[發明專利]一種零余隙容積的等溫壓縮空氣儲能系統及方法

有效

• 申請號: 202110040414.7
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112901458B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 王煥然;葛剛強;陶飛躍;賀新;陳昊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F04B41/02
• 分類號: F04B41/02;F04B35/02;F04B39/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

一種零余隙容積的等溫壓縮空氣儲能系統及方法，包括高壓儲氣腔、蓄水控溫裝置、壓縮罐、切換閥、防水錘機構和可逆式水泵；兩個壓縮罐的頂端均接有蓄水控溫裝置，后通過三通連接到高壓儲氣腔，兩個壓縮罐的底端均通過管道連接到切換閥的一側的入口，切換閥的另一側的兩個出口分別通過管道連接到可逆式水泵的進水口和出水口，切換閥和可逆式水泵之間的兩個管道上均設置有防水錘機構。本發明的零余隙容積的近等溫壓縮空氣儲能系統，通過在壓縮罐的主罐上方設置存水罐和噴霧結構，保證了壓縮罐在壓縮過程的零余隙容積，控制了溫度變化，節省了壓縮過程的能量損耗。

技術領域

本發明為物理儲能領域，具體為一種零余隙容積的等溫壓縮空氣儲能系統及方法。

背景技術

綠色清潔的發展理念，導致近幾年國內新能源的迅猛發展，其中以風電和光電最為突出。但是風力資源和光資源在短時間的波動較大，再加上配合用戶側調負荷的需求，新能源的并網使得電網面臨的變負荷要求更高，由此催生出對儲能的需求。目前成熟的大規模儲能技術有壓縮空氣儲能，抽水蓄能和電化學儲能。抽水蓄能對地質條件有較高的要求，電化學儲能全生命周期內污染較為嚴重，而壓縮空氣儲能對地理條件的限制小同時污染也較為可控，是目前適宜推廣的大規模儲能之一。

目前，世界上的已經成功運行的壓縮空氣儲能電站只有兩個：1)1978年，在德國的亨托夫(Huntor6)誕生第一臺商業運行的壓縮空氣儲能機組。2)1991年5月第二座電站在美國阿拉巴馬州麥金托夫市(M3intosh)投入運行。但是現有的商業運行的壓縮空氣儲能電站采用補燃的形式，熱量利用存在不合理之處，導致整個系統效率低而且補燃會帶來系統運行成本的升高以及對環境的污染。

在傳統壓縮空氣儲能電站的基礎上，后人提出了無補燃的壓縮空氣儲能的技術。現有的初步的雙罐壓縮空氣儲能系統利用雙罐循環，來達到壓縮儲能和膨脹釋能的連續過程，但是在壓縮最后階段和膨脹的初始階段，由于壓比變化迅速，帶來的溫升較為明顯，通過熱量的耗散帶來了額外的熱量損失。此外，為了防止液體進入氣體管道帶來流動的不可控，需要留有一定的余隙容積，這部分的體積也會直接帶來能量損失。

發明內容

本發明的目的在于提供一種零余隙容積的等溫壓縮空氣儲能系統及方法，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種零余隙容積的等溫壓縮空氣儲能系統，包括高壓儲氣腔、蓄水控溫裝置、第一壓縮罐、第二壓縮罐、切換閥、防水錘機構和可逆式水泵；兩個壓縮罐的頂端均接有蓄水控溫裝置，后通過三通連接到高壓儲氣腔，兩個壓縮罐的底端均通過管道連接到切換閥的一側的入口，切換閥的另一側的兩個出口分別通過管道連接到可逆式水泵的進水口和出水口，切換閥和可逆式水泵之間的兩個管道上均設置有防水錘機構。

進一步的，蓄水控溫裝置包括存水罐、噴頭、進氣控制閥、儲氣控制閥和進氣口；兩個壓縮罐的罐體上端出口與出口主管道相連，出口主管道上設置有T形三通，三通的一個出口連接進氣控制閥后通向進氣口，另一個出口連接儲氣控制閥后連接到高壓儲氣腔；存水罐位于壓縮罐上方，存水罐的頂端、側壁和底端設置有三個接口，頂端和側壁的接口連接到儲氣控制閥和高壓儲氣腔之間的主管道上，底端接口連接罐體。

進一步的，存水罐上端的接口引出的連接管連接到主管道上的位置要高于側壁接口引出的連接管連接到主管道上的位置；存水罐側壁上的連接口引出的連接管道以向上傾斜管段連接到通往高壓儲氣罐的主管道上，連接管與主管道的接口位置要高于存水罐的最高點。

進一步的，存水罐底端的接口連接一個噴霧控制閥后連接到壓縮罐的罐體上，在壓縮罐內繼續延伸并連接有噴頭。

進一步的，存水罐的體積VC與可逆式水泵的體積流量Qv和控制系統的反應時間tc的配合關系為VCQv*tc；存水罐的體積VC和壓縮過程的壓縮熱QC之間存在VCQC/(Dt*ρ*cp)，其中ρ為水的密度，cp為水的比熱容，Dt為設定的可接受的溫升范圍。