[發明專利]一種壓縮空氣儲能系統

有效

• 申請號: 201110156424.3
• 申請日: 2011-06-12
• 公開（公告）號: CN102213113A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: 楊科;張遠;李雪梅;徐建中
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10;F01K3/08;F03D9/02;F03G6/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及能量存儲技術領域，具體的說，是一種利用三位四通閥實現透平機械優化配置的壓縮空氣儲能系統。

背景技術

傳統的壓縮空氣儲能系統是一種基于燃氣輪機技術的能量存儲系統。然而，由于世界各國對于燃料利用、環境保護提出了更高的要求，國內外一些學者展開了對壓縮空氣儲能系統的技術改進。其中，利用熱存儲器的壓縮空氣儲能系統是目前儲能技術中較為先進的一種儲能方式，其最核心的技術是利用儲熱器替代燃燒室，通過儲熱器收集空氣壓縮過程的過程熱，并在系統做功階段加熱低溫高壓的壓縮空氣，增加透平機的輸出功。

雖然利用熱存儲器的壓縮空氣儲能系統更好地利用了能量，并且對環境友好，但該系統的變工況應用特性較差。這是由于壓縮空氣儲能是一種大規模的儲能方法，在系統設計時已經確定了儲氣室的壓力情況、儲能量的大小、透平機械的型號與連接方式等問題，這使得系統在設計工況附近工作時，有最佳的工作效率，而當儲能要求偏離設計工況較大時，由于無法改變原有的系統配置，尤其是壓氣機和透平機的連接方式，壓氣機和透平機的效率不高，系統整體的運行效率會降低。

因此，針對利用熱存儲器的壓縮空氣儲能系統的靈活性較差的問題，尤其是壓氣機和透平機在不同工況下的優化配置問題，必須找到合理的解決方法，才能使壓縮空氣儲能系統得到更廣泛而又有效的利用。

發明內容

本發明涉及一種壓縮空氣儲能系統，該系統利用三位四通閥的變通路特性，解決壓縮空氣儲能系統中透平機械的優化配置問題，有利于壓縮空氣儲能系統與各種類型電站的配套使用。

為達到上述目的，本發明的技術解決方案是：

一種壓縮空氣儲能系統，包括：電動機（1），至少一個低壓級壓氣機（2），至少一個高壓級壓氣機（3），至少一個低壓級冷卻器（4），至少一個高壓級冷卻器（5），儲氣室（7），熱存儲器（8），至少一個透平機（9），發電機（10），至少一個換熱器（11），冷卻介質供應源（12），其特征在于：

電動機（1）與所述至少一個低壓級壓氣機（2）和所述至少一個高壓級壓氣機（3）的共有傳動軸固接，發電機（10）與所述至少一個透平機（9）的傳動軸固接；

所述至少一個低壓級冷卻器（4）和所述至少一個高壓級冷卻器（5）的熱側進口分別與所述至少一個低壓級壓氣機（2）和所述至少一個高壓級壓氣機（3）的出氣口相連通，熱側出口與儲氣室（7）的進口相連通；所述至少一個低壓級冷卻器（4）和所述至少一個高壓級冷卻器（5）的冷側進口與冷卻介質供應源（12）的出口相連通，冷側出口與熱存儲器（8）的進口相連通；

所述至少一個換熱器（11）的冷側進口與儲氣室（7）的出口相連通，冷側出口與所述至少一個透平機（9）的進氣口相連通；所述至少一個換熱器（11）的熱側進口與熱存儲器（8）的出口相連通，熱側出口與冷卻介質供應源（12）的進口相連通。

優選的，所述系統還包括至少一個三位四通閥（6），所述至少一個三位四通閥（6）的兩個進口分別與進口空氣管道和所述至少一個低壓級冷卻器（4）的熱側出口相連通，所述至少一個三位四通閥（6）的兩個出口分別與所述至少一個高壓級壓氣機（3）的進氣口和儲氣室（7）的進口相連通；

儲能階段，當儲氣室（7）壓力較低時，所述至少一個三位四通閥（6）處于通路狀態，進口空氣管道與所述至少一個高壓級壓氣機（3）的進氣口相通，所述至少一個低壓級冷卻器（4）的熱側出口與儲氣室（7）相通，進口空氣管道中的空氣同時進入所述至少一個低壓級壓氣機（2）與所述至少一個高壓級壓氣機（3）中，所述至少一個低壓級壓氣機（2）與所述至少一個高壓級壓氣機（3）的排氣同時進入儲氣室（7），所述至少一個低壓級壓氣機（2）與所述至少一個高壓級壓氣機（3）處于并聯狀態，系統實現單級壓縮；

當儲氣室（7）壓力升至單級壓縮出口壓力上限時，單級壓縮無法繼續進行，所述至少一個三位四通閥（6）由通路狀態變為U型狀態，使所述至少一個三位四通閥（6）與進口空氣管道相通的進口封閉，所述至少一個三位四通閥（6）與儲氣室（7）的進口相通的出口封閉，同時所述至少一個低壓級冷卻器（4）的熱側出口與所述至少一個高壓級壓氣機（3）的進氣口相通，所述至少一個低壓級壓氣機（2）的出口空氣成為所述至少一個高壓級壓氣機（3）的進氣，系統實現兩級壓縮；