[發明專利]一種含壓縮空氣儲能的綜合供能系統及方法

有效

• 申請號: 202011332997.2
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112459983B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 張躍;梅生偉;鄭天文;陳來軍;稅楊浩;高博;謝毓廣;王小明
• 申請（專利權）人: 清華四川能源互聯網研究院;青海大學;清華大學;國網安徽省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: F04B35/04
• 分類號: F04B35/04;F04B41/02;F04B39/06;F01K27/02;F01K25/08;F01D15/10;F28D20/00;F25B30/06
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 嚴誠

本發明的實施例提供了一種含壓縮空氣儲能的綜合供能系統及方法，涉及儲能技術領域。系統中，壓縮機、冷卻器、儲氣庫、回熱器、透平機和發電機依次連接，發電機用于向熱電負荷輸送電能。冷卻器、蓄熱罐、回熱器、第一換熱器和蓄冷罐依次連接成循環回路。第一換熱器和土壤蓄熱器連接成循環回路，第一換熱器用于將回熱器產生的富余熱量存儲到土壤蓄熱器中。地源熱泵與土壤蓄熱器連接，地源熱泵用于將土壤蓄熱器中的熱量輸送給熱電負荷。該系統能夠將壓縮空氣釋能過程中的富余壓縮熱存儲于土壤中，保證蓄冷罐內介質溫度在合理區間，使壓縮空氣儲能過程安全、高效運行，并將土壤中存儲的熱能在需要時高效利用，避免能源浪費。

技術領域

本發明涉及儲能技術領域，具體而言，涉及一種含壓縮空氣儲能的綜合供能系統及方法。

背景技術

壓縮空氣儲能技術是一種大容量物理儲能技術，在解決新能源消納、增強電網靈活性、改善新能源發電并網特性等方面具有顯著優勢。該儲能技術具備“零碳排、高效率、長壽命、冷/熱/電多能聯供、多能聯儲”等優勢特征，因此，在大規模儲能領域以及綜合能源領域均具備良好的推廣應用前景。然而，壓縮空氣儲能系統在供電時會伴隨產生大量的低溫廢熱，供冷時也會造成大量的壓縮熱富余，若不能及時的消納掉富余的壓縮熱將嚴重影響下一周期運行安全。

地源熱泵技術指以大地作為冷熱源的熱泵技術，該技術通過充分利用可再生土壤能實現冬季供暖和夏季供冷，其理想工作狀態為，在冬季運行時，土壤換熱器作為熱泵系統的蒸發器，吸收土壤中的低溫熱能后向外界供暖，此時土壤溫度下降；在夏季運行時，土壤換熱器作為熱泵系統的冷凝器，通過不斷向土壤放熱，以維持熱泵系統的制冷運行。當冬夏兩季冷、熱負荷差異不大時，土壤中的能量可處于動態平衡狀態。然而，對冬夏負荷相差很大的嚴寒地區，熱負荷遠遠大于冷負荷，熱泵冬季從土壤中取出的熱量遠遠大于夏季的排熱量，常年運行會導致土壤中熱量失去平衡，土壤溫度逐年降低，熱泵運行效率也將逐年下降。

因此，設計一種供能系統，能夠將壓縮空氣釋能過程中的富余壓縮熱存儲于土壤中，使壓縮空氣儲能過程安全、高效運行，并將土壤中存儲的熱能在需要時高效利用，避免能源浪費，這是目前急需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的包括提供了一種含壓縮空氣儲能的綜合供能系統及方法，其能夠將壓縮空氣釋能過程中的富余壓縮熱存儲于土壤中，保證蓄冷罐內介質溫度在合理區間，使壓縮空氣儲能過程安全、高效運行，并將土壤中存儲的熱能在需要時高效利用，避免能源浪費。

本發明的實施例可以這樣實現：

第一方面，本發明提供一種含壓縮空氣儲能的綜合供能系統，系統包括壓縮機、冷卻器、蓄熱罐、回熱器、儲氣庫、蓄冷罐、透平機、發電機、第一換熱器、土壤蓄熱器和地源熱泵，其中，冷卻器包括a1口、b1口、c1口和d1口，a1口與c1口連通，b1口與d1口連通，回熱器包括a2口、b2口、c2口和d2口，a2口與c2口連通，b2口與d2口連通，第一換熱器包括a3口、b3口、c3口和d3口，a3口與c3口連通，b3口與d3口連通；

壓縮機、a1口、c1口、儲氣庫、a2口、c2口、透平機和發電機依次連接，發電機用于向熱電負荷輸送電能；

b1口、d1口、蓄熱罐、d2口、b2口、a3口、c3口和蓄冷罐依次連接成循環回路，其中，壓縮機用于將空氣壓縮，并輸送給冷卻器，冷卻器用于將壓縮空氣與蓄冷罐輸送來的蓄冷介質進行熱交換，形成蓄熱介質，并存儲至蓄熱罐中，壓縮后的空氣經過熱交換冷卻后注入儲氣庫中存儲；

b3口、d3口和土壤蓄熱器連接成循環回路，其中，第一換熱器用于將回熱器產生的富余熱量存儲到土壤蓄熱器中；

地源熱泵與土壤蓄熱器連接，地源熱泵用于將土壤蓄熱器中的熱量輸送給熱電負荷。

在可選的實施方式中，系統還包括：