[发明专利]一种采用非稳态压缩流程的压缩空气储能发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及电能储存领域，具体的说涉及一种采用非稳态压缩流程的压缩空气储能发电系统。

背景技术

随着我国电网容量的不断增长，峰谷差不断增大，可再生能源、分布式供能和智能电网的蓬勃发展，对大规模发展储能产业的需求也越来越大。据国家电力调度通信中心统计，我国电网负荷“峰谷差”的幅值逐年增大。在电网中引入储能系统是实现电网调峰的迫切需求。目前已有一些电网由于高峰供电缺额的存在，不得不采取强制性拉闸限电的措施，这不仅阻碍了生产力的发展，而且可能会带来社会问题。

在可再生能源方面，截止到2010年底，我国风力发电总装机容量为44.7GW，太阳能发电总装机容量为0.86GW；到2015年和2020年我国风电总装机容量将分别达到130GW和200GW，太阳能发电总装机将分别达到10GW和50GW。由于新型可再生能源（不包括水电）的间歇性和不稳定性，对大规模储能有重大需求。但是这种可再生能源的发电特性受到自然条件的约束，特点为间歇性发电和不稳定性发电，以风电为例，2012年我国风电机组平均年利用小时设计值为2300h，实际值为1900h，个别地区甚至不足1500h，导致产生大量弃风电。这些问题增加了目前电力系统的复杂性，对于智能电网的建设和电网安全性提出了极大的挑战，需要新技术来解决上述问题。

电力储能系统通过一定介质存储电能，在需要时将所存能量释放发电。发展电力储能系统是可再生能源大规模利用的迫切需要，也是提高常规电力系统效率、安全性和经济性的有效途径，同时还是智能电网和分布式能源系统的关键技术,但由于容量、储能周期、能量密度、充放电效率、寿命、运行费用、环保等原因，迄今已在大规模（如100MW以上）商业系统中运行的储能系统只有抽水电站和压缩空气两种。抽水蓄能电站利用离峰电力将水以势能形式储存，待电力需求增加时，以水的势能推动发电机组发电，实现蓄能。抽水电站具有技术成熟、容量大、储能时间长等优点，但是抽水电站需要特殊的地理条件，选址极其苛刻，初期投资巨大，导致生态和移民问题，限制因素较多。

作为一种能够实现大规模和长时间储存电能的系统，压缩空气储能系统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。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。为了提高系统的电能转化率，压缩储能系统还包括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，用于加热压缩空气。

对于压缩空气储能发电系统，电能转换效率中电能的输入主要部分为压缩机的耗功，提高压缩机的效率，减少压缩过程中的损失是提高压缩空气储能发电系统效率的有效途径。压缩空气储能发电系统中，储气装置的容积为固定值，因此储气的过程是一个变压的过程，但是传统的压缩流程中，压缩机的出口压力设计额定不变，在实际情况中，压缩机的出口压力较高，对于储气装置是一个压力从低到高的过程，中间浪费了相当大的压缩能。

发明内容

本发明的目的是采用一种基于非稳态压缩流程的压缩空气储能发电系统，实现压缩机出口压力排气压力时刻变化，即与储气装置内压力同步增大，通过非稳态的压缩流程，在得到相同状况的压缩空气条件下，可以减少压缩机组消耗的电能，提高系统电能效率。

为了解决上述问题，本发明提供一种采用非稳态压缩流程的压缩空气储能发电系统，所述的系统包括压缩机组，储气装置和透平发电机组；所述压缩机组的出口与所述储气装置的进口连接，为储气装置提供压缩空气；所述压缩机组为储气装置提供压缩空气时，所述压缩机组出口压力随所述储气装置内压力同步变化，减少压缩过程中的压缩功损失，提高压缩机的效率；所述储气装置储存压缩机组压缩的空气，为所述透平发电机组发电提供压缩空气。

优选的，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；所述电机利用剩余电能驱动压缩机压缩空气，所述剩余电能包括低谷电、弃风电、弃水电、弃光电。

优选的，所述压缩机组的压缩流程为非稳态变工况过程，所述压缩机组为储气装置提供压缩空气时，所述压缩机组的出口压力随着所述储气装置内的压力同步升高，所述压缩机组的功率从低到高逐步增加。