[发明专利]一种应用于压缩空气储能发电系统的恒温储气系统

说明书

技术领域

本发明涉及压缩空气储能发电领域，具体地，本发明涉及一种应用于压缩空气储能发电系统的恒温储气系统。

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，世界各国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、飞轮、超级电容、超导储电等，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。与其他储能技术相比，压缩空气储能发电系统具有投资少、运行维护费用低、动态响应快、运行方式灵活、经济性能高、环境污染小、占地面积小的特点，逐渐受到各国的重视。德国、美国、日本、意大利等发达国家均有压缩空气储能电站正在建设过程中。我国大力发展压缩空气储能发电技术在经济，社会和国家安全方面具有重要的战略意义，其可促进我国智能电网相关产业和重大装备制造技术的快速发展。

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，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，带动透平发电机组发电，完成了电能—空气势能—电能的转化。

压缩空气储能发电系统主要由压缩机、储气室、透平膨胀机以及发电机等组成，其中储气室是决定系统容量的关键因素。对于大容量的压缩空气储能发电系统，利用地下的矿洞、盐洞和岩穴可以获得很大的储气空间，例如德国Huntorf电站和美国的McIntosh电站，均采用地下储气的方式。此外，也可以通过采用高压的钢制储罐等方式来实现储气，这种储气方式比较灵活，使系统摆脱了对地质条件的依赖，大大拓展了压缩空气储能发电系统的应用范围。当采用储罐来实现储气时，可以通过提高储罐中空气的压力来增大储能密度，储罐中的空气压力可以达到20MPa以上，远远高于地下储气的压力。

在通过提高储罐中的压力来提高储能密度的同时，也带来了新的问题：

1、在压缩空气储能发电系统的储能过程中，压缩机将空气压缩至高压，然后将高压的的空气充入储气储罐中，从而完成由电能向空气势能的转变和存储。随着储罐充气过程的进行，储罐中空气的温度会不断的上升，以100m³的钢制储罐充气过程为例，其内部空气的压力由3MPa升高至10MPa，若其为绝热充气过程即钢制储罐与空气不进行换热，充气完成时储罐中空气的温度将由充气开始时的40℃升高至充气结束时的118℃。储气温度的升高会带来多方面消极的影响：首先，由于储罐中空气温度的升高，导致同等压力下空气的密度减小，从而造成储能密度的降低；其次，储罐中高压空气温度的升高，会引起储罐安全的问题，为达到相同的安全标准，或者采用耐温程度更高的材料，或者提高储罐的安全系数（例如增加储罐的壁厚等），从而造成系统成本的升高。

2、在压缩空气储能发电系统的释能过程中，存储在高压储罐中的空气驱动透平膨胀机，带动发电对外输出电能，从而完成由空气势能向电能的转变。随着储罐放气过程的进行，储罐中空气的温度将不断的降低，以100m³的钢制储罐放气过程为例，其内部空气的压力由10MPa降低至3MPa，若其为绝热放气过程即钢制储罐与空气不进行换热，放气完成时储罐中空气的温度将由放气开始时的40℃降低至放气结束时的-52℃。放气过程中储罐中空气温度的降低会带来多方面消极的影响：首先，由于储罐中空气温度的降低，导致空气焓值的减小，降低了空气的做功能力，从而引起系统储能效率的下降；其次，储罐中空气温度的降低，会引起储罐安全的问题，为达到相同的安全标准，或者采用耐温程度更低的材料，或者提高储罐的安全系数（例如增加储罐的壁厚等），从而造成系统成本的升高。

当采用地下洞穴的储气方式时，虽然温度波动不会对储气室产生安全性的影响，但也存在因温度的升高或降低对系统储能效率的影响。由于地下洞穴的储气容量较大，较小的温度波动就对系统的效率产生明显的影响，因而有必要开发恒温储气系统来提高系统效率。

发明内容

本发明的目的是针对压缩空气储能发电系统在储气过程中存在的储气室内空气温度波动问题，提供一种恒温系统，可以实现储气室的恒温充放气过程，从而提高系统的整体效率和安全性，并降低建造成本。

本发明的应用于压缩空气储能发电系统的恒温储气系统，包括储气装置1，其中，还包括设置在储气装置1内的蓄热装置2；