專利名稱：一種壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是一種利用三位四通閥實(shí)現(xiàn)透平機(jī)械優(yōu)化配置的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。然而，由于世界各國(guó)對(duì)于燃料利用、環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者展開(kāi)了對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)。其中，利用熱存儲(chǔ)器的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是目前儲(chǔ)能技術(shù)中較為先進(jìn)的一種儲(chǔ)能方式，其最核心的技術(shù)是利用儲(chǔ)熱器替代燃燒室，通過(guò)儲(chǔ)熱器收集空氣壓縮過(guò)程的過(guò)程熱，并在系統(tǒng)做功階段加熱低溫高壓的壓縮空氣，增加透平機(jī)的輸出功。雖然利用熱存儲(chǔ)器的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)更好地利用了能量，并且對(duì)環(huán)境友好，但該系統(tǒng)的變工況應(yīng)用特性較差。這是由于壓縮空氣儲(chǔ)能是一種大規(guī)模的儲(chǔ)能方法，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)確定了儲(chǔ)氣室的壓力情況、儲(chǔ)能量的大小、透平機(jī)械的型號(hào)與連接方式等問(wèn)題， 這使得系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況附近工作時(shí)，有最佳的工作效率，而當(dāng)儲(chǔ)能要求偏離設(shè)計(jì)工況較大時(shí)，由于無(wú)法改變?cè)械南到y(tǒng)配置，尤其是壓氣機(jī)和透平機(jī)的連接方式，壓氣機(jī)和透平機(jī)的效率不高，系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率會(huì)降低。因此，針對(duì)利用熱存儲(chǔ)器的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的靈活性較差的問(wèn)題，尤其是壓氣機(jī)和透平機(jī)在不同工況下的優(yōu)化配置問(wèn)題，必須找到合理的解決方法，才能使壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)得到更廣泛而又有效的利用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用三位四通閥的變通路特性，解決壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中透平機(jī)械的優(yōu)化配置問(wèn)題，有利于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)與各種類型電站的配套使用。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括電動(dòng)機(jī)(1 )，至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2)，至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)，至少一個(gè)低壓級(jí)冷卻器(4)，至少一個(gè)高壓級(jí)冷卻器(5)，儲(chǔ)氣室(7)，熱存儲(chǔ)器(8)，至少一個(gè)透平機(jī)(9)，發(fā)電機(jī)(10)，至少一個(gè)換熱器(11)，冷卻介質(zhì)供應(yīng)源(12)，其特征在于
電動(dòng)機(jī)(1)與所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2)和所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的共有傳動(dòng)軸固接，發(fā)電機(jī)(10)與所述至少一個(gè)透平機(jī)(9)的傳動(dòng)軸固接；
所述至少一個(gè)低壓級(jí)冷卻器(4)和所述至少一個(gè)高壓級(jí)冷卻器(5)的熱側(cè)進(jìn)口分別與所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2)和所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的出氣口相連通，熱側(cè)出口與儲(chǔ)氣室(7)的進(jìn)口相連通；所述至少一個(gè)低壓級(jí)冷卻器(4)和所述至少一個(gè)高壓級(jí)冷卻器(5)的冷側(cè)進(jìn)口與冷卻介質(zhì)供應(yīng)源(12)的出口相連通，冷側(cè)出口與熱存儲(chǔ)器(8)的進(jìn)口相連通；所述至少一個(gè)換熱器(11)的冷側(cè)進(jìn)口與儲(chǔ)氣室(7)的出口相連通，冷側(cè)出口與所述至少一個(gè)透平機(jī)(9)的進(jìn)氣口相連通；所述至少一個(gè)換熱器(11)的熱側(cè)進(jìn)口與熱存儲(chǔ)器(8) 的出口相連通，熱側(cè)出口與冷卻介質(zhì)供應(yīng)源(12 )的進(jìn)口相連通。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括至少一個(gè)三位四通閥(6)，所述至少一個(gè)三位四通閥(6) 的兩個(gè)進(jìn)口分別與進(jìn)口空氣管道和所述至少一個(gè)低壓級(jí)冷卻器(4)的熱側(cè)出口相連通，所述至少一個(gè)三位四通閥(6)的兩個(gè)出口分別與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的進(jìn)氣口和儲(chǔ)氣室(7)的進(jìn)口相連通；
