一種新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及能量儲存技術領域，尤其涉及一種新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統。
【背景技術】
[0002]傳統壓縮空氣儲能系統是基于燃氣輪機技術開發的一種儲能系統。工作原理為:在用電低谷，將空氣壓縮并存于儲氣室中，使電能轉化為空氣的內能存儲起來；在用電高峰，高壓空氣從儲氣室釋放，進入燃氣輪機燃燒室同燃料一起燃燒，然后驅動透平發電。傳統壓縮空氣儲能系統的問題之一是仍然依賴燃燒化石燃料提供熱源，一方面面臨著化石燃料逐漸枯竭和價格上漲的威脅，另一方面其燃燒仍產生氮化物、硫化物和二氧化碳等污染物，不符合綠色(零排放)、可再生的能源發展要求。
[0003]由于世界各國對于燃料利用、環境保護提出了更高的要求，近些年國內外一些學者開展了對壓縮空氣儲能系統的技術改進。其中，帶蓄熱裝置的壓縮空氣儲能系統是目前較為先進高效的一種儲能方式，其核心的技術是利用一套蓄熱裝置來替代傳統壓縮空氣儲能系統中的燃燒室，儲能時回收壓縮機壓縮空氣產生的熱能并將熱量存儲，實現壓縮熱的回收和存儲，釋能時利用回收的熱能加熱壓縮空氣，增加膨脹機的輸出功，實現回收熱量的再利用。該系統的優點是充分利用了能量，零排放環保無污染，解決了傳統壓縮空氣儲能系統仍需依賴燃燒化石燃料提供熱源的難題。然而，目前蓄熱式壓縮空氣儲能系統存在級間換熱器重復布置、系統流程不合理、占地多、成本高、熱能利用率低及其導致的系統運行效率降低等問題。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明提供了一種新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統。該系統在蓄熱式壓縮空氣儲能系統的基礎上，重新優化系統工作流程，利用壓縮機組和膨脹機組共用換熱器的特性，并通過三通換向閥將壓縮機組、蓄熱裝置和膨脹機組很好的耦合在一起，具有結構簡單緊湊、系統效率高、換熱效果好、造價低等優點。
[0005]為達到上述目的，本發明的技術解決方案是:
[0006]一種新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統，包括壓縮機組、蓄熱系統、膨脹機組和壓縮空氣存儲裝置，其特征在于，
[0007]-所述壓縮機組包括至少兩級壓縮機，其中，第一級壓縮機的進口接空氣源，最后一級壓縮機的出口與壓縮空氣存儲裝置的進口之間的通氣管線上設置末級換熱器，中間相鄰兩級壓縮機之間的通氣管線上設置有級間換熱器；
[0008]-所述膨脹機組包括至少兩級膨脹機，其中，第一級膨脹機進口與壓縮空氣存儲裝置出口之間的通氣管線上設置首級換熱器，最后一級膨脹機出口通大氣；中間相鄰兩級膨脹機之間的通氣管線上設置有級間換熱器；
[0009]一所述壓縮機組中的末級換熱器和所述膨脹機組中的首級換熱器為同一換熱器，最后一級壓縮機的出口與該換熱器的氣側端口 A連接，該換熱器的氣側端口 B與壓縮空氣存儲裝置的進口連接，第一級膨脹機的進口與該換熱器的氣側端口 A連接，該換熱器的氣側端口 B與壓縮空氣存儲裝置的出口連接；所述壓縮機組和膨脹機組中的級間換熱器為共用的換熱器，相鄰兩級壓縮機中，上一級壓縮機的出口與所述級間換熱器的氣側端口 A連接，所述級間換熱器的氣側端口 B與下一級壓縮機的進口連接；相鄰兩級膨脹機中，上一級膨脹機的出口與所述級間換熱器的氣側端口 B連接，所述級間換熱器的氣側端口 A與下一級膨脹機的進口連接；
