[發明專利]分布式壓縮空氣儲能系統和方法

有效

• 申請號: 202011486978.5
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112648166B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 鄭天文;梅生偉;張躍;陳來軍;薛小代;稅楊浩
• 申請（專利權）人: 清華四川能源互聯網研究院;清華大學;青海大學
• 主分類號: F04B35/04
• 分類號: F04B35/04;F04B41/02;F04B39/06;F01K27/00;F01K25/08;F01K13/00;F01K13/02;F01D15/10;F28D20/00
• 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一種分布式壓縮空氣儲能系統和方法，涉及儲能技術領域。分布式壓縮空氣儲能系統中的單級壓縮機、單級換熱器和梯壓儲氣單元依次連通、且組成循環回路，單級壓縮機用于將空氣壓縮后注入儲氣罐，并通過接力增壓的方式、按順序依次增加每個儲氣罐中的空氣壓力，直到每個儲氣罐中空氣達到儲氣終壓，在此過程中由儲熱罐吸收并存儲壓縮熱；梯壓儲氣單元、單級換熱器和單級透平機依次連通、且組成循環回路，梯壓儲氣單元中的儲氣罐按照空氣壓力從大到小的順序釋放高壓空氣，并由儲熱罐釋放壓縮熱加熱高壓空氣至高溫狀態后再注入單級透平機做功，并將透平后的空氣注入到相對低壓的儲氣罐內。該系統能夠大幅減少占地面積并降低投資成本。

技術領域

本發明涉及儲能技術領域，具體而言，涉及一種分布式壓縮空氣儲能系統和方法。

背景技術

隨著能源供應、能源需求的多元化發展，綜合能源系統將是未來能源利用的重要載體。儲能技術系提高可再生能源電力系統運行穩定性，促進多種能源融合與交互轉變的重要技術手段。通過在綜合能源系統中配置儲能系統可以有效平抑可再生能源輸出功率的波動，提高可再生能源滲透率和綜合能源利用率。

壓縮空氣儲能作為一種清潔物理儲能技術具有“零碳排”、“長壽命”、“多能聯儲聯供”等優勢。可作為綜合能源系統中的能源路由器，解決可再生能源的不穩定性、調整電網峰谷、促進多能協同管理與高效利用的有效手段。然而，當前壓縮空氣儲能技術均以大容量開發為主，受大規模儲氣庫的地理限制以及單一的功能設計，導致了現有大型壓縮空氣儲能系統不具備多地域靈活布置，多場景靈活應用的特征，嚴重制約了壓縮空氣儲能技術在綜合能源系統領域的廣泛應用。

發明內容

本發明的目的包括提供一種分布式壓縮空氣儲能系統和方法，其能夠大幅減少占地面積和投資成本。

本發明的實施例可以這樣實現：

第一方面，本發明提供一種分布式壓縮空氣儲能系統，系統包括單級壓縮機、單級換熱器、儲熱罐、梯壓儲氣單元和單級透平機，其中，梯壓儲氣單元包括多個儲氣罐，儲熱罐包括蓄冷區和蓄熱區，蓄冷區與蓄熱區之間設置有隔熱活塞；

單級壓縮機、單級換熱器和梯壓儲氣單元依次連通、且組成循環回路，單級壓縮機用于將空氣壓縮后注入儲氣罐，并通過接力增壓的方式、按順序依次增加每個儲氣罐中的空氣壓力，直到每個儲氣罐中空氣達到儲氣終壓；

梯壓儲氣單元、單級換熱器和單級透平機依次連通、且組成循環回路，梯壓儲氣單元中的儲氣罐按照空氣壓力從大到小的順序向單級透平機的入口供氣，空氣由單級透平機透平做功后注入到多個儲氣罐中相對低壓的儲氣罐內或排入大氣；

儲熱罐與單級換熱器連通、且組成循環回路，在單級壓縮機注入空氣至儲氣罐的過程中，蓄冷區的換熱介質經過單級換熱器吸收壓縮熱后存儲于蓄熱區，隔熱活塞向蓄冷區一側移動，在儲氣罐向單級透平機供氣的過程中，蓄熱區的換熱介質經過單級換熱器釋放壓縮熱后存儲于蓄冷區，隔熱活塞向蓄熱區一側移動。

在可選的實施方式中，多個儲氣罐包括第一儲氣罐、第二儲氣罐和第三儲氣罐，第一儲氣罐、第二儲氣罐和第三儲氣罐按照各自儲氣終壓的大小由小到大依次排列。

在可選的實施方式中，第一儲氣罐、第二儲氣罐和第三儲氣罐分別都與單級換熱器和單級壓縮機依次連通、且組成循環回路，單級壓縮機用于將空氣壓縮并分別注入第一儲氣罐、第二儲氣罐和第三儲氣罐。

在可選的實施方式中，第一儲氣罐、單級壓縮機、單級換熱器和第二儲氣罐依次連通，單級壓縮機用于將第一儲氣罐的空氣壓縮后注入第二儲氣罐；

第一儲氣罐、單級壓縮機、單級換熱器和第三儲氣罐依次連通，單級壓縮機用于將第一儲氣罐的空氣壓縮后注入第三儲氣罐；

第二儲氣罐、單級壓縮機、單級換熱器和第三儲氣罐依次連通，單級壓縮機用于將第二儲氣罐的空氣壓縮后注入第三儲氣罐。