[發明專利]一種適合變工況運行的壓縮空氣儲能的方法及裝置

有效

• 申請號: 201310643574.6
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103644095A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 楊征;陳海生;李文;王亮;盛勇;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: F04B41/02
• 分類號: F04B41/02;F04B41/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種使用壓縮空氣對能量進行存儲的方法及裝置，尤其涉及一種通過綜合控制壓縮空氣的壓力和流量，來適應輸入電能的變工況性能，實現電能存儲的方法及裝置，特別適用于輸入功率大范圍頻繁變化的情況，比如風力發電和太陽能發電等。

背景技術

壓縮空氣儲能技術是一種電力儲能技術，傳統的壓縮空氣儲能技術的原理是：在儲能過程中，電能驅動空氣壓縮機壓縮空氣，將電能轉化為壓縮空氣的內能，并儲存在儲氣室內；在釋能過程中，壓縮空氣從儲氣室內放出，通過空氣膨脹機膨脹，空氣膨脹機轉動并帶動發電機發電，從而向外界輸出電能。

壓縮空氣儲能技術可以解決目前風力發電中存在的問題。近年來，風力發電得到了迅速發展，但是風電輸出功率隨著風向和強度隨時變化，波動范圍大，變化頻繁，導致其輸入電網時對電網產生很大沖擊。為了保護大電網的安全可靠，很多地方對風力發電進行了限制，甚至出現了風電不允許上網的現象，阻礙了風電的發展。壓縮空氣儲能技術可以存儲功率不斷變化的風電，然后將其以指定的功率輸入電網，從而解決了風電沖擊電網的難題。

雖然傳統的壓縮空氣儲能可以解決上述問題，但是系統效率仍然較低，主要源于兩方面原因。

首先，當儲能過程輸入電能的功率大幅度頻繁變化時，空氣壓縮機一直處于變工況條件下工作，遠離額定工作條件，設備效率低。尤其情況嚴重時，很可能出現設備不能正常工作，甚至損壞的嚴重后果。

其次，壓縮空氣儲能系統往往是向一定容積的儲氣室存儲空氣，導致其在儲能過程中空氣壓縮機的背壓不斷上升。這使得空氣壓縮機始終處于部分負載的工作狀態，不能在額定工況下穩定運行，導致設備的效率大大降低。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種適合變工況的新型壓縮空氣儲能的方法及裝置。與傳統的壓縮空氣儲能方法相比，本發明的方法及裝置可以實現儲能系統中的各主要設備在工作過程中始終在額定工況附近工作，從而大大提高了儲能系統的儲能效率。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明提出了一種適合變工況的新型壓縮空氣儲能方法，使用壓縮空氣儲能系統來存儲輸入電能，該方法包括：

將所述輸入電能的變工況功率范圍劃分為若干等級，各功率等級與所述壓縮空氣儲能系統的各壓力等級對應，所述輸入電能的功率等級越高，對應的所述壓縮空氣儲能系統的壓力等級越大，即對應的壓力越大；

當所述輸入電能的功率變化較大，在不同功率等級間變化時，通過改變所述壓縮空氣儲能壓力等級，即通過改變所述壓縮空氣儲能系統的壓力大小來存儲輸入電能；當輸入的電能功率變化較小，在同一功率等級內變化時，保持所述壓縮空氣儲能系統的空氣壓力不變，通過調整壓縮空氣的流量來實現變工況運行，并存儲輸入電能；

不同壓力等級的壓縮空氣通過定壓存儲方式分別存儲。

優選地，該方法進一步包括：

當輸入的電能功率變化較大，在不同功率等級間變化時，通過改變壓縮空氣的壓力來存儲電能，壓縮空氣的壓力控制通過下述辦法實現：設計若干臺空氣壓縮機，將這些空氣壓縮機依次串聯，其中，

a）第一臺空氣壓縮機額定功率對應最小電能輸入功率等級，前兩臺空氣壓縮機額定功率之和對應第二電能輸入功率等級……以此類推，所有空氣壓縮機額定功率之和對應最大電能輸入功率等級；

b）各臺空氣壓縮機額定流量相等；

c）第一臺空氣壓縮機設計的進口壓力為大氣壓力，其后每臺空氣壓縮機設計的進口壓力為前面一臺空氣壓縮機的出口壓力，第一臺空氣壓縮機的出口壓力為第一壓力等級，第二臺空氣壓縮機的出口壓力為第二壓力等級……以此類推，最后一臺空氣壓縮機的出口壓力為最大壓力等級；

根據不同輸入功率等級，啟動相應臺數的空氣壓縮機，空氣通過這些空氣壓縮機后，即可得到對應輸入電能功率等級的壓力等級的壓縮空氣，得到的壓縮空氣引入對應壓力等級的定壓儲氣設備。

進一步地，當輸入的電能功率變化較小，在同一功率等級內變化時，實現壓縮空氣的壓力保持不變，通過調整壓縮空氣的流量來存儲電能，壓縮空氣的流量控制通過下述辦法實現：當輸入的電能在同一功率等級內變化時，通過調節處于工作狀態的若干級空氣壓縮機的轉速，進而控制壓縮空氣的流量，使各臺空氣壓縮機的流量相等。優選地，每臺空氣壓縮機的電機配有變頻器，通過變頻器調節處于工作狀態的若干級空氣壓縮機的電機的轉速。由于空氣壓縮機串聯工作，通過變頻器實現各臺空氣壓縮機的流量相等。這樣，在空氣通過這些空氣壓縮機后，壓力仍為該功率等級下的壓力，通過流量的變化存儲了電能。