[發明專利]一種壓縮空氣儲能系統

有效

• 申請號: 201611076069.8
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106437885B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 公茂瓊;陳高飛;董學強;鹿丁
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F01K3/14
• 分類號: F01K3/14;F01K7/02;F01K7/22;F04B41/02;F04B41/06;F04C23/02;F04C23/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙)44316
• 代理人: 趙勍毅

技術領域

本發明涉及電力存儲技術領域，特別是一種壓縮空氣儲能系統。

背景技術

近年來，我國傳統電網峰谷差值日益增大，其原因主要有兩個：第一，越來越多的大型間歇式用電機組并入電網；第二，以風電、光電等為代表的間歇性可再生能源發電量越來越大。這些間歇性電用戶和電源的并入大大增加了以煤電為主體的傳統電網的峰谷差值，有些地區甚至不得不運用拉閘限電的方式來解決這一問題。由此帶來了日益嚴重的能源浪費，并越來越影響到人們的日常生活乃至生產勞作。為了保證電網安全、經濟地運行，配置電力儲能系統勢在必行。

目前的電力儲能系統種類繁多，主要可分為以下三類：機械儲能(抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)，電磁儲能(超級電容器等)和電化學儲能(鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池等)。其中在儲能規模上能達到100MW以上的只有抽水儲能和壓縮空氣儲能，因此這兩項電力儲能技術是當下最有前途的。然而抽水儲能技術有諸多弊端，因此壓縮空氣儲能技術顯得尤為重要。

然而國內在壓縮空氣儲能技術領域尚處于理論研究階段；從世界范圍內來看，已經有若干套壓縮空氣儲能電站投入運行，全部是補燃式，即：從氣庫而來的壓縮空氣先進入燃燒室與燃料混合燃燒，提高其溫度，再進入燃氣輪機做功。然而補燃式壓縮空氣儲能系統有其固有的弊端，主要表現為以下兩點：第一，需要大量的燃料，能源消耗大，并且會造成大氣污染，加重碳排放，對環境不友好；第二，未能回收利用壓縮過程產生的熱量，系統能量轉換效率較低。因此發展非補燃式壓縮空氣儲能技術顯得尤為重要。而一般的壓縮空氣儲能系統由于儲氣設備的容積有限，導致高壓級壓縮機排氣壓力不斷升高而高壓級膨脹機吸氣壓力不斷降低，從而極大地影響了系統的能量轉換效率；同時壓縮機和膨脹機內部溫度變化很大，偏離理想的等溫工況較遠，也影響了系統的能量轉換效率。

發明內容

有鑒如此，有必要針對現有技術存在的缺陷，提供一種穩定性好、能量轉換效率高的壓縮空氣儲能系統。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種壓縮空氣儲能系統，包括壓縮單元、膨脹單元、儲氣單元、蓄熱單元、換熱單元和電能單元：

所述壓縮單元包括低壓級壓縮機組、與所述低壓級壓縮機組串聯的高壓級壓縮機組及壓縮用油氣分離器；所述膨脹單元包括低壓級膨脹機組、與所述低壓級膨脹機組串聯的高壓級膨脹機組及膨脹用油氣分離器；所述儲氣單元包括儲氣罐；所述蓄熱單元包括高溫油罐及低溫油罐；所述換熱單元包括冷卻器及加熱器；所述電能單元包括電動機組及發電機組；其中：

所述電動機組將將電能轉化為機械能傳遞給所述低壓級壓縮機組，所述低壓級壓縮機組將空氣壓縮至中壓，壓縮后的中壓空氣被引入所述冷卻器，產生的壓縮熱經所述冷卻器傳遞至所述低溫油罐內的蓄熱油；

所述冷卻器將中壓空氣的熱量傳遞給所述低溫油罐中引入的蓄熱油，加熱后的蓄熱油被引入所述高溫油罐，冷卻后的中壓空氣被引入所述高壓級壓縮機組，引出所述低溫油罐內的蓄熱油并噴入至所述高壓級壓縮機組中形成第一油氣混合物；

所述第一油氣混合物通過所述壓縮用油分離器分離后，其中，加熱后的蓄熱油被引入至所述高溫油罐，壓縮后的高壓空氣儲存在所述儲氣罐中儲存；

所述高壓空氣從所述儲氣罐中導出并引入至所述高壓級膨脹機組中膨脹做功，所述高溫油罐中的蓄熱油引出并噴入至所述高壓級膨脹機組形成第二油氣混合物；

所述加熱器將所述高溫油罐中引入的蓄熱油的熱量傳遞給中壓空氣，冷卻后的蓄熱油被引入所述低溫油罐中，加熱后的中壓空氣被引入所述低壓級膨脹機組進一步膨脹做功，膨脹功經所述發電機組轉化為穩定的電能并入電網。

在一些實施例中，所述低壓級壓縮機組由至少一套相同的壓縮機組并聯組成，其中，任意一套壓縮機組為速度型壓縮機或容積型壓縮機。

在一些實施例中，每套低壓級壓縮機組由兩臺共轉動軸相向運轉的相同壓縮機組成。

在一些實施例中，所述高壓級壓縮機組由至少一套相同的壓縮機組并聯組成，其中，任意一套壓縮機組為便于壓比調節的螺桿式壓縮機，其吸氣壓力恒定，排氣壓力可在一定范圍內變動。

在一些實施例中，每套高壓級壓縮機組由兩臺共轉動軸相向運轉的螺桿壓縮機組成。

在一些實施例中，所述低壓級膨脹機組由至少一套相同的膨脹機組并聯組成，其中，任意一套膨脹機組為透平式膨脹機或活塞式膨脹機。

在一些實施例中，每套低壓級膨脹機組由兩臺共轉動軸相向運轉的相同膨脹機組成。