[發明專利]一種應用于壓縮空氣儲能發電系統的恒溫儲氣系統

無效

• 申請號: 201310283944.X
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103353060A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 王俊杰;薛小代;王思賢;周遠
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F17C1/00
• 分類號: F17C1/00;F17C13/00
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術領域

本發明涉及壓縮空氣儲能發電領域，具體地，本發明涉及一種應用于壓縮空氣儲能發電系統的恒溫儲氣系統。

背景技術

目前，電力科學中最大的問題是電能的工程化儲存，需要尋找一種經濟可行的、無污染的存儲技術。為解決電能大規模存儲問題，世界各國耗費了巨大的人力和財力，開發了各種各樣的儲能方式，蓄電池組、飛輪、超級電容、超導儲電等，因效率不高，壽命短，存取不便，蓄能容量偏小，投資成本大等，難以運作。與其他儲能技術相比，壓縮空氣儲能發電系統具有投資少、運行維護費用低、動態響應快、運行方式靈活、經濟性能高、環境污染小、占地面積小的特點，逐漸受到各國的重視。德國、美國、日本、意大利等發達國家均有壓縮空氣儲能電站正在建設過程中。我國大力發展壓縮空氣儲能發電技術在經濟，社會和國家安全方面具有重要的戰略意義，其可促進我國智能電網相關產業和重大裝備制造技術的快速發展。

壓縮空氣儲能發電系統的工作原理與抽水蓄能相類似，當電力系統的用電處于低谷時，系統儲能，利用系統中的富余電量，驅動空氣壓縮機以壓縮空氣，把能量以壓縮空氣的形式儲存在儲氣裝置中；當電力系統用電負荷達到高峰時，系統釋能，儲氣裝置將儲氣空間內的壓縮空氣釋放出來，帶動透平發電機組發電，完成了電能—空氣勢能—電能的轉化。

壓縮空氣儲能發電系統主要由壓縮機、儲氣室、透平膨脹機以及發電機等組成，其中儲氣室是決定系統容量的關鍵因素。對于大容量的壓縮空氣儲能發電系統，利用地下的礦洞、鹽洞和巖穴可以獲得很大的儲氣空間，例如德國Huntorf電站和美國的McIntosh電站，均采用地下儲氣的方式。此外，也可以通過采用高壓的鋼制儲罐等方式來實現儲氣，這種儲氣方式比較靈活，使系統擺脫了對地質條件的依賴，大大拓展了壓縮空氣儲能發電系統的應用范圍。當采用儲罐來實現儲氣時，可以通過提高儲罐中空氣的壓力來增大儲能密度，儲罐中的空氣壓力可以達到20MPa以上，遠遠高于地下儲氣的壓力。

在通過提高儲罐中的壓力來提高儲能密度的同時，也帶來了新的問題：

1、在壓縮空氣儲能發電系統的儲能過程中，壓縮機將空氣壓縮至高壓，然后將高壓的的空氣充入儲氣儲罐中，從而完成由電能向空氣勢能的轉變和存儲。隨著儲罐充氣過程的進行，儲罐中空氣的溫度會不斷的上升，以100m³的鋼制儲罐充氣過程為例，其內部空氣的壓力由3MPa升高至10MPa，若其為絕熱充氣過程即鋼制儲罐與空氣不進行換熱，充氣完成時儲罐中空氣的溫度將由充氣開始時的40℃升高至充氣結束時的118℃。儲氣溫度的升高會帶來多方面消極的影響：首先，由于儲罐中空氣溫度的升高，導致同等壓力下空氣的密度減小，從而造成儲能密度的降低；其次，儲罐中高壓空氣溫度的升高，會引起儲罐安全的問題，為達到相同的安全標準，或者采用耐溫程度更高的材料，或者提高儲罐的安全系數（例如增加儲罐的壁厚等），從而造成系統成本的升高。

2、在壓縮空氣儲能發電系統的釋能過程中，存儲在高壓儲罐中的空氣驅動透平膨脹機，帶動發電對外輸出電能，從而完成由空氣勢能向電能的轉變。隨著儲罐放氣過程的進行，儲罐中空氣的溫度將不斷的降低，以100m³的鋼制儲罐放氣過程為例，其內部空氣的壓力由10MPa降低至3MPa，若其為絕熱放氣過程即鋼制儲罐與空氣不進行換熱，放氣完成時儲罐中空氣的溫度將由放氣開始時的40℃降低至放氣結束時的-52℃。放氣過程中儲罐中空氣溫度的降低會帶來多方面消極的影響：首先，由于儲罐中空氣溫度的降低，導致空氣焓值的減小，降低了空氣的做功能力，從而引起系統儲能效率的下降；其次，儲罐中空氣溫度的降低，會引起儲罐安全的問題，為達到相同的安全標準，或者采用耐溫程度更低的材料，或者提高儲罐的安全系數（例如增加儲罐的壁厚等），從而造成系統成本的升高。

當采用地下洞穴的儲氣方式時，雖然溫度波動不會對儲氣室產生安全性的影響，但也存在因溫度的升高或降低對系統儲能效率的影響。由于地下洞穴的儲氣容量較大，較小的溫度波動就對系統的效率產生明顯的影響，因而有必要開發恒溫儲氣系統來提高系統效率。

發明內容

本發明的目的是針對壓縮空氣儲能發電系統在儲氣過程中存在的儲氣室內空氣溫度波動問題，提供一種恒溫系統，可以實現儲氣室的恒溫充放氣過程，從而提高系統的整體效率和安全性，并降低建造成本。

本發明的應用于壓縮空氣儲能發電系統的恒溫儲氣系統，包括儲氣裝置1，其中，還包括設置在儲氣裝置1內的蓄熱裝置2；