[發明專利]一種新型流程的超臨界空氣儲能系統

有效

• 申請號: 201210518522.1
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103016152A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 許劍;陳海生;盛勇;劉金超;譚春青
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F02C6/16
• 分類號: F02C6/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及能量儲存技術領域，特別是一種新型流程的超臨界空氣儲能/釋能系統。?

背景技術

電力儲能技術是目前調整電網峰谷、改善電力系統經濟性和穩定性的重要手段，是制約不穩定、間歇式的可再生能源大規模利用的最重要瓶頸之一，也是分布式能源和智能電網的關鍵技術。目前已有電力儲能技術包括抽水蓄能電站、壓縮空氣、蓄電池、超導磁能、飛輪和電容等。但由于容量、儲能周期、能量密度、充放電效率、壽命、運行費用、環保等原因，目前已在大型商業系統中運行的只有抽水電站和壓縮空氣兩種。?

傳統壓縮空氣儲能系統是基于燃氣輪機技術開發的一種儲能系統。在用電低谷，將空氣壓縮并存于儲氣室中，使電能轉化為空氣的內能存儲起來；在用電高峰，高壓空氣從儲氣室釋放，進入燃氣輪機燃燒室同燃料一起燃燒，然后驅動透平發電。壓縮空氣儲能系統具有儲能容量較大、儲能周期長、效率高（50%～70%）和單位投資相對較小等優點，但是，傳統壓縮空氣儲能系統不是一項獨立的技術，它必須同燃氣輪機電站配套使用，不能適合其他類型，如燃煤電站、核電站、風能和太陽能等電站，特別不適合我國以燃煤發電為主，不提倡燃氣燃油發電的能源戰略。而且，壓縮空氣儲能系統仍然依賴燃燒化石燃料提供熱源，一方面面臨化石燃料?逐漸枯竭和價格上漲的威脅，另一方面其燃燒仍然產生氮化物、硫化物和二氧化碳等污染物，不符合綠色(零排放)、可再生的能源發展要求。更為致命的是，由于儲能密度低，壓縮空氣儲能系統也需要特定的地理條件建造大型儲氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，從而大大限制了壓縮空氣儲能系統的應用范圍。?

為解決傳統壓縮空氣儲能系統面臨的主要問題，特別是對燃氣輪機的依賴問題，最近幾年國內外學者分別開展了地面壓縮空氣儲能系統(SVCAES)、帶回熱的壓縮空氣儲能系統(AACAES)、空氣蒸汽聯合循環壓縮空氣儲能系統(CASH)等，使壓縮空氣儲能系統基本可以脫離化石燃料燃燒熱源。但由于不采用化石燃料熱源，壓縮空氣儲能系統的能量密度更低，更加凸顯了對大型儲氣室依賴，同時效率也不夠高，必須找到合理的解決辦法，才能使空氣儲能系統得到更廣泛而又有效地利用。?

近年來，中國科學院工程熱物理研究所發展了超臨界空氣儲能系統，它利用空氣的超臨界條件下的性質，解決傳統壓縮空氣儲能存在的主要技術瓶頸。但是超臨界空氣儲能系統仍然存在儲存容器體積大占地多、效率不高的問題，單一依賴節流閥液化的不可逆損失較大，系統流程不夠合理，能量利用不充分，導致系統效率較低（大約只有65%左右）。?

本發明提出一種新型流程的超臨界空氣儲能/釋能系統，進一步提升空氣儲能系統的性能，同時降低成本。?

發明內容

本發明的目的是公開一種新型流程的超臨界空氣儲能/釋能系統，它利用系統流程創新，提升超臨界空氣儲能系統性能，適合于各種類型電站?和電網儲能。使用膨脹機或膨脹機與節流閥的組合后，可以有效利用氣體的壓力能，實現高品位能量的綜合梯級利用，有利于提高系統液化率，擺脫外界的冷量補充，從而明顯提高系統效率。?

為達到上述目的，本發明的技術解決方案是：?

新型流程的超臨界空氣儲能/釋能系統包括壓縮機組、蓄熱/換熱器組、蓄冷/換熱器組、膨脹機組、低溫儲罐、閥門、低溫泵、渦輪機組、發電機、驅動單元及多根管線。它與超臨界空氣儲能系統的顯著區別之一在于用膨脹機或膨脹機和節流閥的組合代替節流閥，膨脹機通過齒輪箱或聯軸器驅動壓縮機，顯著提升系統效率，通過蓄熱和蓄冷換熱器組的應用減少材料消耗，降低系統成本。另一顯著區別在于，蓄熱/換熱器組，至少包括兩個處于不同的工作壓力下的蓄熱/換熱器，儲存取自壓縮系統間冷的熱量，并供渦輪機組使用；以及蓄冷/換熱器組至少包括兩個處于不同的工作壓力下的蓄冷/換熱器，儲存儲能和釋能過程的冷量，通過不同壓力設計，可以節約材料，降低系統造價。?

本發明的壓縮機組包括至少兩臺壓縮機，相互串聯或集成為整體多級壓縮機，至少一臺壓縮機由膨脹機組直接驅動，以提高系統效率。膨脹機組最后一級的出口接入蓄冷/換熱器后進入或直接進入節流閥稍微降溫降壓即可實現液化。壓縮機和膨脹機均可以是活塞式、離心式、軸流式和組合式，其類型和臺數視系統參數而定；膨脹機和壓縮機可以設計成同軸組合，也可以通過變速箱連接提供壓縮機動力，從而提高系統效率和經濟性。系統布置如下：?