[发明专利]回热式压缩空气储能系统

说明书

技术领域

本发明涉及电能储存领域，具体的说涉及一种回热式压缩空气储能系统。

背景技术

目前，电力科学中最大的问题是电能的工程化储存，需要寻找一种经济可行的、无污染的存储技术。为解决电能大规模存储问题，耗费了巨大的人力和财力，开发了各种各样的储能方式，蓄电池组、机械飞轮、超级电容器堆、超导磁储电等等，终因效率不高，寿命短，存取不便，蓄能容量偏小，投资成本大等，难以运作。目前已经广泛采用的是抽水蓄能方式，根据2008年的数据，抽水蓄能在国际储能市场中容量最大，占总装机容量的99%；排名第二的是压缩空气储能，占0.5%；剩下包括各种电池在内的所有其他形式占0.5%。除了抽水蓄能的“霸主”地位无法撼动，最有希望实现大幅增长的就是压缩空气储能。

抽水蓄能电站的建站地理条件要求苛刻，上水库建在面积较大的山顶上，高度、面积、地质结构要求严格，下水库占地面积也大，并且水源、道路交通都有特定要求；投资大，建设周期长，例如装机容量180万KW，投资额65～90亿元，建设周期6～8年；需要占用大片的土地，并造成生态环境的破坏，以180万kW为例，建站占地4000～5000亩，工程量包括上下两个水库、引水管、导流管、盘山公路、引水渠等；电站的运行还存在一定的风险，地震、滑坡、暴风雨、泥石流、岩石风化、坝体开裂、热胀冷缩破裂等都会带来致命的危险。

而压缩空气储能无特定地理要求，山洞、山脚、荒滩、废矿井，甚至海滩、海底都可以，储气库深埋地下，几乎不占用土地，也可以采用钢制的高压储罐作为高压气体的存储空间；压缩空气采用自然界的大气作为工质，吸气和排气都在环境大气中进行，不会带来污染和生态问题，是一种真正能够实现零排放环境友好的储能方式。

压缩空气储能系统是一种新型蓄能蓄电技术。1978年，德国建成世界第一座示范性压缩空气蓄能电站，紧跟其后的是美国、日本和以色列。压缩空气储能发电系统的工作原理与抽水蓄能相类似，当电力系统的用电处于低谷时，系统储能，利用系统中的富余电量，压缩机驱动空气压缩机以压缩空气，把能量以压缩空气的形式储存在储气装置中；当电力系统用电负荷达到高峰发电量不足时，系统释能，储气装置将储气空间内的压缩空气释放出来，带动发电机发电，完成了电能—空气势能—电能的转化。

为了提高电能的转化率，压缩储能系统还包括冷却器、储热装置和回热器组成的回热系统，在储能过程中，将压缩机压缩空气产生的热能回收并储存；在系统释能的过程中，回收的热能用于加热压缩空气。储能系统完成了电能—空气势能和热能—电能的转化，现有技术回收压缩空气产生的热能采用高温导热油、相变工质以及其他固体储热形式，存在成本高、储热效果差和会污染环境的问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供成本低、储热效果好的回热系统回收利用压缩过程中压缩机产生的热量，提高系统的整体效率。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供回热式压缩空气储能系统，其包括：压缩机组、储气装置、透平发电机组和回热系统；所述储气装置的进口与所述压缩机组出口连接，储存压缩机组压缩的空气；所述储气装置的出口与所述透平发电机组连接，为所述透平发电机组发电提供压缩空气；所述回热系统包括冷却器、储热装置、回热器、冷却介质储存器和加压系统，冷却介质储存器、冷却器、储热装置和回热器依次连接，所述回热器的出口与冷却介质储存器连接；所述冷却介质储存器储存低温冷却介质；所述冷却器设在所述储气装置上游，冷却器利用所述低温冷却介质至少部分回收所述压缩机组压缩空气产生的热；所述储热装置储存高温冷却介质；所述回热器设在所述储气装置下游，回热器利用所述高温冷却介质加热所述储气装置释放的压缩空气；所述加压系统与所述储热装置连接，为所述储热装置加压。

其中，所述加压系统还与所述冷却介质储存器连接，为所述冷却介质储存器加压。

其中，所述冷却介质为水。

其中，所述压缩机组包括压缩机和电机，所述压缩机的进口与大气连接，其出口与所述储气装置连接；所述电机利用电能驱动所述压缩机压缩空气。

其中，所述的压缩机组设有压缩机控制系统，实现变工况运转。

其中，所述透平发电机组包括空气膨胀透平和发电机，所述空气膨胀透平进口与所述储气装置连接；空气膨胀透平利用加热的压缩空气驱动所述发电机发电。

其中，所述的透平发电机组设有透平控制系统，实现稳定工况运转。

其中，所述储热装置的压力为0.1~3MPa。