[發(fā)明專利]一種利用壓縮熱制冷提高壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410725059.7
• 申請(qǐng)日: 2014-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN104457020A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何青;劉輝;劉文毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): F25B25/02
• 分類號(hào): F25B25/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種利用壓縮熱制冷提高壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率的方法。

背景技術(shù)

壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行改造而成的。具體工作過程為：在用電低谷時(shí)，壓縮機(jī)利用多余的電能壓縮大氣環(huán)境中的空氣，將電能轉(zhuǎn)換為空氣的內(nèi)能并存儲(chǔ)在儲(chǔ)氣室中；在用電高峰時(shí)段，壓縮空氣從儲(chǔ)氣室內(nèi)釋放出來(lái)，通過燃燒室加熱升溫后進(jìn)入透平膨脹做功，最終轉(zhuǎn)換為電能。

壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)由于要將環(huán)境中的空氣壓縮到80—200個(gè)大氣壓，因此，為了提高多級(jí)壓縮機(jī)的效率，通常采用多級(jí)壓縮級(jí)間冷卻的方法；同時(shí),為了保證儲(chǔ)氣室的安全穩(wěn)定，在壓縮空氣注入儲(chǔ)氣室前壓縮空氣被冷卻至接近環(huán)境溫度，即壓縮空氣的級(jí)后冷卻。

盡管壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)受到了國(guó)內(nèi)外科研人員和相關(guān)機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注，但是到目前為止仍然沒有大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，制約其發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素是儲(chǔ)能效率較低，例如德國(guó)Huntorf電站的效率為42％，美國(guó)McIntosh電站效率為54％。造成壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率較低的主要原因之一為：在壓縮過程中產(chǎn)生了大量的壓縮熱，而這部分壓縮熱沒有被充分利用而是被排放到了環(huán)境之中。

為充分利用壓縮過程中產(chǎn)生的熱量，提高壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率，最近幾年國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別開展了利用壓縮熱量取代燃燒室加熱壓縮空氣的先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(Advanced?Adiabatic?CAES,AA-CAES)以及利用壓縮熱進(jìn)行供暖的具有蓄熱裝置的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(CAES?combined?with?Thermal?Energy?Storage,CAES/TES)和分布式壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(Distributed?CAES,DCAES)等研究，使壓縮熱得到了基本的利用,壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率得到了提高,理論效率可以達(dá)到70％。但是，對(duì)于AA-CAES系統(tǒng)由于不采用化石燃料熱源，使得壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量密度更低，更加凸顯了對(duì)大型儲(chǔ)氣室的依賴；對(duì)于CAES/TES、DCAES系統(tǒng)，由于對(duì)空間供暖的需求，使壓縮機(jī)級(jí)間冷卻溫度較高，導(dǎo)致壓縮機(jī)耗功較高，從而導(dǎo)致系統(tǒng)電效率降低。因此，必須找到合理有效的壓縮熱利用方式，才能使壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)得到更廣泛而又有效的利用。

目前，多級(jí)壓縮機(jī)級(jí)間和級(jí)后冷卻過程中所采用的冷卻介質(zhì)為環(huán)境溫度的水，由于受換熱器換熱有效系數(shù)的限制導(dǎo)致級(jí)間被冷卻后的壓縮空氣溫度一般在環(huán)境溫度以上，尤其是在高溫干旱地區(qū)，級(jí)間冷卻溫度通常為40～50℃，如果能將該溫度降低則可以更好的減少多級(jí)壓縮機(jī)的耗功，提高多級(jí)壓縮機(jī)的效率，從而提高壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體性能。

因此，如何利用壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中壓縮熱和降低多級(jí)壓縮機(jī)級(jí)間和級(jí)后冷卻溫度來(lái)提高壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率的問題，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員尤其是高溫干旱地區(qū)的技術(shù)人員所要解決的重要技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用壓縮熱制冷提高壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率的方法，該方法通過利用壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能過程中多級(jí)壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮熱制冷來(lái)降低多級(jí)壓縮機(jī)級(jí)間和級(jí)后冷卻溫度，進(jìn)而降低多級(jí)壓縮機(jī)的耗功,提高壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體性能；同時(shí)多余的冷量可以存儲(chǔ)在蓄冷裝置中,在用電高峰時(shí)進(jìn)行空間供冷,以減少電能的消耗。

本方法包括以下步驟：

步驟一：冷卻介質(zhì)在多級(jí)壓縮機(jī)級(jí)間和級(jí)后冷卻器內(nèi)吸收多級(jí)壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮熱，使壓縮機(jī)入口溫度以及儲(chǔ)氣室入口溫度降低；

步驟二：吸收壓縮熱后的冷卻介質(zhì)，將該部分熱量輸送到吸收式制冷機(jī)中，作為吸收式制冷機(jī)的驅(qū)動(dòng)熱源使吸收式制冷機(jī)工作產(chǎn)生冷量；

步驟三：在吸收式制冷機(jī)中釋放熱量后的冷卻介質(zhì)進(jìn)入換熱器，在換熱器內(nèi)被冷卻到接近環(huán)境溫度；

步驟四：從換熱器內(nèi)出來(lái)的冷卻介質(zhì)被吸收式制冷機(jī)產(chǎn)生的冷量進(jìn)一步冷卻，冷卻到環(huán)境溫度以下，一般冷卻到5-10℃；

步驟五：被冷卻到環(huán)境溫度以下的冷卻介質(zhì)進(jìn)入到壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中，對(duì)多級(jí)壓縮機(jī)進(jìn)行級(jí)間和級(jí)后冷卻；

所述利用壓縮熱制冷提高壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率的方法基于下述2個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、級(jí)間和級(jí)后冷卻系統(tǒng)；其中，

壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)包括多級(jí)壓縮機(jī)、膨脹機(jī)組、儲(chǔ)氣室、燃燒室、級(jí)間冷卻器、級(jí)后冷卻器，級(jí)間和級(jí)后冷卻器與級(jí)間和級(jí)后冷卻系統(tǒng)相連；

級(jí)間和級(jí)后冷卻系統(tǒng)包括換熱器、吸收式制冷機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥、升壓泵、蓄冷裝置，流量調(diào)節(jié)閥和升壓泵調(diào)節(jié)進(jìn)入級(jí)間和級(jí)后冷卻器冷卻介質(zhì)的流量和壓力以確保冷卻介質(zhì)在換熱器內(nèi)充分換熱以及不被汽化；