[發明專利]一種高效利用低品位熱能的壓縮空氣儲能系統及控制方法

有效

• 申請號: 201911181103.1
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN110701022B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 郭歡;徐玉杰;陳海生
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F04B35/04
• 分類號: F04B35/04;F04B39/06;F04B35/00;F01K27/00;F01K25/08
• 代理公司: 北京鍾維聯合知識產權代理有限公司 11579
• 代理人: 黃利萍;原春香

1.一種高效利用低品位熱能的壓縮空氣儲能系統，包括一壓縮空氣儲能單元，所述壓縮空氣儲能單元包括一儲能壓縮機組、一儲能膨脹機組、一高壓儲氣室、一電動機和一發電機，其中，所述儲能壓縮機組的低壓進氣管線與大氣連通，所述儲能壓縮機組的高壓排氣管線與所述高壓儲氣室的進氣口連通，所述儲能膨脹機組的高壓進氣管線與所述高壓儲氣室的排氣口連通，所述電動機與所述儲能壓縮機組的動力輸入端傳動連接，所述儲能膨脹機組的動力輸出端與所述發電機傳動連接，其特征在于，

所述系統還包括一低品位熱能輸入單元和一高溫熱能利用單元，其中，

所述低品位熱能輸入單元，包括一低溫蓄熱裝置和一第一換熱器，其中，所述低溫蓄熱裝置中設置有蓄熱材料及用以引入低品位熱能的結構，所述低溫蓄熱裝置中還設置有換熱盤管，所述第一換熱器的熱側通過管路與低溫蓄熱裝置中的換熱盤管連通形成一低溫熱能循環回路，所述第一換熱器的冷側設置在所述儲能壓縮機組的低壓進氣管線上；

所述高溫熱能利用單元，包括一熱機、一第二換熱器、一高溫蓄熱裝置和一熱機側壓縮機組，其中，所述儲能壓縮機組的高壓排氣管線依次經所述第二換熱器的熱側、所述高溫蓄熱裝置的第一換熱盤管后與所述高壓儲氣室的進氣口連通，所述第二換熱器的冷側設置在所述熱機的氣體工質進氣管線上，所述熱機的第一輸出軸驅動連接所述熱機側壓縮機組，所述熱機的第二輸出軸通過一離合器驅動連接所述儲能壓縮機組，所述熱機側壓縮機組的進氣口與大氣連通、排氣口通過管路經所述高溫蓄熱裝置的第二換熱盤管后與所述高壓儲氣室的進氣口連通，且所述高溫蓄熱裝置的第二換熱盤管與所述高壓儲氣室的進氣口之間的連通管路上至少設置一調壓閥，所述高壓儲氣室的排氣口通過管路經所述高溫蓄熱裝置的第三換熱盤管與所述儲能膨脹機組的高壓進氣管線連通，且在所述高壓儲氣室的排氣管路上至少設置一控制閥；

所述低溫蓄熱裝置、高溫蓄熱裝置中的蓄熱材料為水、砂石或土壤。

2.根據權利要求1所述的壓縮空氣儲能系統，其特征在于，所述熱機為燃氣輪機、活塞式內燃機、朗肯循環熱機或斯特林機。

3.根據權利要求1所述的壓縮空氣儲能系統，其特征在于，所述低品位熱能來自太陽能低溫蓄熱、工業余熱或跨季節蓄熱。

4.根據權利要求1所述的壓縮空氣儲能系統，其特征在于，所述儲能壓縮機組、熱機側壓縮機組、膨脹機組為活塞式、離心式、軸流式或轉子式中的一種或幾種的組合。

5.根據權利要求1所述的壓縮空氣儲能系統，其特征在于，所述第一換熱器、第二換熱器為管殼式、板翅式、板式、螺旋管式、套管式、板殼式、管翅式、熱管式中的一種或幾種的組合。

6.根據權利要求1所述的壓縮空氣儲能系統，其特征在于，所述電動機的電能來自風力發電、太陽能發電、電網中的一種或多種組合。

7.根據權利要求1所述的壓縮空氣儲能系統，其特征在于，所述的儲能壓縮機組、膨脹機組為單級或多級。

8.根據權利要求1所述的壓縮空氣儲能系統，其特征在于，所述高溫蓄熱裝置、低溫蓄熱裝置為雙罐間接蓄熱、填充床蓄熱或熔融鹽單罐蓄熱。

9.根據權利要求1所述的壓縮空氣儲能系統，其特征在于，所述系統包括儲能工作模式和釋能工作模式。

10.根據權利要求9所述的壓縮空氣儲能系統，其特征在于，當所述系統處于儲能工作模式時，啟動所述電動機、儲能壓縮機組、熱機、熱機側壓縮機組，關閉所述高壓儲氣室排氣管路上的控制閥，所述低溫蓄熱裝置中的低品位熱能通過所述第一換熱器傳輸至所述儲能壓縮機組的進口空氣中，所述儲能壓縮機組排出的高溫高壓壓縮空氣在所述第二換熱器中釋放熱量以加熱進入所述熱機的氣體工質，之后進入所述高溫蓄熱裝置進一步釋放熱量后以接近常溫狀態儲存在所述高壓儲氣室中；同時，所述熱機驅動所述熱機側壓縮機組所述熱機側壓縮機組排出的高溫高壓壓縮空氣在進入高溫蓄熱裝置釋放熱量后，經所述調壓閥調壓后儲存在所述高壓儲氣室中。