[實用新型]一種壓縮空氣與儲熱介質(zhì)同時儲能的系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320224097.5
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN203272071U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設計）人: 王哲;楊志偉;侯宗余;李政
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F04B41/02
• 分類號: F04B41/02;F04B35/04;F01D15/10
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本實用新型涉及一種利用壓縮空氣和儲熱介質(zhì)同時儲能的系統(tǒng)，屬于壓縮空氣儲能技術領域。

背景技術

目前，包括風能、太陽能等在內(nèi)的可再生能源的發(fā)展使儲能技術日益受到關注。可再生能源存在的一大問題是其不穩(wěn)定性，不同時刻的外界氣候條件會導致發(fā)電量的大幅波動，這對并網(wǎng)運行或是與用戶需求的匹配都造成了很大的負面影響。因此，發(fā)展合適的儲能技術調(diào)節(jié)不同時段的發(fā)電量以滿足并網(wǎng)或用戶的需求是至關重要的。

在目前常見的儲能技術中，壓縮空氣儲能技術具有較大發(fā)展?jié)摿Γ目纱鎯θ萘颗c抽水蓄能相當，但是對地形條件的要求比抽水儲能寬松；其余儲能技術，包括飛輪儲能、超級電容和先進燃料電池等均存在著存儲容量小的缺點。

現(xiàn)有的壓縮空氣儲能技術主要包括兩種：非絕熱壓縮空氣儲能技術和絕熱壓縮空氣儲能技術。非絕熱壓縮空氣儲能技術需要通過燃料的燃燒來提高透平進口氣體的溫度，這帶來了污染物和二氧化碳的排放問題。而絕熱壓縮空氣儲能技術則回收空氣在壓縮過程中產(chǎn)生的熱量并儲存在儲熱罐中，用于空氣膨脹前的預熱，該技術不需要燃料的引入，更加綠色環(huán)保，同時與非絕熱壓縮空氣儲能相比效率更高。但是，由于儲熱罐的引入，絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)更為復雜，且初期投資成本比非絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)高20～30%，過高的投資成本限制了其應用和推廣。而且由于目前壓氣機材料的限制，空氣壓縮機出口的空氣溫度不高，這使得儲熱罐內(nèi)儲熱介質(zhì)的儲熱潛力受到限制。此外，透平入口溫度也會因此受到限制，這意味著當空氣儲存壓力較高時，透平出口可能會出現(xiàn)冷凝，這時就需要提高透平出口壓力或采用兩級儲熱罐和兩級透平，提高透平出口壓力會導致系統(tǒng)效率下降，而采用兩級儲熱罐和兩級透平則顯著提高了系統(tǒng)的復雜程度。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是解決現(xiàn)有壓縮空氣儲能技術中存在的缺點，提供一種利用壓縮空氣和儲熱介質(zhì)同時儲存能量的系統(tǒng)，以充分利用固體儲熱介質(zhì)的儲熱潛力，大幅提高現(xiàn)有的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的儲存容量，同時系統(tǒng)簡單，系統(tǒng)單位容量投資成本低。

本實用新型的技術方案如下：

本實用新型提供的壓縮空氣與儲熱介質(zhì)同時儲能的系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括電動機、空氣壓縮機、儲熱罐、空氣儲存裝置、透平和發(fā)電機；所述的電動機與空氣壓縮機相連；空氣壓縮機的出口與儲熱罐通過管路相連；在儲熱罐內(nèi)設置固體儲熱介質(zhì)和電加熱元件；儲熱罐與空氣儲存裝置通過管路相連；透平入口與儲熱罐也通過管路相連；透平的旋轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機的輸入軸相連。

本實用新型所述的空氣儲存裝置為空氣儲罐或地下洞穴。

本實用新型所述的空氣壓縮機包括至少一級空氣壓縮機，若采用二級或二級以上空氣壓縮機，則每兩級空氣壓縮機中間布置壓縮間冷換熱器。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果：①與現(xiàn)有的非絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)相比，本實用新型沒有燃燒室，無需消耗化石燃料，為局部零排放的綠色系統(tǒng)；②與現(xiàn)有的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)相比，本實用新型充分利用了固體儲熱介質(zhì)的儲熱能力，系統(tǒng)存儲容量大幅提升，單位容量投資成本顯著降低；③本實用新型所述系統(tǒng)在不同的空氣存儲壓力（40～200bar）條件下都采用一級儲熱罐，一級透平的配置方案，系統(tǒng)效率均可以維持在較高水平（60～70%），而傳統(tǒng)的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)在空氣存儲壓力較高（大于120bar）時，若只采用一級儲熱罐，一級透平的配置則系統(tǒng)效率較低（低于60%），若采用兩級儲熱罐，兩級透平的配置雖然系統(tǒng)效率較高，但投資成本和系統(tǒng)復雜程度顯著提高。

附圖說明

圖1是采用一級空氣壓縮的壓縮空氣與儲熱介質(zhì)同時儲能系統(tǒng)的原理結構示意圖。

圖2是采用兩級空氣壓縮的壓縮空氣與儲熱介質(zhì)同時儲能系統(tǒng)的原理結構示意圖。

圖中：1－電網(wǎng)；2－電動機；3－空氣壓縮機；3a－一級空氣壓縮機；3b－二級空氣壓縮機；4－儲熱罐；5－固體儲熱介質(zhì)；6－電加熱元件；7－空氣儲存裝置；8－透平；9－發(fā)電機；10－壓縮間冷換熱器。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的原理和具體實施作進一步的說明。

圖1和圖2分別為本實用新型提供的采用一級空氣壓縮或兩級空氣壓縮的壓縮空氣與高溫儲熱介質(zhì)同時儲能系統(tǒng)的原理結構示意圖。所述系統(tǒng)包括電動機2、空氣壓縮機3、儲熱罐4、空氣儲存裝置7、透平8和發(fā)電機9；所述的電動機與空氣壓縮機相連；空氣壓縮機的出口與儲熱罐通過管路相連；在儲熱罐內(nèi)設置固體儲熱介質(zhì)5和電加熱元件6；儲熱罐與空氣儲存裝置7通過管路相連；透平入口與儲熱罐也通過管路相連；透平8的旋轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機9的輸入軸相連。