一种基于压缩空气-液体活塞热电储能系统及方法 |
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| 申请号 | CN202310763811.6 | 申请日 | 2023-06-27 | 公开(公告)号 | CN116792299A | 公开(公告)日 | 2023-09-22 |
| 申请人 | 重庆大学; | 发明人 | 闫云飞; 游敬翔; 靳瑞娥; 张承华; 吴金华; 薛宗国; 申开明; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于压缩空气‑液体 活塞 热电储能系统，包括 电动机 、空气 压缩机 、储热罐、高压空气库、节流 阀 、高压气阀、液体罐、排气阀、 单向阀 和 水 轮发 电机 ；空气压缩机与储热罐连接，储热罐与高压空气库相连， 节流阀 与高压气阀Ⅰ和高压气阀Ⅱ的一端连接，液体罐Ⅰ分别与高压气阀Ⅰ和单向阀的一端连接， 水轮发电机 的进水口与单向阀Ⅰ的另一端和单向阀Ⅲ的一端连接，水轮发电机的出水口与单向阀Ⅱ的一端和单向阀Ⅳ的另一端连接，液体罐Ⅱ与单向阀Ⅱ的另一端、单向阀Ⅲ的另一端和高压气阀Ⅱ的另一端连接。本发明在储能阶段利用低谷电或 可再生 能源 压缩空气进行储能，在用电高峰期通过压缩空气转换液体压 力 能带动 水轮机 发电进行释能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于压缩空气‑液体活塞热电储能系统，其特征在于，包括电动机(1)、空气压缩机(2)、储热罐(3)、高压空气库(4)、节流阀(5)、高压气阀Ⅰ(6)、高压气阀Ⅱ(7)、液体罐Ⅰ(8)、液体罐Ⅱ(9)、单向阀Ⅰ(12)、水轮发电机(13)、单向阀Ⅱ(14)、单向阀Ⅲ(15)和单向阀Ⅳ(16)； |
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| 说明书全文 | 一种基于压缩空气‑液体活塞热电储能系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及储能领域，具体涉及一种基于压缩空气‑液体活塞热电储能系统及方法。 背景技术[0002] 近年来，建设以新能源为基础的新电力系统是重点问题。然而，新能源发电的间歇性和不确定特性，且随着电网峰谷差的逐步拉大，这一问题更加突出。因此发展新型的大型储能技术以保证新能源并网需求，提高其经济性与安全性迫在眉睫。 [0003] 压缩空气储能是指在电网峰谷负荷下，利用间歇性可再生能源或压缩空气，在高峰时段释放压缩空气驱动膨胀机做功发电的储能和供电系统。作为一种极具发展潜力的物理储能技术，能够实现可再生能源发电削峰填谷、平滑输出功率，具有储能密度高、灵活性好、成本低、使用寿命长等优点，已成为储能技术的研究热点之一。 发明内容[0005] 同时，本发明还提供了一种基于压缩空气‑液体活塞热电储能方法。 [0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案： [0007] 一种基于压缩空气‑液体活塞热电储能系统，包括电动机、空气压缩机、储热罐、高压空气库、节流阀、高压气阀Ⅰ、高压气阀Ⅱ、液体罐Ⅰ、液体罐Ⅱ、排气阀Ⅰ、排气阀Ⅱ、单向阀Ⅰ、水轮发电机、单向阀Ⅱ、单向阀Ⅲ和单向阀Ⅳ； [0008] 所述电动机与空气压缩机相连，所述空气压缩机与储热罐连接，所述储热罐与高压空气库相连，所述高压空气库与节流阀的一端连接，所述节流阀的另一端分别与高压气阀Ⅰ和高压气阀Ⅱ的一端连接，所述液体罐Ⅰ分别与高压气阀Ⅰ的另一端、单向阀Ⅰ的一端和单向阀Ⅳ的一端连接，所述水轮发电机的进水口分别与单向阀Ⅰ的另一端和单向阀Ⅲ的一端连接，所述水轮发电机的出水口分别与单向阀Ⅱ的一端和单向阀Ⅳ的另一端连接，所述液体罐Ⅱ分别与单向阀Ⅱ的另一端、单向阀Ⅲ的另一端和高压气阀Ⅱ的另一端连接。 [0009] 作为本发明的一种优选方案，所述液体罐Ⅰ还与排气阀Ⅰ连接，所述液体罐Ⅱ还与排气阀Ⅱ连接。 [0010] 作为本发明的一种优选方案，所述高压空气库包括盐穴、废弃矿井或高压储气装置。 [0011] 一种基于压缩空气‑液体活塞热电储能方法，在该方法中采用了上述的基于压缩空气‑液体活塞热电储能系统； [0012] 该方法包括储能阶段和释能阶段： [0013] 储能阶段开始之前，向液体罐内装满液体，向液体罐内装入少量液体； [0014] 储能阶段：通过电动机带动空气压缩机压缩空气，储存于高压空气库中；将高压空气热量通过储热介质储存于储热罐中； [0015] 释能阶段：释能阶段分为两个阶段； [0016] 释能第一阶段，打开节流阀、高压气阀Ⅰ、排气阀Ⅱ、单向阀Ⅰ和单向阀Ⅱ，空气充当气体活塞压缩液体罐中的液体经单向阀Ⅰ带动水轮发电机进行发电，水轮发电机流出的水经过单向阀Ⅱ汇入液体罐中； [0017] 释能第二阶段，随着液体罐中液体减少，不满足水轮发电机的运行要求时，关闭高压气阀Ⅰ、排气阀Ⅱ、单向阀Ⅰ和单向阀Ⅱ，打开排气阀Ⅰ、高压气阀Ⅱ、单向阀Ⅲ和单向阀Ⅳ，液体罐中的液体在重力势能作用下经单向阀Ⅲ带动水轮发电机进行发电，水轮发电机流出的水经过单向阀Ⅳ汇入液体罐中。 [0018] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果： [0021] 图1为一种基于压缩空气‑液体活塞热电储能系统的结构示意图。 [0022] 图中：1—电动机；2—空气压缩机；3—储热罐；4—高压储气库；5—节流阀；6—高压气阀Ⅰ；7—高压气阀Ⅱ；8—液体罐Ⅰ；9—液体罐Ⅱ；10—排气阀Ⅰ；11—排气阀Ⅱ；12—单向阀Ⅰ；13—水轮发电机；14—单向阀Ⅱ；15—单向阀Ⅲ；16—单向阀Ⅳ。 [0023] 图中为━━━→释能第一阶段的流经路线；┄ ┄ ┄→为释能第二阶段的流经路线。 具体实施方式[0024] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。 [0025] 如图1所示，一种基于压缩空气‑液体活塞热电储能系统，包括电动机1、空气压缩机2、储热罐3、高压空气库4、节流阀5、高压气阀Ⅰ6、高压气阀Ⅱ7、液体罐Ⅰ8、液体罐Ⅱ9、排气阀Ⅰ10、排气阀Ⅱ11、单向阀Ⅰ12、水轮发电机13、单向阀Ⅱ14、单向阀Ⅲ15和单向阀Ⅳ16。电动机1与空气压缩机2相连，空气压缩机2与储热罐3连接，储热罐3与高压空气库4相连，高压空气库4与节流阀5的一端连接，节流阀5的另一端分别与高压气阀Ⅰ6和高压气阀Ⅱ7的一端连接，液体罐Ⅰ8分别与排气阀Ⅰ10的一端、高压气阀Ⅰ6的另一端、单向阀Ⅰ12的一端和单向阀Ⅳ16的一端连接，水轮发电机13的进水口分别与单向阀Ⅰ12的另一端和单向阀Ⅲ15的一端连接，水轮发电机13的出水口分别与单向阀Ⅱ14的一端和单向阀Ⅳ16的另一端连接，液体罐Ⅱ9分别与排气阀Ⅱ11的一端、单向阀Ⅱ14的另一端、单向阀Ⅲ15的另一端和高压气阀Ⅱ7的另一端连接。高压空气库4包括盐穴、废弃矿井或高压储气装置。 [0026] 一种基于压缩空气‑液体活塞热电储能方法，在该方法中采用了上述的基于压缩空气‑液体活塞热电储能系统。该方法包括储能阶段和释能阶段： [0027] 储能阶段开始之前，向液体罐8内装满液体，向液体罐9内装入少量液体。 [0028] 储能阶段：通过电动机1带动空气压缩机2压缩空气，储存于高压空气库4中；将高压空气热量通过储热介质储存于储热罐3中。 [0029] 释能阶段：释能阶段分为两个阶段； [0030] 释能第一阶段，打开节流阀5、高压气阀Ⅰ6、排气阀Ⅱ11、单向阀Ⅰ12和单向阀Ⅱ14，空气充当气体活塞压缩液体罐8中的液体经单向阀Ⅰ12带动水轮发电机13进行发电，水轮发电机13流出的水经过单向阀Ⅱ14汇入液体罐9中。 [0031] 释能第二阶段，随着液体罐8中液体减少，不满足水轮发电机13的运行要求时，关闭高压气阀Ⅰ6、排气阀Ⅱ11、单向阀Ⅰ12和单向阀Ⅱ14，打开排气阀Ⅰ10、高压气阀Ⅱ7、单向阀Ⅲ15和单向阀Ⅳ16，液体罐9中的液体在重力势能作用下经单向阀Ⅲ15带动水轮发电机13进行发电，水轮发电机13流出的水经过单向阀Ⅳ16汇入液体罐8中。 [0033] 为了进一步提升压缩空气储能系统效率、发电功率和规模，提出了一种基于压缩空气‑液体活塞热电储能系统及方法，以实现压缩空气储能技术与国产化设备设计和生产水平的契合，从而降低投资成本、促进压缩空气储能在国内的工程应用。本发明在储能阶段利用低谷电或可再生能源(太阳能、风能等)压缩空气进行储能，在用电高峰期通过压缩空气转换液体压力能带动水轮机发电进行释能。通过热电分储，本发明可最大程度地实现低谷电和可再生能源的及时消纳，大幅提高压缩空气储能电站的发电功率和规模，提高该系统稳定性和能源利用效率。传统抽水蓄能电站，单位造价6000‑7000元/kW，效率65‑75％；压缩空气储能电站单位造价5000‑6000元/kW，效率50‑60％；基于压缩空气‑液体活塞热电储能系统及方法电站单位造价5000‑7000元/kW，效率60‑70％。与压缩空气储能相比，由于液体能量密度的提升，低谷电或可再生能源的能源消纳速率、高压储气库利用效率、电站规模得到大幅提升。 |
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