[发明专利]基于液体温度控制的等温压缩空气储能发电系统及其方法

说明书

本发明属于压缩空气储能技术领域，尤其涉及一种基于液体温度控制的等温压缩空气储能发电系统及其方法，由内控温液体活塞、水力发电设备、储气罐、低压水池、控温液体源及外部温度调节设施、液体驱动装置和阀门组成；储能时，水力发电设备将电能转化为液体势能，在内控温液体活塞中将气体压缩，产生热量被液体储存，将高压气体送入储气罐中；发电时，在内控温液体活塞中高压气体膨胀做功，从液体中吸收热量，推动水力发电设备发电；将控温液体源内液体替换内控温液体活塞原有液体，控制液体活塞内气体温度；实现控温液体源的液体温度控制，并实现开放式直供运行模式、密闭式直供运行模式、余热利用模式、高效发电模式四种工作模式。

技术领域

本发明属于压缩空气储能技术领域，尤其涉及一种基于液体温度控制的等温压缩空气储能发电系统及其方法。

背景技术

现代电力发展迅猛，储能技术已经成为电网运行过程中的重要组成部分。在各类储能技术中，现阶段可行的大容量储能技术只有抽水蓄能和压缩空气储能两种。其中，抽水蓄能储能技术对地理条件要求苛刻，且对环境破坏严重等等，抽水蓄能的发展和应用受到限制。而压缩空气储能没有诸如此类的问题，有很大的发展前景。但是传统压缩空气储能需要和燃气轮机配合，需要消耗燃料，产生污染。近年来，已有研究将液体活塞应用于压缩空气储能中，解决了压缩空气储能所带来的环境污染问题，但空气缩放多为绝热和自由膨胀过程，效率较低。

国内外现在有液体活塞中，每个活塞腔中由一个单一高压容器组成，无其他控温设计。其弊端在于气体缩放过程多为绝热、自由膨胀过程，使得压缩空气释放能量效率低；并且温度控制能力低，工作模式单一。

发明内容

为了提高压缩空气储能发电效率和温度控制能力，本发明提出了一种基于液体温度控制的等温压缩空气储能发电系统及其方法，系统包括：内控温液体活塞、水力发电设备、储气罐、低压水池、控温液体源及相配套的外部温度调节设施、液体驱动装置和阀门，内控温液体活塞分别与高压气体管道及低压气体管道相连，高压气体管道与储气罐相连，控温液体源通过第二液体驱动装置与内控温液体活塞相连，水力发电设备连接内控温液体活塞、低压水池和电网，低压水池通过第一液体驱动装置与控温液体源相连。

一种基于液体温度控制的等温压缩空气储能系统的储能发电方法包括：

储能时，水力发电设备将电能转化为液体势能，进一步在内控温液体活塞中将气体压缩，产生热量被液体储存，使液体势能转换为气体势能，将高压气体送入储气罐中；

发电时，在内控温液体活塞中高压气体膨胀做功，从液体中吸收热量，将气体势能转换成液体势能进而推动水力发电设备发电；在储能发电过程中内控温液体活塞利用液体比热容大的特点控制气体在缩放时的温度变化；通过液体更换协调方法将控温液体源内液体替换内控温液体活塞原有液体，控制液体活塞内气体温度；通过配套的外部温度调节设施实现控温液体源的液体温度控制方法，有四种工作模式：开放式直供运行模式、密闭式直供运行模式、余热利用模式、高效发电模式。

所述液体更换协调方法与储能发电过程有并行工作和串行工作两种协调运行方式；并行工作是指液体更换与储能发电同时进行，串行工作是指液体更换与储能发电依次分时进行；当内控温液体活塞由单个液体活塞独立构成时，其液体更换协调方法与储能发电过程只有串行工作运行方式，具体过程如下：

储能时，液体活塞内充满气体，在水力发电设备的作用下将低压水池中的液体送入液体活塞中压缩气体使其气压升高，当达到高压气体管道中的气体气压时打开阀门，将压缩气体通过高压气体管道送入储气罐中储存起来，储能过程结束后，将液体活塞内液体在第三液体驱动装置作用下送出到外部液体源，再将通过外部温度调节设施调温至所需温度的控温液体源中液体送入低压水池，或直接将控温液体源作为低压水池运行，进行下一次储能过程；