压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统

1.本发明涉及压缩空气储能技术领域，尤其涉及一种压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统。


背景技术：

2.绝热压缩空气储能技术为一种新兴的储能技术，其原理主要是利用低谷期的电能活不能消纳的风电、光电等清洁能源驱动电动机使空气经过压缩机后压缩为高压的空气储存在储气罐中。
3.现有技术中，绝热压缩空气储能系统在压缩机之间增加了级间换热器，将压缩过程产生的压缩热储存起来用于膨胀放气过程对空气的加热；在用电高峰期时，高压的空气从储气罐内出来经过级间换热器，把低温空气加热后再驱动膨胀机做功并带动发电机发电。绝热压缩空气储能技术由于添加了级间换热器用来吸收压缩热，使得在膨胀过程中减少了天然气的燃烧，减少了二次碳排放。但系统存在着如下缺陷：
4.压缩过程中，被蓄热介质吸收并被储存起来的大量的压缩热在用于膨胀放电过程中对空气的加热时，所储存的大量压缩热是不能够被膨胀的空气全部吸收利用的；储存的压缩热会在高温储热罐中留有剩余，该部分剩余的压缩热需要通过外部冷却才能保证下次循环中的冷却效果；
5.压缩过程中，吸收的热量会使高温导热介质的温度在400k以上，这部分热量在压缩空气储能系统中只是被用来加热空气用来膨胀发电所用，系统无法将该部分热能进行回收利用；
6.膨胀放电过程中，高压级膨胀机中做完功的空气往往温度较低，但系统直接将低温空气通入下一级换热器再次进行加热，不仅会导致系统耗能增加，还会导致该部分气体冷量的浪费。
7.即，现有技术中的绝热压缩空气储能系统在工作过程中能量利用率低。


