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基于工业压缩空气系统的储能系统
申请号	CN202310224895.6	申请日	2023-03-09	公开(公告)号	CN116146463B	公开(公告)日	2024-04-19
申请人	广东开能环保能源有限公司; 广东新开能工程技术有限公司; 阳江广润节能科技有限公司; 玉林广润余热发电有限公司; 宁德开能环保能源有限公司; 东莞市川能余热发电有限公司;			发明人	俞正亮; 王可; 尹晖;
摘要	本发明公开一种基于工业压缩空气系统的储能系统，包括有空气增压系统、蓄热系统和空气膨胀发电系统；空气增压系统的输出端通过蓄热系统衔接于空气膨胀发电系统的输入端；空气膨胀发电系统包括有第一空气膨胀发电系统和第二空气膨胀发电系统，蓄热系统包括有第一蓄热装置和第二蓄热装置；其通过空气增压系统、蓄热系统和空气膨胀发电系统之间的配合，在现有工业压缩空气系统基础上，通过增加空气增压系统构成压缩空气储能系统，减小了储能的投资，同时保证压缩空气使用的气源参数；以及利用第一空气膨胀发电系统和第二空气膨胀发电系统的设计，实现将压缩的空气压力绝大部分或者全部释放，得到绝大部分或者全部储存能量，形成一次转换获得两次电力，使系统储能利用率高。
权利要求	1.一种基于工业压缩空气系统的储能系统，其特征在于：包括有空气增压系统、蓄热系统、空气膨胀发电系统和压缩空气储罐；所述空气增压系统的输出端通过蓄热系统衔接于空气膨胀发电系统的输入端；所述空气膨胀发电系统包括有第一空气膨胀发电系统和第二空气膨胀发电系统，所述蓄热系统包括有第一蓄热装置和第二蓄热装置；所述空气增压系统包括空气压缩机、一级换热器、一级冷却器、增压压缩机、二级换热器和储气装置；所述空气压缩机的输出端连接于一级换热器的输入端，所述一级换热器的输出端连接于一级冷却器的输入端，所述一级冷却器的输出端连接于增压压缩机的输入端，所述增压压缩机的输出端连接于二级换热器的输入端，所述二级换热器的输出端连接于储气装置的输入端；所述第一空气膨胀发电系统包括有一级低温预热器、一级加热器、一级余热加热器和一级膨胀机；所述一级低温预热器的输入端通过第一旁路管道连接于储气装置的输出端，所述第一旁路管道上还设置有用于控制压缩空气放气及发电储气阀门，所述一级低温预热器的输出端连接于一级加热器的输入端，所述一级加热器的输出端连接于一级余热加热器的输入端，所述一级余热加热器的输出端连接于一级膨胀机的输入端；所述第二空气膨胀发电系统包括有二级低温预热器、二级加热器、二级余热加热器和二级膨胀机；所述二级低温预热器的输入端连接于一级膨胀机的输出端，所述一级膨胀机的输出端通过第二旁路管道连接于压缩空气储罐，所述第二旁路管道上还设置有压缩空气阀门；所述二级低温预热器的输出端连接于二级加热器的输入端，所述二级加热器的输出端连接于二级余热加热器的输入端，所述二级余热加热器的输出端连接于二级膨胀机的输入端；所述第二空气膨胀发电系统还包括有转换阀门，所述二级低温预热器的输入端通过第三旁路管道与一级膨胀机的输出端连接，所述转换阀门设置于二级低温预热器的输入端上，所述第一蓄热装置包括有一级高温蓄热罐和一级低温蓄热罐，所述一级高温蓄热罐的输入端连接于一级换热器的输入端，所述一级高温蓄热罐的输出端连接于二级加热器，所述二级加热器的输出端还连接于一级低温蓄热罐的输出端，所述一级低温蓄热罐的输入端连接于一级换热器的输出端，构成循环；所述第二蓄热装置包括有二级高温蓄热罐和二级低温蓄热罐；所述二级高温蓄热罐的输入端连接于二级换热器的输入端，所述二级换热器的输出端连接于一级加热器的输出端，所述一级加热器的输入端连接于二级低温蓄热罐的输出端，所述二级低温蓄热罐的输入端连接于二级换热器的输出端，构成循环；当需要释放能量时打开储气阀门，高压空气首先进入一级低温预热器进行预热，升温的高压空气再进入一级加热器进行加热，然后进入一级余热加热器加热至高温状态，高温高压的压缩空气进入一级膨胀机进行膨胀发电，经过一级膨胀机的低压空气经过转换阀门进入二级低温预热器进行预热，升温的高压空气再进入二级加热器进行加热，然后进入二级余热加热器加热至高温状态，高温低压的压缩空气进入二级膨胀机再次进行膨胀发电；利用第一空气膨胀发电系统和第二空气膨胀发电系统的设计，实现将压缩的空气压力绝大部分或者全部释放，得到绝大部分或者全部储存能量，形成一次转换获得两次电力，使得系统储能利用率高。 