[實用新型]基于可逆式空氣發動機的壓縮空氣聯熱蓄能系統

無效

• 申請號: 200920020922.3
• 申請日: 2009-04-15
• 公開（公告）號: CN201461241U
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 武睿;張琪
• 申請（專利權）人: 武睿
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本實用新型涉及一種電能存儲系統，尤其是一種基于可逆式空氣發動機的壓縮空氣聯熱蓄能系統。

背景技術

電力系統負荷不均衡是當今世界重大科研課題，電能作為一種產品，具有特殊性，最大的特點是不能儲存，并受供求關系、電力市場供需結構變化的影響，因此電能呈現波動頻繁、幅度大、每天用電有較大的峰谷期。隨著我國電力需求的不斷增長，峰谷負荷差距在不斷拉大，電網運行的不均衡情況日益加劇，且峰谷差的增長率大于負荷的增長率。在高峰時受電源供應、電網輸送能力的限制不僅造成用電高峰期間的電力供應缺口，而且電力系統的超負荷運轉，是電力安全是一大隱患。與之相對的卻是，用電低谷期發電能力富裕的電量卻往往因得不到有效利用，造成我國每年幾千億度電力的流失。對此，國家一方面通過經濟杠桿調節電價，鼓勵錯峰用電，各地高峰電價目前已達到低谷電價的3-6倍。另一方面開發蓄能技術，利用低谷電力通過蓄能設備來轉移用電高峰負荷顯得尤為必要。這樣不僅可以減輕電網在峰期的供電壓力，還增加了系統的備用容量，有利于電網的安全穩定運行，對提高發電效率，降低用電成本，促進環境保護都有重要意義。對于電能的存儲的存儲，可以采取以下方式，如抽水蓄能電站、壓縮空氣蓄能電站、蓄電池蓄能電站、超導磁蓄能、飛輪蓄能、電磁蓄能等方式。但至今為止能夠用于大容量蓄能發電的主要是抽水蓄能和壓縮空氣蓄能兩種系統。

目前我國抽水蓄能電站的建設和規劃設計工作正在全國范圍內蓬勃展開，它利用電力負荷低谷時的多余容量和電量，通過電動發電機帶動水泵將低處下水庫的水抽到高處上水庫中，將這部分水量以位能形式儲存起來，待電力系統負荷轉為高峰時，再將這部分水量通過水輪機驅動電動發電機發電，以補充不足的尖峰容量和電量，滿足系統調峰需求，如此不斷循環工作。但抽水蓄能電站要求具備上、下游2個水庫，施工量大，占地面積大，整體造價較高，遠離負荷中心，且上水庫選址對高度、面積、地質結構要求嚴格。水庫中的水分容易蒸發、流失，需連續補充失耗水量，增加了發電成本。此外在應對各種自然災害及地質災害方面仍存在一定風險。

壓縮空氣蓄能電站則沒有上述限制，且有損占地面積少、工程量小、工期短、能量儲存期持久穩定、經濟性能高等優勢，因此在世界范圍內受到了廣泛的關注，被認為是新世紀非常有前景的能量存儲系統。利用壓縮空氣蓄能發電主要有兩種方式，一種為燃氣輪機發電，另一種為氣體直接膨脹發電。前者的的工作原理是利用低谷時的低價電能驅動空氣壓縮機壓縮空氣，在巖穴、廢棄礦井、管道等貯氣室中儲存能量；電力系統峰荷時，再將壓縮空氣釋放出來，與天然氣混合注入燃燒室驅動燃氣輪發電機發電。但由于燃氣輪機排出的氣體仍為高溫高壓氣體，帶走了大量的能量，增加了系統的能量損耗。其燃料燃燒后含大量的二氧化碳及氮氧化物，排入大氣造成環境污染，而且其機組龐大，設備復雜，系統小型化成本太高，較難實現分布式蓄能。

氣體直接膨脹發電直接利用高壓氣體在降壓時產生的能量發電，其原動機可以有兩種形式，一種為透平式，一種為活塞式，透平式和燃氣輪機類似，高壓空氣不能得到有效膨脹，所排出的氣體仍為高壓氣體，會帶走大量能量，這種浪費會在很大程度上降低綜合能量轉化率。活塞式原動機與內燃機有相似之處，但目前的技術方案中，活塞式發動機進氣沖程膨脹末端殘余壓力較高，大量的能量未被充分利用就被隨后的排氣沖程釋放出去，發動機的效率不可避免的降低。而且現有的技術方案為避免儲氣裝置中氣壓下降而造成的發動機做功量減少，工作狀態不穩定，必須使發動機的進氣壓力低于儲氣裝置中的壓力，因此要在儲氣裝置和發動機之間設置減壓裝置，而減壓過程是一種不可逆的能量變化過程，存在較大的能量損失，將進一步降低系統效率。此外，現有的用空氣壓縮機直接向儲氣庫中充入壓縮空氣的技術方案存在著一個過度壓縮的問題，即傳統的兩級或多級空壓機氣路為串聯結構，出口氣壓就會很高，而當儲氣庫中氣壓較低時，這部分壓縮好的氣體又會膨脹回去，在壓縮過程中出現了膨脹現象，說明在壓縮時壓縮這部分氣體時做了多余的功，這部分能量在無形中被浪費了。綜上所述，過多的能量損失會使蓄能系統乃至氣動汽車失去實際應用價值，因此必須尋求新的解決方案。

實用新型內容

本實用新型的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種結構緊湊，工況轉換快，提高能量利用率的基于可逆式空氣發動機的壓縮空氣聯熱蓄能系統。

為實現上述目的，本實用新型采用下述技術方案：

一種基于可逆式空氣發動機的壓縮空氣聯熱蓄能系統，其包括電動發電機、可逆式空氣發動機、儲氣庫和保溫水箱，電動發電機通過減速器與可逆式空氣發動機相聯，可逆式空氣發動機分別與儲氣庫和保溫水箱相連。