[发明专利]一种利用CAES过程余热的有机朗肯循环发电装置

说明书

本发明公开了一种利用CAES过程余热的有机朗肯循环发电装置，可有效利用绝热压缩空气膨胀机排气冷能和压缩机剩余压缩热能，该装置包括排气冷能回收器、有机工质泵、有机工质凝汽器、有机工质膨胀机、剩余压缩热能回收器、水泵以及连接管道等部件组成。所述装置运行时刻为绝热压缩空气储能的释能膨胀阶段。所述排气冷能回收器用以回收压缩空气膨胀机的排气冷能，所述剩余压缩热能回收器用以回收水罐中的剩余压缩热，所述有机朗肯循环发电装置用以将回收的热能、冷能转化为电能，提高储能系统往返效率、同时免去了给冷水罐降温的冷水循环。

技术领域

本发明属能量储存、节能技术领域，特别涉及一种利用CAES过程余热的有机朗肯循环发电装置，该有机朗肯循环发电装置同时利用绝热压缩空气膨胀机排气冷能和压缩机剩余压缩热能，可以实现电能的高效存储和利用。在传统的绝热压缩空气储能的基础上，本技术通过热能、冷能的回收提高了系统的储能往返效率以及免去了给冷水罐降温的冷水循环、减少废热水的排放。

背景技术

压缩空气储能系统(CAES)能够实现大容量和长时间电能储存，绝热压缩空气储能是一种不依赖燃料的先进储能系统。在运行过程中会产生大量压缩热，这部分压缩热由于换热器传热温差的限制，不能够完全传递给释能过程的压缩空气，所以会导致储热系统中的储热介质温度上升。这会对系统运行效率产生不利影响，解决方法通常是引入额外的冷却装置，但这会导致系统复杂程度的增加和热能的浪费。同时，由于有限换热温差导致的热量品位的降低，导致释能过程时膨胀机出口空气温度低于大气温度，这会导致一部分冷能的浪费。有机朗肯循环是一种能够利用低温热源将热能转换为机械能的热力循环，尤其是采用非共沸混合工质的有机朗肯循环适合热源冷源温差较小时的运行工况。因此，将绝热压缩空气储能系统中的剩余压缩热(指在释能过程中，水罐中的热量传递给压缩空气之后所剩余的热量)和绝热压缩空气储能系统中空气膨胀机的排气冷能回收利用，再通过有机朗肯循环对外做功、输出电能就成为了一项有前景的技术。

发明内容

针对现有绝热压缩空气储能系统(CAES)，释能过程时膨胀机出口空气温度低于大气温度从而导致部分冷能浪费，以及储能过程所产生大量压缩热，由于换热器传热温差的限制不能够完全传递给释能过程的压缩空气，从而导致储热系统中的储热介质温度上升等对系统运行效率产生不利影响，本发明的目的是利用有机朗肯循环在绝热压缩空气储能系统(CAES)的释能膨胀阶段回收储能系统中的剩余压缩热和排气冷能，通过热能、冷能的回收提高了系统的储能往返效率以及免去了给冷水罐降温的冷水循环、减少废热水的排放，从而实现电能的高效存储和利用。

本发明为实现其技术目的所采取的技术方案为：

一种利用CAES过程余热的有机朗肯循环发电装置，与现有绝热压缩空气储能系统(CAES)配合使用，所述绝热压缩空气储能系统包括压缩空气储罐、空气压缩机和绝热压缩空气膨胀机，所述有机朗肯循环发电装置在运行时可有效利用所述绝热压缩空气膨胀机的排气冷能和所述空气压缩机剩余压缩热，其特征在于：

--所述绝热压缩空气储能系统中，所述空气压缩机产生的高压压缩空气储存在所述压缩空气储罐中，所述空气压缩机运行过程中所产生的压缩热部分存储在一热水罐中；所述压缩空气储罐的出气口通过气体管线经过一换热器的冷侧后与所述绝热压缩空气膨胀机的进气口连通；

--所述有机朗肯循环发电装置包括排气冷能回收器、有机工质泵、有机工质凝汽器、有机工质膨胀机、剩余压缩热能回收器和水泵，其中，

所述排气冷能回收器设置于所述绝热压缩空气储能系统的绝热压缩空气膨胀机后端，所述排气冷能回收器的进气口与所述绝热压缩空气膨胀机的排气管线连通，所述排气冷能回收器的排气口与大气连通，所述排气冷能回收器的顶部设进水口，底部设排水口；所述排气冷能回收器底部的排水口通过管线依次经所述水泵、有机工质凝汽器的冷侧后与所述排气冷能回收器顶部的进水口连通；

所述有机工质膨胀机的排气口通过管线依次经所述有机工质凝汽器的热侧、有机工质泵、剩余压缩热能回收器的冷侧后与所述有机工质膨胀机的进气口连通；