2.根据权利要求 1 所述的基于工业压缩空气系统的储能系统，其特征在于：所述第一蓄热装置还包括有一级工质泵，所述一级工质泵设置于一级低温蓄热罐的输入端。 3.根据权利要求 1 所述的基于工业压缩空气系统的储能系统，其特征在于：所述第二蓄热装置还包括有二级工质泵，所述二级工质泵设置于二级低温蓄热罐的输入端。 4.根据权利要求 1 所述的基于工业压缩空气系统的储能系统，其特征在于：所述第一空气膨胀发电系统与第二空气膨胀发电系统串联设置。
说明书全文	基于工业压缩空气系统的储能系统技术领域 [0001] 本发明涉及基于工业压缩空气系统的储能系统领域技术，尤其是指一种基于工业压缩空气系统的储能系统。背景技术 [0002] 目前，已经发展的储能技术主要包括抽水蓄能、储热储能、压缩空气储能、蓄电池储能、超导磁能、飞轮储能和电容储能等，由于储能容量、储能周期、储能密度、系统寿命、经济性和环境友好性等原因，适合于大型商业系统运行的只有抽水蓄能、储热储能和压缩空气储能。 [0003] 现有技术中，一种温度自适应的蓄热式压缩空气储能系统，例如CN106438297B，其包括有多级空气压缩系统、储气系统、多级空气膨胀做功系统、梯级储热系统和热能梯级利用系统，实现对不同品质热能的梯级存储和利用，并实现对压缩空气和蓄热工质出口温度的自适应独立调节，释能开始时，通过一级再热器和二级再热器液侧进口与高温储液罐出口连接，空气储罐出口与一级再热器气侧进口连接，高温储热工质进入一级再热器内加热高压空气，加热后的高压空气进入一级膨胀机做功，一级膨胀机出口与二级再热器气侧进口连接，高压空气在二级再热器内吸收高温蓄热工质传递的热量后进入二级膨胀机做功，发电机与膨胀机输出轴连接，通过膨胀机做功驱动发电机产生电力，但是这种温度自适应的蓄热式压缩空气储能系统存在一下缺陷： [0004] 通过一系列的热量转换，加热的高压空气先提供给一级膨胀机做功，一级膨胀机在通过二级加热器传递给二级膨胀机最后传递给发电机产生电力，导致其完成一次转换后，仍有部分热量得不到充分利用回收，存在热能利用率低及其导致的系统运行效率降低。还有就是这种蓄热式压缩空气储能系统整体转换布置麻烦，系统流程不合理。 [0005] 因此，需要研究一种新的技术方案来解决上述问题。发明内容 [0006] 有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种基于工业压缩空气系统的储能系统，其在现有工业压缩空气系统基础上，通过增加空气增压系统构成压缩空气储能系统，减小了储能的投资，同时保证压缩空气使用的气源参数；实现将压缩的空气压力绝大部分或者全部释放，得到绝大部分或者全部储存能量，形成一次转换获得两次电力，使得系统储能利用率高，系统发电效率高；还有就是利用工业高温余热来加热压缩空气，增加储能系统发电效率的同时节能环保且减少碳排放。 [0007] 为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案： [0008] 一种基于工业压缩空气系统的储能系统，包括有空气增压系统、蓄热系统、空气膨胀发电系统和压缩空气储罐；所述空气增压系统的输出端通过蓄热系统衔接于空气膨胀发电系统的输入端；所述空气膨胀发电系统包括有第一空气膨胀发电系统和第二空气膨胀发电系统，所述蓄热系统包括有第一蓄热装置和第二蓄热装置； [0009] 所述空气增压系统包括空气压缩机、一级换热器、一级冷却器、增压压缩机、二级换热器和储气装置；所述空气压缩机的输出端连接于一级换热器的输入端，所述一级换热器的输出端连接于一级冷却器的输入端，所述一级冷却器的输出端连接于增压压缩机的输入端，所述增压压缩机的输出端连接于二级换热器的输入端，所述二级换热器的输出端连接于储气装置的输入端； [0010] 