[0010]-所述蓄熱系統包括冷罐和熱罐，所有換熱器的液側端口A均通過通液管線與所述冷罐的進出液端口連通，所有換熱器的液側端口 B均通過通液管線與所述熱罐的進出液端口連通；
[0011]--各所述級間換熱器的氣側端口A處均設置有三通換向閥I，所述三通換向閥I的端口 a與級間換熱器的氣側端口 A連通，端口 b與上一級壓縮機的出口連通，端口 c與下一級膨脹機的進口連通；各所述級間換熱器的氣側端口 B處均設置有三通換向閥II，所述三通換向閥II的端口 a與級間換熱器的氣側端口 B連通，端口 b與下一級壓縮機的進口連通，端口 c與上一級膨脹機的出口連通；所述末級換熱器的氣側端口 A處均設置有三通換向閥III，所述三通換向閥III的端口 a與末級換熱器的氣側端口 A連通，端口 b與最后一級壓縮機的出口連通，端口 c與第一級膨脹機的進口連通。
[0012]優選地，所述壓縮空氣存儲裝置為密封巖洞、中高壓儲罐或壓力管道的一種或幾種的組合。
[0013]優選地，所述末級換熱器的氣側端口 B與壓縮空氣存儲裝置的進口和出口之間的通氣管線上均設置有控制閥門。
[0014]優選地，所述冷罐和/或熱罐進出液端口處的通液管線上設置有液體栗。
[0015]優選地，所述冷罐和/或熱罐進出液端口處的通液管線上設置有控制閥門。
[0016]優選地，所述壓縮空氣儲能系統儲能時，各三通換向閥的端口 a與端口 b連通，端口 a與端口 c關閉，各三通換向閥與各級壓縮機及相應換熱器氣側相連的管線處于通路狀態，各三通換向閥與各級膨脹機及相應換熱器氣側相連的管線處于關閉狀態；所述末級換熱器的氣側端口 B與壓縮空氣存儲裝置的進口之間的控制閥門打開，所述末級換熱器的氣側端口 B與壓縮空氣存儲裝置的出口之間的控制閥門關閉；所述冷罐中的低溫換熱介質在液體栗的驅動下流經所有換熱器的液側后匯流至所述熱罐中。
[0017]優選地，所述壓縮空氣儲能系統釋能時，各三通換向閥的端口 a與端口 b關閉，端口 a與端口 c連通，各三通換向閥與各級壓縮機及相應換熱器氣側相連的管線處于關閉狀態，各三通換向閥與各級膨脹機及相應換熱器氣側相連的管線處于通路狀態；所述末級換熱器的氣側端口 B與壓縮空氣存儲裝置的進口之間的控制閥門關閉，所述末級換熱器的氣側端口 B與壓縮空氣存儲裝置的出口之間的控制閥門打開；所述熱罐中的高溫換熱介質在液體栗的驅動下流經所有換熱器的液側后匯流至所述冷罐中。
[0018]優選地，所述壓縮空氣儲能系統還包括驅動單元和動力輸出單元，所述驅動單元與壓縮機組的傳動軸固接；所述動力輸出單元與膨脹機組的傳動軸固接。
[0019]優選地，各換熱器為管殼式、板翅式、板式、螺旋管式、套管式、板殼式、板圈式、管翅式、熱管式中的一種或幾種的組合。
[0020]優選地，所述冷罐用于儲存溫度低于壓縮后空氣溫度的換熱介質，為絕熱保溫常壓或加壓容器；所述熱罐用于儲存溫度高于壓縮空氣存儲裝置的換熱介質，為絕熱保溫常壓或加壓容器。
[0021]優選地，所述換熱介質為水、乙醇、丙醇、乙二醇、導熱油、熔融鹽或離子液體的一種或幾種的組合。
[0022]優選地，各所述三通換向閥為手動、機動、電磁動、液動或電液動操縱控制方式的一種。
[0023]優選地，所述液體栗為雙向栗。
[0024]優選地，所述冷罐進出液端口處設有并聯的主通液管線和旁通管路，所述主通液管線上設置有主控制閥門和液體栗，所述旁通管路上設置有旁通控制閥門和冷卻器，當所述主控制閥門關閉、旁通控制閥門打開時，所述冷卻器工作，用以進一步降低回流至所述冷罐中的換熱介質的溫度。
[0025]優選地，所述冷卻器通過管線與熱栗等系統相連接，使其可用于空調、制冷等不同用途。