儲(chǔ)能階段，當(dāng)儲(chǔ)氣室(7)壓力較低時(shí)，所述至少一個(gè)三位四通閥(6)處于通路狀態(tài)，進(jìn)口空氣管道與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的進(jìn)氣口相通，所述至少一個(gè)低壓級(jí)冷卻器 (4)的熱側(cè)出口與儲(chǔ)氣室(7)相通，進(jìn)口空氣管道中的空氣同時(shí)進(jìn)入所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2 )與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3 )中，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2 )與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3 )的排氣同時(shí)進(jìn)入儲(chǔ)氣室(7 )，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2 )與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)處于并聯(lián)狀態(tài)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單級(jí)壓縮；
當(dāng)儲(chǔ)氣室(7)壓力升至單級(jí)壓縮出口壓力上限時(shí)，單級(jí)壓縮無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，所述至少一個(gè)三位四通閥(6)由通路狀態(tài)變?yōu)閁型狀態(tài)，使所述至少一個(gè)三位四通閥(6)與進(jìn)口空氣管道相通的進(jìn)口封閉，所述至少一個(gè)三位四通閥(6)與儲(chǔ)氣室(7)的進(jìn)口相通的出口封閉，同時(shí)所述至少一個(gè)低壓級(jí)冷卻器(4)的熱側(cè)出口與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的進(jìn)氣口相通，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2)的出口空氣成為所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的進(jìn)氣，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)壓縮；
做功階段，儲(chǔ)氣室(7)內(nèi)低溫高壓的壓縮空氣進(jìn)入所述至少一個(gè)換熱器(11)的冷側(cè)， 同時(shí)熱存儲(chǔ)器(8)中溫度較高的冷卻介質(zhì)進(jìn)入所述至少一個(gè)換熱器(11)的熱側(cè)；壓縮空氣吸收熱量后進(jìn)入所述至少一個(gè)透平機(jī)(9 )中，所述至少一個(gè)透平機(jī)(9 )做功，乏氣由所述至少一個(gè)透平機(jī)(9)的出口排出，降溫后的冷卻介質(zhì)進(jìn)入冷卻介質(zhì)供應(yīng)源(12)存儲(chǔ)。優(yōu)選的，所述三位四通閥(6 )為手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電磁動(dòng)、液動(dòng)或電液動(dòng)操縱控制方式。優(yōu)選的，所述三位四通閥(6)為滑閥式、轉(zhuǎn)閥式或球閥式結(jié)構(gòu)形式。優(yōu)選的，在與冷卻介質(zhì)供應(yīng)源(12)和/或熱存儲(chǔ)器(8)相通的管路中設(shè)置有動(dòng)力泵。優(yōu)選的，所述冷卻介質(zhì)為水或熔融鹽，所述熱存儲(chǔ)器(8)材料為巖石、陶瓷、混凝土或鑄鐵。優(yōu)選的，電動(dòng)機(jī)(1)電力來(lái)源為電網(wǎng)、風(fēng)力發(fā)電或太陽(yáng)能發(fā)電。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題還提供了另外一種技術(shù)方案 一種壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(1)，電動(dòng)機(jī)(2)，至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)