所述第一空气膨胀发电系统包括有一级低温预热器、一级加热器、一级余热加热器和一级膨胀机；所述一级低温预热器的输入端通过第一旁路管道连接于储气装置的输出端，所述第一旁路管道上还设置有用于控制压缩空气放气及发电储气阀门，所述一级低温预热器的输出端连接于一级加热器的输入端，所述一级加热器的输出端连接于一级余热加热器的输入端， [0011] 所述一级余热加热器的输出端连接于一级膨胀机的输入端； [0012] 所述第二空气膨胀发电系统包括有二级低温预热器、二级加热器、二级余热加热器和二级膨胀机；所述二级低温预热器的输入端连接于一级膨胀机的输出端，所述一级膨胀机的输出端通过第二旁路管道连接于压缩空气储罐，所述第二旁路管道上还设置有压缩空气阀门；所述二级低温预热器的输出端连接于二级加热器的输入端，所述二级加热器的输出端连接于二级余热加热器的输入端，所述二级余热加热器的输出端连接于二级膨胀机的输入端； [0013] 所述第二空气膨胀发电系统还包括有转换阀门，所述二级低温预热器的输入端通过第三旁路管道与一级膨胀机的输出端连接，所述转换阀门设置于二级低温预热器的输入端上， [0014] 所述第一蓄热装置包括有一级高温蓄热罐和一级低温蓄热罐，所述一级高温蓄热罐的输入端连接于一级换热器的输入端，所述一级高温蓄热罐的输出端连接于二级加热器，所述二级加热器的输出端还连接于一级低温蓄热罐的输出端，所述一级低温蓄热罐的输入端连接于一级换热器的输出端，构成循环； [0015] 所述第二蓄热装置包括有二级高温蓄热罐和二级低温蓄热罐；所述二级高温蓄热罐的输入端连接于二级换热器的输入端，所述二级换热器的输出端连接于一级加热器的输出端，所述一级加热器的输入端连接于二级低温蓄热罐的输出端，所述二级低温蓄热罐的输入端连接于二级换热器的输出端，构成循环； [0016] 当需要释放能量时打开储气阀门，高压空气首先进入一级低温预热器进行预热，升温的高压空气再进入一级加热器进行加热，然后进入一级余热加热器加热至高温状态，高温高压的压缩空气进入一级膨胀机进行膨胀发电，经过一级膨胀机的低压空气经过转换阀门进入二级低温预热器进行预热，升温的高压空气再进入二级加热器进行加热，然后进入二级余热加热器加热至高温状态，高温低压的压缩空气进入二级膨胀机再次进行膨胀发电；利用第一空气膨胀发电系统和第二空气膨胀发电系统的设计，实现将压缩的空气压力绝大部分或者全部释放，得到绝大部分或者全部储存能量，形成一次转换获得两次电力，使得系统储能利用率高。 [0017] 作为一种优选方案，所述第一蓄热装置还包括有一级工质泵，所述一级工质泵设置于一级低温蓄热罐的输入端。 [0018] 作为一种优选方案，所述第二蓄热装置还包括有二级工质泵，所述二级工质泵设置于二级低温蓄热罐的输入端。 [0019] 作为一种优选方案，所述第一空气膨胀发电系统与第二空气膨胀发电系统串联设置。 [0020] 本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，其主要是通过空气增压系统、蓄热系统和空气膨胀发电系统之间的配合，所述空气增压系统的输出端通过蓄热系统衔接于空气膨胀发电系统的输入端；在现有工业压缩空气系统基础上，通过增加空气增压系统构成压缩空气储能系统，减小了储能的投资，同时保证压缩空气使用的气源参数；以及利用第一空气膨胀发电系统和第二空气膨胀发电系统的设计，实现将压缩的空气压力绝大部分或者全部释放，得到绝大部分或者全部储存能量，形成一次转换获得两次电力，使得系统储能利用率高，系统发电效率高；还有就是一级低温预热器和二级低温预热器利用工业低温热水进行预热，以及一级余热加热器、二级余热加热器均利用工业高温余热来加热压缩空气，增加储能系统发电效率的同时节能环保且减少碳排放。解决了传统技术中其完成一次转换后，仍有部分热量得不到充分利用回收，存在热能利用率低及其导致的系统运行效率降低且蓄热式压缩空气储能系统整体转换布置麻烦，系统流程不合理的问题。 [0021] 为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。