置6的出口連接；壓縮機(jī)組2、4和膨脹機(jī)組7、8中的級間換熱器3為共用的換熱器3，相鄰兩級壓縮機(jī)2、4中，上一級壓縮機(jī)2的出口與級間換熱器3的氣側(cè)端口 A連接，級間換熱器3的氣側(cè)端口 B與下一級壓縮機(jī)4的進(jìn)口連接；相鄰兩級膨脹機(jī)7、8中，上一級膨脹機(jī)7的出口與級間換熱器3的氣側(cè)端口 B連接，級間換熱器3的氣側(cè)端口 A與下一級膨脹機(jī)8的進(jìn)口連接。
[0036]蓄熱系統(tǒng)包括冷罐9和熱罐10，所有換熱器3、5的液側(cè)端口 A均通過通液管線與冷罐9的進(jìn)出液端口連通，所有換熱器3、5的液側(cè)端口 B均通過通液管線與熱罐10的進(jìn)出液端口連通。
[0037]各級間換熱器3的氣側(cè)端