本發明涉及壓縮空氣儲能發電技術領域,更具體地說,涉及一種壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置。
背景技術:
壓縮空氣儲能指將用電低谷時段電網上的富裕電力或風電、太陽能等波動性劇烈的電力用于壓縮空氣,將壓縮后的高壓空氣密封在儲氣裝置里,在需要時釋放壓縮空氣,推動空氣透平帶動發電機發電的儲能方式。現有的壓縮空氣儲能系統中,儲氣裝置通常采用地下儲氣室或者人工儲氣罐。
地下儲氣室具有造價低、儲氣容量大等優點,主要應用于大型壓縮空氣儲能系統。但是需要選擇特定的地質環境,而且系統運行過程中,儲氣室內空氣通常會與壁面進行換熱,造成熱量損失,使系統的儲能效率降低。由于儲氣室內空氣與壁面的對流換熱系數較小,儲氣和放氣過程與等溫過程相差較遠,因此儲氣室內溫度變化大,導致壓力變化速度很快。在特定的儲氣室壓力變化范圍內,系統運行時間縮短,造成儲能密度降低。
人工儲氣罐制造方便,對場地的要求低,同時儲氣壓力較高,但儲氣容量相對較小,造價也相對較高,主要應用于中小型壓縮空氣儲能系統。以傳統的鋼罐作為儲氣罐時,由于鋼罐的導熱性能較好,環境溫度會對儲氣罐內的空氣溫度產生影響。例如在環境溫度較低的冬季,儲氣罐內的空氣會向外散失熱量,導致空氣溫度降低,空氣焓值減小,單位質量的空氣做功能力降低,系統整體的儲能效率下降。
綜上所述,如何減少儲氣裝置內空氣向外界的散熱,以減小環境溫度變化對儲氣裝置內空氣溫度的影響,進而提高壓縮空氣儲能系統的儲能效率,是目前本領域技術人員亟待解決的技術問題。
技術實現要素:
有鑒于此,本發明的目的在于提供一種壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置,以減少儲氣裝置內空氣向外界的散熱,從而減小環境溫度變化對儲氣裝置內空氣溫度的影響,進而提高壓縮空氣儲能系統的儲能效率。
為了達到上述目的,本發明提供如下技術方案:
一種壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置,包括:
具有存儲氣腔的儲氣罐體,所述儲氣罐體上設置有空氣進口和空氣出口;
包裹在所述儲氣罐體外表面的保溫絕熱層。
優選的,上述壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置還包括設置在所述儲氣罐體內的相變蓄熱管束,所述相變蓄熱管束內填充有相變蓄熱介質。
優選的,上述壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置中,所述相變蓄熱管束的每根蓄熱管上均套設有環形肋板,所述環形肋板垂直于所述蓄熱管的軸線。
優選的,上述壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置中,所述環形肋板為多個,并沿所述蓄熱管的軸向均勻分布。
優選的,上述壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置中,所述蓄熱管為橢圓管,所述環形肋板外周面為圓形,所述環形肋板的內周面與所述蓄熱管貼合。
優選的,上述壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置中,所述相變蓄熱介質為醋酸鈉。
優選的,上述壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置中,所述空氣進口為兩個,均設置在所述儲氣罐體的一端;
所述空氣出口為兩個,均設置在所述儲氣罐體的另一端。
優選的,上述壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置中,兩個所述空氣進口的連線通過所述儲氣罐體軸心,兩個所述空氣出口的連線通過所述儲氣罐體軸心,且兩個所述空氣進口的連線平行于兩個所述空氣出口的連線。
優選的,上述壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置中,所述儲氣罐體上還設置有安全閥。
優選的,上述壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置中,所述儲氣罐體為鋼制罐體,所述保溫絕熱層為玻璃棉層。