附图说明 [0022] 图1是本发明之实施例的连接结构及工艺流程示意图。 [0023] 附图标识说明： [0024] 11、空气压缩机12、一级换热器 [0025] 13、一级冷却器14、增压压缩机 [0026] 15、二级换热器16、储气装置 [0027] 17、储气阀门21、一级高温蓄热罐 [0028] 22、一级低温蓄热罐23、一级工质泵 [0029] 31、二级高温蓄热罐32、二级低温蓄热罐 [0030] 33、二级工质泵41、一级低温预热器 [0031] 42、一级加热器43、一级余热加热器 [0032] 44、一级膨胀机45、转换阀门 [0033] 46、二级低温预热器47、二级加热器 [0034] 48、二级余热加热器49、二级膨胀机 [0035] 51、压缩空气阀门52、压缩空气储罐。具体实施方式 [0036] 请参照图1所示，其显示出了本发明之实施例的具体结构。 [0037] 在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示方位和位置关系为基于附图或者正常佩戴使用时所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。 [0038] 一种基于工业压缩空气系统的储能系统，包括有空气增压系统、蓄热系统和空气膨胀发电系统。 [0039] 所述空气增压系统的输出端通过蓄热系统衔接于空气膨胀发电系统的输入端；所述空气膨胀发电系统包括有第一空气膨胀发电系统和第二空气膨胀发电系统，所述蓄热系统包括有第一蓄热装置和第二蓄热装置。优选地，所述第一空气膨胀发电系统与第二空气膨胀发电系统串联设置。 [0040] 所述空气增压系统包括空气压缩机11、一级换热器12、一级冷却器13、增压压缩机14、二级换热器15和储气装置16；所述空气压缩机11的输出端连接于一级换热器12的输入端，所述一级换热器12的输出端连接于一级冷却器13的输入端，所述一级冷却器13的输出端连接于增压压缩机14的输入端，所述增压压缩机14的输出端连接于二级换热器15的输入端，所述二级换热器15的输出端连接于储气装置16的输入端；空气从原压缩空气系统的空气压缩机11将空气升压后，低压空气首先进入一级换热器12进行换热，降温的低压空气再进入一级冷却器13进行冷却，冷却后的低压空气进入空气增压压缩机14进行增压。同样高压高温的压缩空气进入二级换热器15进行换热，降温的高压空气进入储气装置进行存储，同时由储气阀门17来控制压缩空气放气及发电。与其他工业压缩空气系统相比，利用了原有系统中的空气压缩空气系统，减少了投资。改进为储能系统后，同时会增强供气稳定性，减少压缩空气系统的运营费用。相对于其他的压缩空气系统，本系统带有储能功能，同时将工业系统中的余热全部利用起来，节能环保且减少碳排放，增加储能系统的发电效率；所述第一空气膨胀发电系统包括有一级低温预热器41、一级加热器42、一级余热加热器43和一级膨胀机44；所述一级低温预热器41的输入端连接于储气装置16的输出端，所述一级低温预热器41的输出端连接于一级加热器42的输入端，所述一级加热器42的输出端连接于一级余热加热器43的输入端，所述一级余热加热器43的输出端连接于一级膨胀机44的输入端；优选地，所述一级低温预热器41的输入端通过第一旁路管道连接于储气装置16的输出端，所述第一旁路管道上还设置有用于控制压缩空气放气及发电储气阀门17。 [0041] 当需要释放能量时打开储气阀门17，高压空气首先进入一级低温预热器41进行预热，升温的高压空气再进入一级加热器42进行加热，然后进入一级余热加热器43加热至高温状态，高温高压的压缩空气进入一级膨胀机44进行膨胀发电。经过一级膨胀机44的低压空气可以经过转换阀门45进入二级低温预热器46进行预热，升温的高压空气再进入二级加热器47进行加热，然后进入二级余热加热器48加热至高温状态，高温低压的压缩空气进入二级膨胀机49再次进行膨胀发电。一级低温预热器41热源来自于工业低温热水，如钢厂冲渣水和加热炉低压蒸汽等，将低温空气预热至40～70℃左右，充分利用工业难以利用的低温余热。