(3)，至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)，熱存儲(chǔ)器(6)，儲(chǔ)氣室(7)，至少一個(gè)透平機(jī)(8)，發(fā)電機(jī) (9)，回?zé)崞?10)，其特征在于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(1)與電動(dòng)機(jī)(2)相連，電動(dòng)機(jī)(2)與所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3)和所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)的共有傳動(dòng)軸固接，發(fā)電機(jī)(9) 與所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)的傳動(dòng)軸固接；熱存儲(chǔ)器(6)的熱側(cè)進(jìn)口與所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3 )和所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4 )的出氣口相連通，熱存儲(chǔ)器(6 )熱側(cè)出口與儲(chǔ)氣室(7)的進(jìn)口相連通；回?zé)崞?10)的冷側(cè)進(jìn)口與儲(chǔ)氣室(7)的出口相連通，冷側(cè)出口與熱存儲(chǔ)器(6)的冷側(cè)進(jìn)口相連通；所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)的進(jìn)氣口與熱存儲(chǔ)器(6)的冷側(cè)出口相連通，所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)的出氣口與回?zé)崞?10)的熱側(cè)進(jìn)口相連通。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括至少一個(gè)三位四通閥(5)，所述至少一個(gè)三位四通閥(5) 的兩個(gè)進(jìn)口分別與進(jìn)口空氣管道和所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的出氣口相連通，所述至少一個(gè)三位四通閥(5)的兩個(gè)出口分別與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)的進(jìn)氣口和熱存儲(chǔ)器(6)的熱側(cè)進(jìn)口相連通；
儲(chǔ)能階段，當(dāng)儲(chǔ)氣室(7)壓力較低時(shí)，所述至少一個(gè)三位四通閥(5)處于通路狀態(tài)，進(jìn)口空氣管道與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)的進(jìn)氣口相通，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)
(3)的出氣口與熱存儲(chǔ)器(6)的熱側(cè)進(jìn)口相通，進(jìn)口空氣管道中的空氣同時(shí)進(jìn)入所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3 )與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4 )中，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3 ) 與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)的排氣同時(shí)進(jìn)入熱存儲(chǔ)器(6)中放熱降溫，之后進(jìn)入儲(chǔ)氣室(7)中存儲(chǔ)，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3)與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)處于并聯(lián)狀態(tài)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單級(jí)壓縮；
當(dāng)儲(chǔ)氣室(7)壓力升至單級(jí)壓縮出口壓力上限時(shí)，單級(jí)壓縮無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，所述至少一個(gè)三位四通閥(5)由通路狀態(tài)變?yōu)閁型狀態(tài)，使所述至少一個(gè)三位四通閥(5)與進(jìn)口空氣管道相通的進(jìn)口封閉，所述至少一個(gè)三位四通閥(5)與熱存儲(chǔ)器(6)的熱側(cè)進(jìn)口相通的出口封閉，同時(shí)所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的出氣口與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)的進(jìn)氣口相通，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的出口空氣成為所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)
(4)的進(jìn)氣，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)壓縮；