[0026]優選地，所述與外界相連接的管線可與熱栗等系統相連接，使其可用于空調、制冷等不同用途。
[0027]本發明的蓄熱式壓縮空氣儲能系統，其相對于現有技術的優點在于:該系統在蓄熱式壓縮空氣儲能系統的基礎上，將壓縮機組側換熱器和膨脹機組側換熱器進行了優化布置，利用壓縮機組和膨脹機組共用換熱器的特性，并利用三通換向閥將壓縮機組、蓄熱裝置和膨脹機組很好的耦合在一起，解決了蓄熱式壓縮空氣儲能系統級間換熱器重復布置、系統流程不合理、占地多、成本高、熱能利用率低及其導致的系統運行效率降低等問題，本發明的蓄熱式壓縮空氣儲能系統具有結構簡單緊湊、系統效率高、換熱效果好、造價低等優點。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明的新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統實施例1的結構示意圖。
[0029]圖2為本發明的新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統實施例2的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述，以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍，任何本技術領域的技術人員所想到的變化或替代，都涵蓋在本發明的保護范圍之內。
[0031]實施例1
[0032]如圖1所示，本發明的新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統，其包括:驅動單元1、壓縮機2和4、換熱器3和5、壓縮空氣存儲裝置6、膨脹機7和8、發電機27、冷罐9、熱罐10、三通換向閥 12、15 和 18、栗 29、閥門 21、23、28 和 33、管線 11、13、14、16、17、19、20、22、24、25、26、30、31 和 32。
[0033]具體的，本發明的新型蓄熱式壓縮空氣儲能系統包括壓縮機組2、4、蓄熱系統、膨脹機組7、8和壓縮空氣存儲裝置6，壓縮機組2、4包括至少兩級壓縮機，其中，第一級壓縮機2的進口接空氣源A，最后一級壓縮機4的出口與壓縮空氣存儲裝置6的進口之間的通氣管線上設置末級換熱器5，中間相鄰兩級壓縮機2、4之間的通氣管線上設置有級間換熱器3。
[0034]膨脹機組7、8包括至少兩級膨脹機，其中，第一級膨脹機7進口與與壓縮空氣存儲裝置6出口之間的通氣管線上設置首級換熱器5，最后一級膨脹機8出口通大氣B ;中間相鄰兩級膨脹機7、8之間的通氣管線上設置有級間換熱器3。
[0035]壓縮機組2、4中的末級換熱器5和膨脹機組7、8中的首級換熱器5為同一換熱器，最后一級壓縮機4的出口與該換熱器5的氣側端口 A連接，該換熱器5的氣側端口 B與壓縮空氣存儲裝置6的進口連接，第一級膨脹機7的進口與該換熱器5的氣側端口 A連接，該換熱器5的氣側端口 B壓縮空氣存儲裝置6的出口連接；壓縮機組2、4和膨脹機組7、8中的級間換熱器3為共用的換熱器3，相鄰兩級壓縮機2、4中，上一級壓縮機2的出口與級間換熱器3的氣側端口 A連接，級間換熱器3的氣側端口 B與下一級壓縮機4的進口連接；相鄰兩級膨脹機7、8中，上一級膨脹機7的出口與級間換熱器3的氣側端口 B連接，級間換熱器3的氣側端口 A與下一級膨脹機8的進口連接。
[0036]蓄熱系統包括冷罐9和熱罐10，所有換熱器3、5的液側端口 A均通過通液管線與冷罐9的進出液端口連通，所有換熱器3、5的液側端口 B均通過通液管線與熱罐10的進出液端口連通。
[0037]各級間換熱器3的氣側端