[发明专利]一种压缩空气储能系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力储能利用领域，特别涉及一种压缩空气储能系统。

背景技术

当今世界电力负荷的不均衡日趋突出，电网的峰谷差也逐渐拉大，同时人们对电网供电质量的要求也越来越高，因此迫切需要经济、稳定、可靠、高效的电力储能系统与之相配套以缓解系统负荷峰谷差过大的情况。电力储能系统也是提高风电、太阳能发电等可再生能源利用率的有效手段。此外，电力储能系统还是解决分布式能源系统容量小、负荷波动大等问题的关键技术。

压缩空气储能系统是一种公认的具有很大发展潜力的大规模电力储能技术。传统压缩空气储能系统是一种基于燃气轮机的调峰电站，利用低谷电驱动压缩机将高压气体存入储气室中，在用电高峰将高压气体从储气室释放，进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧，然后驱动透平发电；其压缩空气储能系统具有储能密度较大、储能周期长、效率较高和单位投资相对较小等优点。然而，传统压缩空气储能系统依然依赖燃烧化石燃料提供热源，不符合绿色能源发展要求；同时，传统压缩空气储能系统也需要特定的地理条件建造大型储气室，如岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等，从而大大限制了传统压缩空气储能系统的应用范围。

随着分布式能量系统的发展以及减小储气室容积和提高储气压力的需要，微小型压缩空气储能系统已成为人们关注的热点。微小型压缩空气储能系统利用地面上高压容器储存压缩空气，突破了对储气洞穴的依赖，具有更大的灵活性，适用于分布式供能、小型电网等，用于电力需求侧管理、无间断电源等，同时也可以建于风电场、太阳能电场等所有可再生能源附近，调节稳定可再生能源电力的供应等。

微小型压缩空气储能系统中储存的高压空气的放气膨胀做功过程是储能系统的关键过程。传统压缩空气储能系统中，常用的做法是将储气室中的高压气体减压至某一恒定的压力，作为透平机组的进气压力，以保证透平机组的稳定运行；但是，实际操作时，由于储气室的压力始终在一定范围内波动，而储气室所直接连接的又必然是最高启动压力的透平机组，即使整个气体膨胀过程结束，储气室内仍然还存有相当高压力的气体，其气体驱动上述最高启动压力的透平机组却又尚显不足，从而导致储气室内的高压气体始终不能得到完全利用，最终导致能源浪费现象。

发明内容

本发明的目的即为克服上述现有技术的不足，提供一种适于实用的压缩空气储能系统，以解决目前对于储气室内高压气体利用不足的问题，其工作可靠稳定而效率高。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种压缩空气储能系统，包括储气部件以及分别连通储气部件进、出气口处的充能单元和释能单元，所述充能单元至少包括电动机及与之构成传动配合的空气压缩机，释能单元至少包括压力膨胀机及与之构成传动配合的发电机，所述空气经由空气压缩机压缩后存储至储气部件，并可由储气部件输入至压力膨胀机处释压做功以驱动发电机工作；所述释能单元以每个彼此配合的压力膨胀机和发电机为一组形成多组串接的多级膨胀构造，且各级压力膨胀机的气体膨胀压力为由储气部件出气口处起沿其管路串联路径由高至低顺序排列；以上述管路串联路径处最靠近储气部件出气口的压力膨胀机为第一级压力膨胀机，所述压缩空气储能系统还包括直接跨接于储气部件出气口与第二级及之后的压力膨胀机进气口之间的分支管路，所述分支管路及管路串联路径上均相应设置有用于控制相应管路启闭的开关部件。

所述储气部件为储气罐，开关部件为开关控制阀，所述开关部件布置于分支管路上、储气部件与第一级的压力膨胀机之间乃至各级压力膨胀机之间。

所述各级压力膨胀机（进气口处还相应设置有用于恒定其内压力的节流阀。

所述各级压力膨胀机进气口处均布置有用于加热管路内气体的加热器。

所述分支管路一端连接于第一级的压力膨胀机进气口与储气部件出气口处的加热器间，另一端顺延并连通相应级压力膨胀机的加热器进气口处。

所述释能单元为二级膨胀机构，包括彼此配合的高压膨胀机和第一发电机，以及彼此配合的低压膨胀机和第二发电机，所述开关部件包括第一、第二、第三开关控制阀，节流阀包括第一、第二节流阀，加热器包括布置于储气部件出气口的第一加热器和布置于低压膨胀机进气口的第二加热器，所述第一开关控制阀处于管路串联路径上的分支管路临近储气部件出气口所在端与第一级压力膨胀机进气口间的一段管路处，第二开关控制阀位于高压膨胀机出气口与低压膨胀机进气口之间的一段，第一节流阀布置于第一加热器与储气部件进气口间的一段管路串联路径上，第二节流阀和第三开关控制阀于分支管路上顺序布置。

本发明的主要优点在于：