做功階段，儲(chǔ)氣室(7)內(nèi)低溫高壓的壓縮空氣進(jìn)入回?zé)崞?10)的冷側(cè)，與熱側(cè)中所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)的乏氣進(jìn)行熱量交換，升溫后進(jìn)入熱存儲(chǔ)器(6)的冷側(cè)，吸收熱存儲(chǔ)器 (6)中存儲(chǔ)的熱量及熱存儲(chǔ)器熱側(cè)中高溫空氣的熱量；升溫后的壓縮空氣進(jìn)入所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)中，所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)做功，乏氣由所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)的出口排出，經(jīng)過(guò)回?zé)崞?10)降溫后排入大氣。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)整體的靈活性提高，可根據(jù)儲(chǔ)能與發(fā)電的需要，利用三位四通閥的變通路特性，改變空氣在系統(tǒng)中的流動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)透平機(jī)械的優(yōu)化配置，提高系統(tǒng)整體的工作效率。
圖1為本發(fā)明圖2為本發(fā)明圖3為本發(fā)明
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。實(shí)施例一
如圖ι所示，一種壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括電動(dòng)機(jī)1，低壓級(jí)壓氣機(jī)2，高壓級(jí)壓氣機(jī) 3，低壓級(jí)冷卻器4，高壓級(jí)冷卻器5，儲(chǔ)氣室7，熱存儲(chǔ)器8，至少一個(gè)透平機(jī)9，發(fā)電機(jī)10，至
“實(shí)施例一”的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖。 “實(shí)施例二”的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖。 “實(shí)施例三”的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖。少一個(gè)換熱器11，冷卻介質(zhì)供應(yīng)源12，電動(dòng)機(jī)1與低壓級(jí)壓氣機(jī)2和高壓級(jí)壓氣機(jī)3的共有傳動(dòng)軸固接，發(fā)電機(jī)10與透平機(jī)9的傳動(dòng)軸固接；低壓級(jí)冷卻器4和高壓級(jí)冷卻器5的熱側(cè)進(jìn)口分別與低壓級(jí)壓氣機(jī)2和高壓級(jí)壓氣機(jī)3的出氣口相連通，熱側(cè)出口與儲(chǔ)氣室7 的進(jìn)口相連通；低壓級(jí)冷卻器4和高壓級(jí)冷卻器5的冷側(cè)進(jìn)口與冷卻介質(zhì)供應(yīng)源12的出口相連通，冷側(cè)出口與熱存儲(chǔ)器8的進(jìn)口相連通；換熱器11的冷側(cè)進(jìn)口與儲(chǔ)氣室7的出口相連通，冷側(cè)出口與透平機(jī)9的進(jìn)氣口相連通；換熱器11的熱側(cè)進(jìn)口與熱存儲(chǔ)器8的出口相連通，熱側(cè)出口與冷卻介質(zhì)供應(yīng)源12的進(jìn)口相連通。所述系統(tǒng)還包括至少一個(gè)三位四通閥6，它的兩個(gè)進(jìn)口分別與進(jìn)口空氣管道和低壓級(jí)冷卻器4的熱側(cè)出口相連通，三位四通閥6的兩個(gè)出口分別與高壓級(jí)壓氣機(jī)3的進(jìn)氣口和儲(chǔ)氣室7的進(jìn)口相連通；儲(chǔ)能階段，當(dāng)儲(chǔ)氣室7壓力較低時(shí)，三位四通閥6處于通路狀態(tài)，進(jìn)口空氣管道與高壓級(jí)壓氣機(jī)3的進(jìn)氣口相通，低壓級(jí)冷卻器4的熱側(cè)出口與儲(chǔ)氣室7 相通，進(jìn)口空氣管道中的空氣同時(shí)進(jìn)入低壓級(jí)壓氣機(jī)2與高壓級(jí)壓氣機(jī)3中，低壓級(jí)壓氣機(jī) 2與高壓級(jí)壓氣機(jī)3的排氣同時(shí)進(jìn)入儲(chǔ)氣室7，低壓級(jí)壓氣機(jī)2與高壓級(jí)壓氣機(jī)3處于并聯(lián)狀態(tài)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單級(jí)壓縮；當(dāng)儲(chǔ)氣室7壓力升至單級(jí)壓縮出口壓力上限時(shí)，單級(jí)壓縮無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，三位四通閥6由通路狀態(tài)變?yōu)閁型狀態(tài)，使三位四通閥6與進(jìn)口空氣管道相通的進(jìn)口封閉，三位四通閥6與儲(chǔ)氣室7的進(jìn)口相通的出口封閉，同時(shí)低壓級(jí)冷卻器4的熱側(cè)出口與高壓級(jí)壓氣機(jī)3的進(jìn)氣口相通，低壓級(jí)壓氣機(jī)2的出口空氣成為高壓級(jí)壓氣機(jī)3的進(jìn)氣， 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)壓縮；做功階段，儲(chǔ)氣室7內(nèi)低溫高壓的壓縮空氣進(jìn)入換熱器11的冷側(cè)，同時(shí)熱存儲(chǔ)器8中溫度較高的冷卻介質(zhì)進(jìn)入換熱器11的熱側(cè)；壓縮空氣吸收熱量后進(jìn)入透平機(jī) 9中，透平機(jī)9做功，乏氣由透平機(jī)9的出口排出，降溫后的冷卻介質(zhì)進(jìn)入冷卻介質(zhì)供應(yīng)源 12存儲(chǔ)。實(shí)施例二
