[发明专利]以调节储气温度提高储气效率的高压储气装置及调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体压缩及储能技术领域，特别是涉及以调节储气温度提高储气效率的高压储气装置及调节方法。

背景技术

高压气体在工业生产和日常生活中应用广泛，尤其在大型工业生产应用中，需要对大容量的高压气体储罐进行频繁的充放气。同时，一种新兴的储能技术，即压缩空气储能技术，已经开始在全球推广应用。该技术采用空气作为储能介质，空气压缩为储能过程，空气膨胀为释能过程；压缩空气储能系统一般为日循环工作模式，因此在压缩空气储能系统中需要对储气装置进行频繁的充放气循环。

在压缩空气储能系统中，由于透平膨胀机对进气压力有一定的要求，储气室从最高储气压力放气到透平膨胀机最低进气压力时，放气过程结束，因而充气过程也是由该压力开始。记储气室最高和最低储气压力分别为p_h和p_l，并定义储气室储气效率为储气室在压力p_h至压力p_l范围内放气量与储气量之比，即η＝m_out/m_in。

充气过程中，由于进气温度较高，加之充气过程中储气室产生的压缩热效应，充气结束时储气室内的温度T_h将高于充气开始时的温度(环境温度)T₀，根据理想气体状态方程p*M_mol＝ρ*R*T，储气室的充气量m_in为：

m_in＝(ρ_h-ρ₀)*V＝(p_h/T_h-p₀/T₀)*V

储气过程中，储气室内气体通过壁面与环境换热，由于储气过程较长，储气室内最终温度降低至环境温度T₀，同时储气室内压力降低至p₀’，但储气量不变，也即储气密度不变。

放气过程中，由于储气室内压力持续降低，产生膨胀制冷效应，放气结束时储气室内的温度T_l将低于放气开始时的温度T₀，根据理想气体状态方程p*M_mol＝ρ*R*T，储气室的充气量m_out为：

m_out＝(ρ₀-ρ_l)*V＝(p₀/T₀-p_l/T_l)*V

放气结束后，储气室以低压状态静置长时间后再重新充气，此过程中储气室内气体通过壁面与环境换热，储气室内最终温度升高至环境温度T₀，同时储气室内压力升高至p₀，充放气循环完成。

则储气室的储气效率为：

η＝m_out/m_in＝[T₀/T_h*(p_h/p₀)-1]/[1-T₀/T_l*(p_l/p₀)]

对于某一压缩空气储能系统，T₀*p_h/p₀和T₀*p_l/p₀为常数，分别记为C₁和C₂，则储气室储气效率为：

η＝(C₁/T_h-1)/(1-C₂/T_l)

显然，储气效率η在随最高温度T_h降低而增大，且随最低温度T_l升高而增大。

综上所述，充气过程中由于气温上升导致实际充气量减少，而放气过程中由于气温降低又导致实际放气量进一步减少，充放气过程中的温度变化降低了储气装置的充放气循环量，从而影响压缩空气储能系统的储能效率和经济效益。如果能够在储气装置充放气过程中使气腔内的温度保持在稳定范围内，将显著提高储气装置的单位容积循环量，进而提高储能效率和经济效益。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供以调节储气温度提高储气效率的高压储气装置及调节方法，解决高压气体储气装置在充放气过程中温度变化降低了储气装置的充放气循环量的问题。