[发明专利]一种利用压缩热制冷提高压缩空气储能系统效率的方法

说明书

技术领域

本发明属于压缩空气储能系统领域，特别涉及一种利用压缩热制冷提高压缩空气储能系统效率的方法。

背景技术

压缩空气储能系统是在燃气轮机系统的基础之上进行改造而成的。具体工作过程为：在用电低谷时，压缩机利用多余的电能压缩大气环境中的空气，将电能转换为空气的内能并存储在储气室中；在用电高峰时段，压缩空气从储气室内释放出来，通过燃烧室加热升温后进入透平膨胀做功，最终转换为电能。

压缩空气储能系统由于要将环境中的空气压缩到80—200个大气压，因此，为了提高多级压缩机的效率，通常采用多级压缩级间冷却的方法；同时,为了保证储气室的安全稳定，在压缩空气注入储气室前压缩空气被冷却至接近环境温度，即压缩空气的级后冷却。

尽管压缩空气储能系统已经受到了国内外科研人员和相关机构的高度关注，但是到目前为止仍然没有大规模的商业应用，制约其发展的一个关键因素是储能效率较低，例如德国Huntorf电站的效率为42％，美国McIntosh电站效率为54％。造成压缩空气储能系统效率较低的主要原因之一为：在压缩过程中产生了大量的压缩热，而这部分压缩热没有被充分利用而是被排放到了环境之中。

为充分利用压缩过程中产生的热量，提高压缩空气储能系统的效率，最近几年国内外学者分别开展了利用压缩热量取代燃烧室加热压缩空气的先进绝热压缩空气储能系统(Advanced Adiabatic CAES,AA-CAES)以及利用压缩热进行供暖的具有蓄热装置的压缩空气储能系统(CAES combined with Thermal Energy Storage,CAES/TES)和分布式压缩空气储能系统(Distributed CAES,DCAES)等研究，使压缩热得到了基本的利用,压缩空气储能系统效率得到了提高,理论效率可以达到70％。但是，对于AA-CAES系统由于不采用化石燃料热源，使得压缩空气储能系统的能量密度更低，更加凸显了对大型储气室的依赖；对于CAES/TES、DCAES系统，由于对空间供暖的需求，使压缩机级间冷却温度较高，导致压缩机耗功较高，从而导致系统电效率降低。因此，必须找到合理有效的压缩热利用方式，才能使压缩空气储能系统得到更广泛而又有效的利用。

目前，多级压缩机级间和级后冷却过程中所采用的冷却介质为环境温度的水，由于受换热器换热有效系数的限制导致级间被冷却后的压缩空气温度一般在环境温度以上，尤其是在高温干旱地区，级间冷却温度通常为40～50℃，如果能将该温度降低则可以更好的减少多级压缩机的耗功，提高多级压缩机的效率，从而提高压缩空气储能系统的整体性能。

因此，如何利用压缩空气储能系统中压缩热和降低多级压缩机级间和级后冷却温度来提高压缩空气储能系统效率的问题，成为本领域技术人员尤其是高温干旱地区的技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用压缩热制冷提高压缩空气储能系统效率的方法，该方法通过利用压缩空气储能系统储能过程中多级压缩机产生的压缩热制冷来降低多级压缩机级间和级后冷却温度，进而降低多级压缩机的耗功,提高压缩空气储能系统的整体性能；同时多余的冷量可以存储在蓄冷装置中,在用电高峰时进行空间供冷,以减少电能的消耗。

本方法包括以下步骤：

步骤一：冷却介质在多级压缩机级间和级后冷却器内吸收多级压缩机产生的压缩热，使压缩机入口温度以及储气室入口温度降低；

步骤二：吸收压缩热后的冷却介质，将该部分热量输送到吸收式制冷机中，作为吸收式制冷机的驱动热源使吸收式制冷机工作产生冷量；

步骤三：在吸收式制冷机中释放热量后的冷却介质进入换热器，在换热器内被冷却到接近环境温度；

步骤四：从换热器内出来的冷却介质被吸收式制冷机产生的冷量进一步冷却，冷却到环境温度以下，一般冷却到5-10℃；

步骤五：被冷却到环境温度以下的冷却介质进入到压缩空气储能系统中，对多级压缩机进行级间和级后冷却；

所述利用压缩热制冷提高压缩空气储能系统效率的方法基于下述2个子系统实现：压缩空气储能系统、级间和级后冷却系统；其中，

压缩空气储能系统包括多级压缩机、膨胀机组、储气室、燃烧室、级间冷却器、级后冷却器，级间和级后冷却器与级间和级后冷却系统相连；

级间和级后冷却系统包括换热器、吸收式制冷机、流量调节阀、升压泵、蓄冷装置，流量调节阀和升压泵调节进入级间和级后冷却器冷却介质的流量和压力以确保冷却介质在换热器内充分换热以及不被汽化；