圖2為本發(fā)明“實(shí)施例二”的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖。該壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)1，低壓級(jí)壓氣機(jī)2，中壓級(jí)壓氣機(jī)3，高壓級(jí)壓氣機(jī)4，低壓級(jí)冷卻器5，中壓級(jí)冷卻器 6，高壓級(jí)冷卻器7，三位四通閥I 8，三位四通閥II 9，儲(chǔ)氣室10，熱存儲(chǔ)器11，高壓級(jí)透平機(jī) 12，中壓級(jí)透平機(jī)13，低壓級(jí)透平機(jī)14，發(fā)電機(jī)15，高壓級(jí)換熱器16，中壓級(jí)換熱器17，低壓級(jí)換熱器18，三位四通閥III 19，三位四通閥IV 20，冷卻介質(zhì)供應(yīng)源21，動(dòng)力泵I 22，動(dòng)力泵II 23。本實(shí)施例同實(shí)施例一的區(qū)別在于儲(chǔ)能階段采用三級(jí)壓縮，膨脹階段采用三級(jí)膨脹，系統(tǒng)中共有四個(gè)三位四通閥，兩個(gè)用于儲(chǔ)能階段，兩個(gè)用于膨脹階段。此外，在熱存儲(chǔ)器 11與冷卻介質(zhì)供應(yīng)源21出口處分別設(shè)置了動(dòng)力泵I 22與動(dòng)力泵II 23，以保證過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。 實(shí)施例三
圖3為本發(fā)明“實(shí)施例三”的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖。一種壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1，電動(dòng)機(jī)2，低壓級(jí)壓氣機(jī)3，高壓級(jí)壓氣機(jī)4，熱存儲(chǔ)器6，儲(chǔ)氣室7，透平機(jī) 8，發(fā)電機(jī)9，回?zé)崞?0，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1與電動(dòng)機(jī)2相連，電動(dòng)機(jī)2與低壓級(jí)壓氣機(jī)3和高壓級(jí)壓氣機(jī)4的共有傳動(dòng)軸固接，發(fā)電機(jī)9與透平機(jī)8的傳動(dòng)軸固接；熱存儲(chǔ)器6的熱側(cè)進(jìn)口與低壓級(jí)壓氣機(jī)3和高壓級(jí)壓氣機(jī)4的出氣口相連通，熱存儲(chǔ)器6熱側(cè)出口與儲(chǔ)氣室7 的進(jìn)口相連通；回?zé)崞?0的冷側(cè)進(jìn)口與儲(chǔ)氣室7的出口相連通，冷側(cè)出口與熱存儲(chǔ)器6的冷側(cè)進(jìn)口相連通；透平機(jī)8的進(jìn)氣口與熱存儲(chǔ)器6的冷側(cè)出口相連通，透平機(jī)8的出氣口與回?zé)崞?0的熱側(cè)進(jìn)口相連通。
所述系統(tǒng)還包括三位四通閥5，它的兩個(gè)進(jìn)口分別與進(jìn)口空氣管道和低壓級(jí)壓氣機(jī)3的出氣口相連通，三位四通閥5的兩個(gè)出口分別與高壓級(jí)壓氣機(jī)4的進(jìn)氣口和熱存儲(chǔ)器6的熱側(cè)進(jìn)口相連通；儲(chǔ)能階段，當(dāng)儲(chǔ)氣室7壓力較低時(shí)，三位四通閥5處于通路狀態(tài)，進(jìn)口空氣管道與高壓級(jí)壓氣機(jī)4的進(jìn)氣口相通，低壓級(jí)壓氣機(jī)3的出氣口與熱存儲(chǔ)器6的熱側(cè)進(jìn)口相通，進(jìn)口空氣管道中的空氣同時(shí)進(jìn)入低壓級(jí)壓氣機(jī)3與高壓級(jí)壓氣機(jī)4中，低壓級(jí)壓氣機(jī)3與高壓級(jí)壓氣機(jī)4的排氣同時(shí)進(jìn)入熱存儲(chǔ)器6中放熱降溫，之后進(jìn)入儲(chǔ)氣室7中存儲(chǔ)，低壓級(jí)壓氣機(jī)3與高壓級(jí)壓氣機(jī)4處于并聯(lián)狀態(tài)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單級(jí)壓縮；當(dāng)儲(chǔ)氣室7壓力升至單級(jí)壓縮出口壓力上限時(shí)，單級(jí)壓縮無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，三位四通閥5由通路狀態(tài)變?yōu)閁 型狀態(tài)，使三位四通閥5與進(jìn)口空氣管道相通的進(jìn)口封閉，三位四通閥5與熱存儲(chǔ)器6的熱側(cè)進(jìn)口相通的出口封閉，同時(shí)低壓級(jí)壓氣機(jī)3的出氣口與高壓級(jí)壓氣機(jī)4的進(jìn)氣口相通，低壓級(jí)壓氣機(jī)3的出口空氣成為高壓級(jí)壓氣機(jī)4的進(jìn)氣，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)壓縮；做功階段，儲(chǔ)氣室7內(nèi)低溫高壓的壓縮空氣進(jìn)入回?zé)崞?0的冷側(cè)，與熱側(cè)中透平機(jī)8的乏氣進(jìn)行熱量交換，升溫后進(jìn)入熱存儲(chǔ)器6的冷側(cè)，吸收熱存儲(chǔ)器6中存儲(chǔ)的熱量及熱存儲(chǔ)器熱側(cè)中高溫空氣的熱量；升溫后的壓縮空氣進(jìn)入透平機(jī)8中，透平機(jī)8做功，乏氣由透平機(jī)8的出口排出， 經(jīng)過(guò)回?zé)崞?0降溫后排入大氣。