空气经过一级低温预热器41后再进入一级加热器42，一级加热器42由空气蓄热系统提供热量，对空气再次提温。然后空气进入一级余热加热器43，一级余热加热器热源由工业高温余热提供，如水泥窑与钢厂的高温烟气，利用一级余热加热器43可以将此部分余热有效利用起来，加热压缩空气，提高储能发电效率。一级余热加热器43后的空气经过加热至较高温度，然后进入一级膨胀机44进行膨胀发电，所发电力提供给工业用户自身使用。高温高压空气经过一级膨胀机44后压力下降至压缩空气系统用气压力，成为低压空气，由转换阀门45和压缩空气阀门51控制去向下一环节。 [0042] 所述第二空气膨胀发电系统包括有二级低温预热器46、二级加热器47、二级余热加热器48和二级膨胀机49；所述二级低温预热器46的输入端连接于一级膨胀机44的输出端，所述二级低温预热器46的输出端连接于二级加热器47的输入端，所述二级加热器47的输出端连接于二级余热加热器48的输入端，所述二级余热加热器48的输出端连接于二级膨胀机49的输入端。所述第二空气膨胀发电系统还包括有转换阀门45，所述二级低温预热器46的输入端通过第三旁路管道与一级膨胀机44的输出端连接，所述转换阀门45设置于二级低温预热器46的输入端上。 [0043] 当需要储能放电时，转换阀门45打开，压缩空气阀门51关闭，低压空气经过二级低温预热器46后再进入二级加热器47，一级加热器由空气蓄热系统提供热量对空气再次提温。然后空气进入二级余热加热器48，同样二级余热加热器热源由工业高温余热提供，二级余热加热器48后的空气经过加热至较高温度，然后进入二级膨胀机49进行膨胀发电，所发电力提供给工业用户自身使用。 [0044] 所述第一蓄热装置包括有一级高温蓄热罐21和一级低温蓄热罐22，所述一级高温蓄热罐21的输入端连接于一级换热器12的输入端，所述一级高温蓄热罐21的输出端连接于二级加热器47，所述二级加热器47的输出端还连接于一级低温蓄热罐22的输出端，所述一级低温蓄热罐22的输入端连接于一级换热器12的输出端，构成循环；优选地，所述第一蓄热装置还包括有一级工质泵23，所述一级工质泵23设置于一级低温蓄热罐22的输入端。 [0045] 所述第二蓄热装置包括有二级高温蓄热罐31和二级低温蓄热罐32；所述二级高温蓄热罐31的输入端连接于二级换热器15的输入端，所述二级换热器15的输出端连接于一级加热器42的输出端，所述一级加热器42的输入端连接于二级低温蓄热罐32的输出端，所述二级低温蓄热罐32的输入端连接于二级换热器15的输出端，构成循环。优选地，所述第二蓄热装置还包括有二级工质泵33，所述二级工质泵33设置于二级低温蓄热罐32的输入端。 [0046] 还包括有压缩空气储罐52，所述一级膨胀机44的输出端通过第二旁路管道连接于压缩空气储罐52，所述第二旁路管道上还设置有压缩空气阀门51。 [0047] 本发明的设计重点在于，其主要是通过空气增压系统、蓄热系统和空气膨胀发电系统之间的配合，所述空气增压系统的输出端通过蓄热系统衔接于空气膨胀发电系统的输入端；在现有工业压缩空气系统基础上，通过增加空气增压系统构成压缩空气储能系统，减小了储能的投资，同时保证压缩空气使用的气源参数；以及利用第一空气膨胀发电系统和第二空气膨胀发电系统的设计，实现将压缩的空气压力绝大部分或者全部释放，得到绝大部分或者全部储存能量，形成一次转换获得两次电力，使得系统储能利用率高，系统发电效率高；还有就是一级低温预热器和二级低温预热器利用工业低温热水进行预热，以及一级余热加热器、二级余热加热器均利用工业高温余热来加热压缩空气，增加储能系统发电效率的同时节能环保且减少碳排放。解决了传统技术中其完成一次转换后，仍有部分热量得不到充分利用回收，存在热能利用率低及其导致的系统运行效率降低且蓄热式压缩空气储能系统整体转换布置麻烦，系统流程不合理的问题。 [0048] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

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