從上述的技術方案可以看出,本發明提供的壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置包括具有存儲氣腔的儲氣罐體和包裹在儲氣罐體外表面的保溫絕熱層,儲氣罐體上設置有空氣進口和空氣出口。
本發明利用儲氣罐體的存儲氣腔存儲儲能階段生產的高壓高溫的壓縮空氣,并利用保溫絕熱層防止儲氣罐體內的熱量散失到環境中,所以能夠減少儲氣裝置內空氣向外界的散熱,從而減小了環境溫度變化對儲氣裝置內空氣溫度的影響,進而提高了壓縮空氣儲能系統的儲能效率。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案,下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖是本發明的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明實施例提供的壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置的正視剖面圖;
圖2是本發明實施例提供的壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置的側視剖面圖。
具體實施方式
本發明實施例提供了一種壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置,能夠減少儲氣裝置內空氣向外界的散熱,從而減小環境溫度變化對儲氣裝置內空氣溫度的影響,進而提高壓縮空氣儲能系統的儲能效率。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚,下面將結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明保護的范圍。
請參考附圖1-2,本發明實施例提供的壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置包括具有存儲氣腔11的儲氣罐體1和包裹在儲氣罐體1外表面的保溫絕熱層2,儲氣罐體1上設置有空氣進口3和空氣出口6。
本發明利用儲氣罐體1的存儲氣腔11存儲儲能階段生產的高壓高溫的壓縮空氣,并利用保溫絕熱層2防止儲氣罐體1內的熱量散失到環境中(通常儲氣裝置內空氣的溫度會高于環境溫度),所以能夠減少儲氣裝置內空氣向外界的散熱,從而減小了環境溫度變化對儲氣裝置內空氣溫度的影響,進而提高了壓縮空氣儲能系統的儲能效率。
優選的技術方案中,壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置還包括設置在儲氣罐體1內的相變蓄熱管束4,相變蓄熱管束4內填充有相變蓄熱介質。本發明的儲氣裝置內部布置相變蓄熱管束4,通過在相變蓄熱管束4內設定合適的相變蓄熱介質用量,保證在儲能過程中空氣的溫度變化很小,接近等溫過程。
上述相變蓄熱管束4填充的相變蓄熱介質在儲氣過程中,能夠吸收高壓空氣帶入的熱量,將空氣的熱量存儲在相變蓄熱管束4的相變蓄熱介質中,使儲氣裝置內的空氣溫度接近不變,維持儲氣裝置內部的恒溫狀態。同理在放氣過程中,空氣會膨脹降溫,相變蓄熱介質放出熱量,使得儲氣裝置內溫度維持穩定。由于維持空氣溫度在穩定狀態,因此能減緩空氣壓力變化速度,從而提高了系統的儲能密度。
上述實施例中,保溫絕熱層2配合相變蓄熱管束4同時提高了壓縮空氣儲能系統的儲能效率和儲能密度。上述相變蓄熱管束4與空氣的接觸面積較大,便于保證與空氣的換熱效果,本發明也可以不設置上述相變蓄熱管束4,或者通過其他結構替換,如在儲氣罐體1的內表面設置相變蓄熱層,達到同樣的維持空氣溫度恒定、提高系統儲能密度的效果,本發明在此不再一一贅述。
進一步的,壓縮空氣儲能系統用恒溫絕熱儲氣裝置中,相變蓄熱管束4的每根蓄熱管上均套設有環形肋板5,環形肋板5垂直于蓄熱管的軸線。具體的,相變蓄熱管束4的每根蓄熱管均沿儲氣罐體1的軸向布置。本發明利用環形肋板5增加了空氣與蓄熱管的換熱面積,提高了空氣與管壁的對流換熱效果,從而進一步增強了儲氣裝置內空氣整體的恒溫效果。當然,上述環形肋板5也可以不垂直蓄熱管的軸線;本發明也可以不設置上述環形肋板5,通過改變蓄熱管的外表面形狀或者設置凸起、凹槽;亦或者通過設置針形肋、H形鰭片肋等其他類型的肋片達到同樣的增加空氣與蓄熱管的換熱面積的效果。
