[发明专利]一种以空气及水为储能工质的联合储能系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于大型电能物理储能领域，特别涉及一种以压缩空气储能技术为基础，结合利用水蓄能/释能的方式实现大规模、高效的联合储能系统。

背景技术

从目前的科技发展水平来看，压缩空气储能技术(CAES)和抽水蓄能技术是能够实现电能大规模储存仅有的两种技术。压缩空气储能技术在国外已有30年以上的应用和发展历史，今天仍在安全运行。代表电站有美国的阿拉巴马州电力公司在麦金托什(McIntosh)地区兴建的压缩空气储能电站和德国的Huntorf压缩空气储能电站。

根据国外压缩空气储能电站热力系统的技术特点和发展历史，其以燃气轮机技术为基础。主要原理是利用电厂的富余电力将空气进行压缩并存储在地下储气室中，当需要时再将高压空气释放，利用透平对外做功。现有压缩空气储能系统一般需要补燃，或者虽可以不补燃，但需利用压缩空气在常温常压状态下膨胀到低温(-150℃左右)，这使得系统的总能量转换效率低、经济性差、响应时间慢。

抽水蓄能技术具有转换效率高、响应时间快等特点，但对地上地理环境选址要求苛刻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以空气及水为储能工质的联合储能系统及方法，以解决传统压缩空气储能响应时间慢、电能转化效率低的问题；本发明以压缩空气储能技术为基础，结合利用水蓄能/释能的方式实现大规模、高效的联合储能；本发明实现了对能量的分类利用，且不要补燃、无污染。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以空气及水为储能工质的联合储能系统，包括空气压缩储能单元、空气膨胀释能单元、水储能单元、水释能单元、释能逻辑判断单元和热储存循环回路；

空气压缩储能单元包括压缩机组和驱动压缩机组的压缩机组电机；压缩机组的出口连接地下大型高压储气矿洞；

空气膨胀释能单元包括膨胀机组和连接膨胀机组的膨胀机组发电机；

水储能单元包括水泵机组、水泵机组电机和储水矿洞侧开关阀门，其中，水泵机组的进口通过储水矿洞侧开关阀门与大型地下常压储水矿洞下部连通，水泵机组的出口通过管路与大型地下高压气、水共储矿洞上部连通；水泵机组连接水泵机组电机；

水释能单元包括水轮机机组、水轮机机组发电机和气、水共储矿洞侧开关阀门，其中，水轮机机组的进口通过管路和气、水共储矿洞侧开关阀门与大型地下高压气、水共储矿洞下部连通，水轮机机组的出口通过管路与地下大型地下常压储水矿洞上部连通；水轮机机组连接水轮机机组发电机；

释能逻辑判断单元包括逻辑判断控制器、逻辑联动气路阀门和逻辑联动水路阀门；逻辑联动气路阀门通过管道连接地下大型高压储气矿洞和膨胀机组；逻辑联动水路阀门通过管道连接地下大型高压储气矿洞和大型地下高压气、水共储矿洞；逻辑判断控制器连接地下大型高压储气矿洞的压力-电信号变送器、逻辑联动气路阀门和逻辑联动水路阀门；逻辑判断控制器用于根据设定的切换压力值与地下大型高压储气矿洞内的压力值进行逻辑判断，控制逻辑联动气路阀门和逻辑联动水路阀门开合；

热储存循环回路，用于存储空气压缩储能单元压缩空气时产生的热量，并在空气膨胀释能单元工作时，释放能量加热驱动空气膨胀释能单元工作的空气。

进一步的，热储存循环回路包括低压级冷却器、中压级冷却器、高压级冷却器、低压级换热器、中压级换热器、高压级换热器、相变蓄热器和循环泵；相变蓄热器中载热介质由冷端出口经管道及第四阀门进入循环泵，再经第五阀门后分别通过低压级冷却器、中压级冷却器、高压级冷却器的冷流体侧后经管路及第二单向阀回流至相变蓄热器的热端入口并将压缩热进行存储，相变蓄热器中的载热介质由热端出口经管路及第三阀门通过循环泵输送，经第六阀门后分别通入低压级换热器、中压级换热器、高压级换热器的热流体侧后经管路及第三单向阀进入相变蓄热器冷端入口。

进一步的，压缩机组包括依次串联的低压级压缩机、中压级压缩机和高压级压缩机；低压级压缩机的进气口通过管路与大气连通，低压级压缩机产生的中压气体通过低压级冷却器换热后，经气体管路通入中压级压缩机的进气口；中压级压缩机产生的中压气体穿过中压级冷却器换热后，经气体管路通入高压级压缩机的进气口；高压级压缩机产生的高压气体穿过高压级冷却器换热后，经气体管路及第一阀门通入地下大型高压储气矿洞储存。