[發(fā)明專利]適用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)變工況運行的壓縮機聯(lián)合運行系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211319265.9
• 申請日: 2022-10-26
• 公開（公告）號: CN115450721A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設計）人: 王玲子;汪海蛟;馮健美;彭學院
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: F01K27/00
• 分類號: F01K27/00;F04B37/12;F04B39/10;F04B49/22;F04D25/16;F04D27/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張宇鴿

本發(fā)明公開了適用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)變工況運行的壓縮機聯(lián)合運行系統(tǒng)及方法，在儲能階段，確定離心式壓縮機的流量，通過控制模塊調(diào)節(jié)氣路閥的開閉，使得在小流量的工作場合下，開啟往復式壓縮機作為增壓設備；當流量適中時，使用離心式壓縮機對空氣進行增壓；當流量過大時，開啟離心式圧縮機與往復式壓縮機的串聯(lián)模式，使用離心式壓縮機進行初步增壓，再利用往復式壓縮機進行進一步增壓。并且系統(tǒng)中利用換熱器與蓄熱/冷裝置對壓縮余熱進行了循環(huán)與利用。本發(fā)明巧妙結(jié)合往復式壓縮機與離心式壓縮機適用的工況特點，在不改變?nèi)魏螇嚎s機結(jié)構(gòu)的情況下，對兩種壓縮機的應用進行了組合，使得系統(tǒng)在較大儲能波動情況下，仍能保持較高的運行效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及適用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)變工況運行的壓縮機聯(lián)合運行系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

儲能技術(shù)是解決可再生能源大規(guī)模接入、提高常規(guī)電力系統(tǒng)的迫切需要，是能源革命的支撐技術(shù)和戰(zhàn)略性新興技術(shù)，并得到世界各國廣泛關(guān)注。壓縮空氣儲能系統(tǒng)成本也與抽水蓄能相似，并且儲能容量大，技術(shù)可靠，運行壽命長，是目前大規(guī)模儲能領(lǐng)域極具潛力的發(fā)展方向之一，是解決我國普遍存在的棄風、棄光、棄水問題，實現(xiàn)智能電網(wǎng)削峰填谷、提升綜合能源系統(tǒng)靈活性的重要手段之一。

當儲存能量時，對空氣進行壓縮，將能量轉(zhuǎn)換為空氣的勢能進行存儲；釋放能量時，壓縮空氣膨脹，將勢能轉(zhuǎn)化為有用功。因此系統(tǒng)部件主要包括壓縮機、膨脹機、儲氣設備和儲熱系統(tǒng)等。在現(xiàn)有設計、加工水平下，壓縮機性能對系統(tǒng)整體性能影響最為明顯，其能量轉(zhuǎn)換效率直接決定了系統(tǒng)整體效率和經(jīng)濟性。根據(jù)工作原理不同，工程上常用的壓縮機大致可分為往復式壓縮機和離心式壓縮機。往復式壓縮機的效率高、使用范圍廣，但受限于活塞直徑不能做到很大，因此無法適用于大流量需求的壓縮，主要應用于MW級壓縮空氣儲能系統(tǒng)；離心式壓縮機適用于大中流量范圍，其中單軸離心式壓縮機適用于較高的排氣壓力，多軸離心式壓縮機適用于稍低的排氣壓力如10MW級壓縮空氣儲能系統(tǒng)。

現(xiàn)有的裝機容量較大(如10MW級到500MW級)的壓縮空氣儲能系統(tǒng)中通常使用離心式壓縮機作為氣體增壓設備，但由于風電、太陽能發(fā)電等新能源發(fā)電出力隨機性、波動性強，因此在“削峰”過程中可供儲存的電量也存在較大的不穩(wěn)定性，當需儲存的電量較少時，離心壓縮機內(nèi)葉輪流動情況變差，效率大幅下降，嚴重時還可能出現(xiàn)喘振，導致壓縮機在短時間內(nèi)受到嚴重破壞，造成巨大經(jīng)濟損失，該種情況下離心式壓縮機不及往復式壓縮機表現(xiàn)好；而當需儲存的富余電量過大時，離心壓縮機的流量迅速增加，完全使用離心壓縮機實現(xiàn)所有氣體的增壓也會使得壓縮機系統(tǒng)效率較低。因此，在壓縮空氣儲能系統(tǒng)中，單獨使用離心式壓縮機作為空氣增壓設備并不是最高效的方法。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供適用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)變工況運行的壓縮機聯(lián)合運行系統(tǒng)及方法，本發(fā)明巧妙結(jié)合往復式壓縮機與離心式壓縮機適用的工況特點，在不改變?nèi)魏螇嚎s機結(jié)構(gòu)的情況下，對兩種壓縮機的應用進行了組合，能夠適用于較大裝機容量工況，并能大幅提升變工況條件下壓縮空氣儲能系統(tǒng)中空氣壓縮部分的效率，保障壓縮機的安全穩(wěn)定性，促進整個系統(tǒng)的高效平穩(wěn)運行。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

適用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)變工況運行的壓縮機聯(lián)合運行系統(tǒng)，包括離心式壓縮機、往復式壓縮機、第一電磁三通閥、第二電磁三通閥、儲氣庫、膨脹做功模塊和余熱利用循環(huán)系統(tǒng)；

第一電磁三通閥的第一端口作為進氣口，第一電磁三通閥的第二端口通過第一管路與離心式壓縮機的進氣口連通，第一電磁三通閥的第三端口通過第二管路與往復式壓縮機的進氣口連通，往復式壓縮機的出氣口與儲氣庫入口連通；

第二電磁三通閥的第一端口通過第三管路與離心式壓縮機的出氣口連通，第二電磁三通閥的第二端口通過第四管路與往復式壓縮機的進氣口連通，第二電磁三通閥的第三端口通過第五管路與儲氣庫入口連通；

膨脹做功模塊與儲氣庫出口連通；