技术实现要素：

8.本发明提供一种压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，用以解决现有技术中绝热压缩空气储能系统能量利用率低的技术缺陷，提升系统能量利用率。
9.本发明提供一种压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，包括储能系统和冷却系统：
10.所述储能系统包括空气压缩冷却模块、储气装置、第一储热装置、第二储热装置、空气加热模块和发电模块；
11.所述冷却系统包括发生器模块、回热器模块、吸收器模块、冷凝装置和蒸发装置；
12.所述空气压缩冷却模块、所述储气装置、所述空气加热模块和所述发电模块依次连接；所述第一储热装置、所述空气压缩冷却模块、所述第二储热装置和所述空气加热模块依次连接；所述第二储热装置、所述发生器模块、所述冷凝装置、所述蒸发装置和所述吸收
器模块依次连接；所述第二储热装置、所述发生器模块、所述回热器模块、所述吸收器模块、所述空气加热模块和所述发电模块依次连接。
13.根据本发明提供的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，所述发生器模块包括至少一个发生器，当包括多个所述发生器时，所有所述发生器依次连接；
14.所述回热器模块包括与所述发生器数量一一对应的回热器，所述回热器与所述发生器一一对应连接；
15.所述吸收器模块包括至少一个吸收器，当包括多个所述吸收器时，所有的所述吸收器依次连接。
16.根据本发明提供的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，所述吸收器模块分别与每个所述回热器连接；所述吸收器模块分别与每个所述回热器之间设有增压泵。
17.根据本发明提供的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，所述空气压缩冷却模块包括至少一级空气压缩冷却单元，每级所述空气压缩冷却单元包括依次连接的空气压缩装置和空气冷却装置；
18.当包括多级所述空气压缩冷却单元时，所有所述空气压缩冷却单元依次连接；所述储气装置与最后一级所述空气压缩冷却单元中的所述空气冷却装置连接；所述第一储热装置分别与每级所述空气压缩冷却单元中的所述空气冷却装置连接，所述第二储热装置与每级所述空气压缩冷却单元中的所述空气冷却装置连接。
19.根据本发明提供的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，所述空气压缩冷却模块还包括用于驱动所述空气压缩装置的电动机。
20.根据本发明提供的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，所述空气加热模块包括至少一个空气加热装置，当包括多个所述空气加热装置时，所述第二储热装置分别与每个所述空气加热装置连接，所述吸收器模块分别与每个所述空气加热装置连接。
21.根据本发明提供的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，所述发电模块包括膨胀机和发电装置，所述膨胀机与所述发电装置连接，所述膨胀机与所述空气加热装置数量一一对应，且所述膨胀机与所述空气加热装置一一对应连接。
22.根据本发明提供的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，所述发电模块与所述吸收器模块之间设有预热装置。
23.根据本发明提供的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，所述回热器模块与所述吸收器模块之间设有第一节流阀。
24.根据本发明提供的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，所述冷凝装置与所述蒸发装置之间设有第二节流阀。
25.本发明提供的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，通过将储能系统和冷却系统耦合起来，通过空气压缩冷却模块能够将空气压缩冷却后送入储气装置中，并通过第二储热装置和空气加热模块之间的储热介质流动对空气进行加热，加热后的空气经发电模块进行发电，冷却系统能够使膨胀发电后剩余在储热装置中的压缩热用于对吸收式制冷提供热量，解决了压缩热的剩余问题，且无需等到储热装置中的高温导热介质自然冷却，缩短系统运行周期，提高了系统的效率；膨胀发电过程中产生的低温空气被用于
给用户提供冷量，使得系统的冷量得到有效利用，提升了系统的能量利用率。
26.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本发明提供的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统实施例的示意图。
29.附图标记：
30.1、储气装置；2、第一储热装置；3、第二储热装置；4、冷凝装置；5、蒸发装置；6、电动机；7、第一空气压缩装置；8、第一空气冷却装置；9、第二空气压缩装置；10、第二空气冷却装置；11、第三空气压缩装置；12、第三空气冷却装置；13、第一空气加热装置；14、第二空气加热装置；15、第三空气加热装置；16、第一膨胀机；17、第二膨胀机；18、第三膨胀机；19、发电装置；20、第一发生器；21、第二发生器；22、第一回热器；23、第二回热器；24、第一吸收器；25、第二吸收器；26、第一增压泵；27、第二增压泵；28、预热装置；29、第一节流阀；30、第二节流阀；31、辅助压缩机。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.下面结合图1描述本发明的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统。