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括電動(dòng)機(jī)(1)，至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2)，至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)，至少一個(gè)低壓級(jí)冷卻器(4)，至少一個(gè)高壓級(jí)冷卻器(5)，儲(chǔ)氣室(7)，熱存儲(chǔ)器(8)，至少一個(gè)透平機(jī)(9)，發(fā)電機(jī)(10)，至少一個(gè)換熱器(11)，冷卻介質(zhì)供應(yīng)源(12)， 其特征在于電動(dòng)機(jī)(1)與所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2)和所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的共有傳動(dòng)軸固接，發(fā)電機(jī)(10)與所述至少一個(gè)透平機(jī)(9)的傳動(dòng)軸固接；所述至少一個(gè)低壓級(jí)冷卻器(4)和所述至少一個(gè)高壓級(jí)冷卻器(5)的熱側(cè)進(jìn)口分別與所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2)和所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的出氣口相連通，熱側(cè)出口與儲(chǔ)氣室(7)的進(jìn)口相連通；所述至少一個(gè)低壓級(jí)冷卻器(4)和所述至少一個(gè)高壓級(jí)冷卻器(5)的冷側(cè)進(jìn)口與冷卻介質(zhì)供應(yīng)源(12)的出口相連通，冷側(cè)出口與熱存儲(chǔ)器(8)的進(jìn)口相連通；所述至少一個(gè)換熱器(11)的冷側(cè)進(jìn)口與儲(chǔ)氣室(7)的出口相連通，冷側(cè)出口與所述至少一個(gè)透平機(jī)(9)的進(jìn)氣口相連通；所述至少一個(gè)換熱器(11)的熱側(cè)進(jìn)口與熱存儲(chǔ)器(8) 的出口相連通，熱側(cè)出口與冷卻介質(zhì)供應(yīng)源(12 )的進(jìn)口相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括至少一個(gè)三位四通閥(6 )，所述至少一個(gè)三位四通閥(6 )的兩個(gè)進(jìn)口分別與進(jìn)口空氣管道和所述至少一個(gè)低壓級(jí)冷卻器(4)的熱側(cè)出口相連通，所述至少一個(gè)三位四通閥(6)的兩個(gè)出口分別與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的進(jìn)氣口和儲(chǔ)氣室(7)的進(jìn)口相連通；儲(chǔ)能階段，當(dāng)儲(chǔ)氣室(7)壓力較低時(shí)，所述至少一個(gè)三位四通閥(6)處于通路狀態(tài)，進(jìn)口空氣管道與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的進(jìn)氣口相通，所述至少一個(gè)低壓級(jí)冷卻器 (4)的熱側(cè)出口與儲(chǔ)氣室(7)相通，進(jìn)口空氣管道中的空氣同時(shí)進(jìn)入所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2 )與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3 )中，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2 )與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3 )的排氣同時(shí)進(jìn)入儲(chǔ)氣室(7 )，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2 )與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)處于并聯(lián)狀態(tài)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單級(jí)壓縮；當(dāng)儲(chǔ)氣室(7)壓力升至單級(jí)壓縮出口壓力上限時(shí)，單級(jí)壓縮無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，所述至少一個(gè)三位四通閥(6)由通路狀態(tài)變?yōu)閁型狀態(tài)，使所述至少一個(gè)三位四通閥(6)與進(jìn)口空氣管道相通的進(jìn)口封閉，所述至少一個(gè)三位四通閥(6)與儲(chǔ)氣室(7)的進(jìn)口相通的出口封閉，同時(shí)所述至少一個(gè)低壓級(jí)冷卻器(4)的熱側(cè)出口與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的進(jìn)氣口相通，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(2)的出口空氣成為所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的進(jìn)氣，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)壓縮；做功階段，儲(chǔ)氣室(7)內(nèi)低溫高壓的壓縮空氣進(jìn)入所述至少一個(gè)換熱器(11)的冷側(cè)， 同時(shí)熱存儲(chǔ)器(8)中溫度較高的冷卻介質(zhì)進(jìn)入所述至少一個(gè)換熱器(11)的熱側(cè)；壓縮空氣吸收熱量后進(jìn)入所述至少一個(gè)透平機(jī)(9 )中，所述至少一個(gè)透平機(jī)(9 )做功，乏氣由所述至少一個(gè)透平機(jī)(9)的出口排出，降溫后的冷卻介質(zhì)進(jìn)入冷卻介質(zhì)供應(yīng)源(12)存儲(chǔ)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述三位四通閥(6)為手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電磁動(dòng)、液動(dòng)或電液動(dòng)操縱控制方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述三位四通閥(6)為滑閥式、轉(zhuǎn)閥式或球閥式結(jié)構(gòu)形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，在與冷卻介質(zhì)供應(yīng)源(12)和/或熱存儲(chǔ)器(8)相通的管路中設(shè)置有動(dòng)力泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻介質(zhì)為水或熔融鹽，所述熱存儲(chǔ)器(8)材料為巖石、陶瓷、混凝土或鑄鐵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，電動(dòng)機(jī)(1)電力來(lái)源為電網(wǎng)、風(fēng)力發(fā)電或太陽(yáng)能發(fā)電。
8.—種壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(1 )，電動(dòng)機(jī)(2)，至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3)，至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)，熱存儲(chǔ)器(6)，儲(chǔ)氣室(7)，至少一個(gè)透平機(jī)(8)，發(fā)電機(jī) (9)，回?zé)崞?10)，其特征在于:風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(1)與電動(dòng)機(jī)(2 )相連，電動(dòng)機(jī)(2 )與所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3 )和所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4 )的共有傳動(dòng)軸固接，發(fā)電機(jī)(9 )與所述至少一個(gè)透平機(jī)(8 ) 的傳動(dòng)軸固接；熱存儲(chǔ)器(6)的熱側(cè)進(jìn)口與所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3)和所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)的出氣口相連通，熱存儲(chǔ)器(6)熱側(cè)出口與儲(chǔ)氣室(7)的進(jìn)口相連通；回?zé)崞?10)的冷側(cè)進(jìn)口與儲(chǔ)氣室(7)的出口相連通，冷側(cè)出口與熱存儲(chǔ)器(6)的冷側(cè)進(jìn)口相連通；所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)的進(jìn)氣口與熱存儲(chǔ)器(6)的冷側(cè)出口相連通，所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)的出氣口與回?zé)崞?10)的熱側(cè)進(jìn)口相連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括至少一個(gè)三位四通閥(5 )，所述至少一個(gè)三位四通閥(5 )的兩個(gè)進(jìn)口分別與進(jìn)口空氣管道和所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的出氣口相連通，所述至少一個(gè)三位四通閥(5)的兩個(gè)出口分別與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)的進(jìn)氣口和熱存儲(chǔ)器(6)的熱側(cè)進(jìn)口相連通；儲(chǔ)能階段，當(dāng)儲(chǔ)氣室(7)壓力較低時(shí)，所述至少一個(gè)三位四通閥(5)處于通路狀態(tài)，進(jìn)口空氣管道與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)的進(jìn)氣口相通，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的出氣口與熱存儲(chǔ)器(6)的熱側(cè)進(jìn)口相通，進(jìn)口空氣管道中的空氣同時(shí)進(jìn)入所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3 )與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4 )中，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3 ) 與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)的排氣同時(shí)進(jìn)入熱存儲(chǔ)器(6)中放熱降溫，之后進(jìn)入儲(chǔ)氣室(7)中存儲(chǔ)，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3)與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)處于并聯(lián)狀態(tài)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單級(jí)壓縮；當(dāng)儲(chǔ)氣室(7)壓力升至單級(jí)壓縮出口壓力上限時(shí)，單級(jí)壓縮無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，所述至少一個(gè)三位四通閥(5)由通路狀態(tài)變?yōu)閁型狀態(tài)，使所述至少一個(gè)三位四通閥(5)與進(jìn)口空氣管道相通的進(jìn)口封閉，所述至少一個(gè)三位四通閥(5)與熱存儲(chǔ)器(6)的熱側(cè)進(jìn)口相通的出口封閉，同時(shí)所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的出氣口與所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)的進(jìn)氣口相通，所述至少一個(gè)低壓級(jí)壓氣機(jī)(3)的出口空氣成為所述至少一個(gè)高壓級(jí)壓氣機(jī)(4)的進(jìn)氣，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)壓縮；做功階段，儲(chǔ)氣室(7)內(nèi)低溫高壓的壓縮空氣進(jìn)入回?zé)崞?10)的冷側(cè)，與熱側(cè)中所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)的乏氣進(jìn)行熱量交換，升溫后進(jìn)入熱存儲(chǔ)器(6)的冷側(cè)，吸收熱存儲(chǔ)器 (6)中存儲(chǔ)的熱量及熱存儲(chǔ)器熱側(cè)中高溫空氣的熱量；升溫后的壓縮空氣進(jìn)入所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)中，所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)做功，乏氣由所述至少一個(gè)透平機(jī)(8)的出口排出，經(jīng)過(guò)回?zé)崞?10)降溫后排入大氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，電動(dòng)機(jī)(2)電力來(lái)源為電網(wǎng)、風(fēng)力發(fā)電或太陽(yáng)能發(fā)電。
全文摘要
一種壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)在系統(tǒng)壓縮部分與膨脹部分的管路中設(shè)置三位四通閥，利用三位四通閥的變通路特性，改變空氣在系統(tǒng)中的流動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)、透平機(jī)串、并聯(lián)形式的變化，提高系統(tǒng)的總體工作效率。三位四通閥的使用，一方面提高了壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)整體的靈活性，使系統(tǒng)的運(yùn)行更有針對(duì)性，有利于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)與各種類型電站的配套使用，另一方面改善了透平機(jī)械的使用情況，可以根據(jù)儲(chǔ)能與發(fā)電的需要實(shí)現(xiàn)透平機(jī)械的優(yōu)化配置。
文檔編號(hào)F01K3/08GK102213113SQ20111015642
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月12日
發(fā)明者張遠(yuǎn), 徐建中, 李雪梅, 楊科 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所