上述實施例提供的恒溫絕熱儲氣裝置中,環形肋板5為多個,并沿蓄熱管的軸向均勻分布。該布置方式便于裝配,同時能夠保證熱交換的均勻性。上述環形肋板5也可以沒有規律的間隔分布或者幾個疊加成一組固定在同一個位置。
為了進一步優化上述技術方案,蓄熱管為橢圓管,環形肋板5外周面為圓形,環形肋板5的內周面與蓄熱管貼合。這樣一來,蓄熱管的外周面截面形狀為橢圓形,能夠防止相變蓄熱介質發生相分離,保證了相變蓄熱介質內部的導熱效果;相應的,環形肋板5的內周面截面形狀為橢圓形,環形肋板5可以焊接在蓄熱管上也可以過盈套設在蓄熱管上。上述蓄熱管還可以為矩形管、圓形管或者其他形狀,環形肋板5外周面還可以為矩形、橢圓形等,本發明對此不做具體限定。
上述相變蓄熱介質為醋酸鈉,即相變蓄熱管束4內填充醋酸鈉。本實施例的相變蓄熱介質選擇結晶水合鹽材料——醋酸鈉(CH3COONa·3H2O),這種材料具有相變潛熱大、熱導率高、相變時體積變化小等優點。當然,上述相變蓄熱管束4還可以填充熔融鹽、金屬或合金等相變蓄熱介質。
本發明一具體實施例中,空氣進口3為兩個,均設置在儲氣罐體1的一端;空氣出口6為兩個,均設置在儲氣罐體1的另一端。本發明在儲氣罐體1的一端設置兩個空氣進口3,另一端設置兩個空氣出口6,使空氣進口3和空氣出口6的距離較長,能夠提高空氣的混合流動效果,從而提高儲氣裝置內部空氣溫度分布的均勻性,增強空氣與相變蓄熱介質的換熱效果。同時本發明設置兩個空氣進口3和兩個空氣出口6能夠提高儲氣效率和放氣效率。本發明的空氣進口3和控制出口還可以為一個或其他個數。
進一步的,兩個空氣進口3的連線通過儲氣罐體1軸心,兩個空氣出口6的連線通過儲氣罐體1軸心,且兩個空氣進口3的連線平行于兩個空氣出口6的連線。本實施例中,兩個空氣進口3相對設置,兩者的連線長度為儲氣罐體1的直徑;兩個空氣出口6相對設置,兩者的連線長度為儲氣罐體1的直徑,且空氣進口3和空氣出口6分別一一對應地設置在儲氣罐體1的同一個圓周方向上,能夠保證空氣進出的均勻性,同時便于加工和與其他部件裝配。當然,上述兩個空氣進口3還可以不相對設置,使兩者的連線位于儲氣罐體1的軸線的一側;上述兩個空氣出口6也可以不相對設置,使兩者的連線位于儲氣罐體1的軸線的一側。
為了進一步優化上述技術方案,儲氣罐體1上還設置有安全閥7。安全閥7用于將儲氣罐體1的內部壓力維持在適當范圍內,防止壓力過高造成的損害。本發明還可以設置檢測儲氣罐體1內部壓力的壓力計,通過獲得的壓力值人工控制儲氣罐體1的內部壓力。
為了提高儲氣罐體1的強度和使用壽命,儲氣罐體1優選為鋼制罐體。儲氣罐體1也可以為其他金屬罐體,如鋁合金罐體等。
應用過程中,在儲能階段,空氣通過多級壓氣機和換熱器進入儲氣裝置,此時空氣溫度較高,空氣的進入會使內部的溫度升高。同時隨著儲氣裝置內部空氣質量不斷增加,空氣逐漸被壓縮,也會導致空氣溫度升高。高溫的空氣與相變蓄熱管束4以及鋼制罐體進行對流換熱,將熱量傳遞給相變蓄熱介質以及鋼制罐體。由于相變蓄熱介質具有很高的相變潛熱,鋼制罐體也有較高的比熱容,因此在吸收熱量的過程中,自身溫度增加很小,而且達到了對空氣降溫的目的。
在釋能階段,儲氣裝置內的高壓空氣流入膨脹機產生機械能。隨著空氣的流出,儲氣裝置內的空氣溫度會迅速下降。此時相變蓄熱管束4以及鋼制罐體會將存儲的熱量釋放出來,加熱空氣,從而減緩空氣溫度下降的趨勢,增加單位質量空氣對外所做的功,從而提高了壓縮空氣儲能系統的儲能效率和儲能密度。
本發明一具體實施例中,保溫絕熱層2為玻璃棉層,本發明的儲氣罐體1外部包裹玻璃棉層,防止熱量散失到環境中,絕熱效果較好。上述保溫絕熱層2還可以采用石棉、巖棉或者膨脹珍珠巖等保溫絕熱材料。
本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述,每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處,各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明,使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下,在其它實施例中實現。因此,本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。