33.如图1所示，为本发明提供的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统实施例的示意图。本实施例的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，包括储能系统和冷却系统：
34.储能系统包括空气压缩冷却模块、储气装置1、第一储热装置2、第二储热装置3、空气加热模块和发电模块，第一储热装置2用于储存温度较低的低温储热介质，第二储热装置3用于储存温度较高的高温储热介质，压缩储能过程中，将第一储热装置2中的低温储热介质通入空气压缩冷却模块中的空气冷却装置中与空气发生热交换即可对空气进行降温，膨胀释能过程中，将第二储热装置中的高温储热介质通入空气加热模块中与空气发生热交换即可对空气进行升温；
35.冷却系统包括发生器模块、回热器模块、吸收器模块、冷凝装置4和蒸发装置5；
36.空气压缩冷却模块、储气装置1、空气加热模块和发电模块依次连接；第一储热装置2、空气压缩冷却模块、第二储热装置3和空气加热模块依次连接；第二储热装置3、发生器
模块、冷凝装置4、蒸发装置5和吸收器模块依次连接；第二储热装置3、发生器模块、回热器模块、吸收器模块、空气加热模块和发电模块依次连接。
37.具体地，本实施例中，各部件/装置的连接关系如下：
38.空气压缩冷却模块包括电动机6和依次连接的三个空气压缩冷却单元，每个空气压缩单元包括依次连接的空气压缩装置和空气冷却装置，电动机6用于驱动空气压缩装置运行，分别为第一空气压缩装置7、第一空气冷却装置8、第二空气压缩装置9、第二空气冷却装置10、第三空气压缩装置11和第三空气冷却装置12，第一空气压缩装置7、第一空气冷却装置8、第二空气压缩装置9、第二空气冷却装置10、第三空气压缩装置11和第三空气冷却装置12依次连接形成梯级的空气压缩冷却模块，第三空气冷却装置12与储气装置1连接，空气经过三级压缩冷却后达到设定的温度和压力，便于使压缩冷却后的空气储存在储气装置1内；空气加热模块包括第一空气加热装置13、第二空气加热装置14和第三空气加热装置15；发电模块包括第一膨胀机16、第二膨胀机17、第三膨胀机18和与第一膨胀机16、第二膨胀机17、第三膨胀机18连接的发电装置19；
39.发生器模块包括依次连接的第一发生器20(高压发生器)和第二发生器21(低压发生器)；回热器模块包括第一回热器22和第二回热器23；吸收器模块包括第一吸收器24和第二吸收器25。第二吸收器25分别与第一回热器22和第二回热器23连接，且第二吸收器25与第一回热器22和第二回热器23连接的管路上分别设有第一增压泵26和第二增压泵27。第二吸收器25分别与第一空气加热装置13、第二空气加热装置14和第三空气加热装置15连接。第二吸收器25与第一膨胀机16之间设有预热装置28，第一回热器22和第二回热器23的出口端相互连接后与第一吸收器24连接，且第一回热器22和第二回热器23的出口端相互连接后与第一吸收器24连接的管路上设有第一节流阀29。第二储热装置3、第一发生器20、第二发生器21、冷凝装置4、蒸发装置5、第二吸收器25和第一吸收器24依次连接，且冷凝装置4与蒸发装置5之间设有第二节流阀30，蒸发装置5与第二吸收器25之间设有辅助压缩机31。
40.下面就本实施例的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统的工作过程进行具体说明，请参照附图1。
41.压缩储能过程中，电动机6驱动分别驱动第一空气压缩装置7、第二空气压缩装置9和第三空气压缩装置11工作，常温常压的空气进入第一空气压缩装置7后被压缩为高温高压的压缩空气，该高温高压的空气在经过第一空气冷却装置8后被冷却为低温空气，冷却后的低温空气再依次通过第二空气压缩装置9、第二空气冷却装置10、第三空气压缩装置11和第三空气冷却装置12重复以上压缩冷却过程，此过程中，第一储热装置2中的储热介质可分别进入第一空气冷却装置8、第二空气冷却装置10和第三空气冷却装置12中对经压缩后的高温高压空气进行冷却，冷却后的高压空气被通入储气装置1内储存，与空气换热后的储热介质则被通入第二储热装置3内。需要说明的是，空气压缩冷却单元的级数可根据实际情况进行调节，可以为一级，也可以为多级。
42.膨胀释能过程中，储气装置1中的空气首先被通入第一空气加热装置13中，第二储热装置3中的储热介质进入第一空气加热装置13与空气进行热交换使空气温度升高，温度达标后，高温高压空气首先被通入第一膨胀机16中膨胀做功，并驱动发电装置19发电，与空气换热后温度降低的储热介质进入第一储热装置2中；膨胀做功完成的空气首先会通过预热装置28并与其中的冷却水进行换热，通过降低冷却水的温度来达到制冷以及预热空气的
效果，完成预热后的空气会进入第一吸收器24中再次进行换热，以进一步提升空气温度，换热完成后的空气进入第二空气加热装置14中进行加热，加热完成后的空气进入第二膨胀机17中膨胀做功，并驱动发电装置19发电，第二膨胀机17中做功完成后的空气会再次进入第一吸收器24中进行换热，以提升空气温度，提升温度后的空气随后进入第三膨胀机18中膨胀做功，并驱动发电装置19发电。此过程中，空气在进入第一膨胀机16、第二膨胀机17和第三膨胀机18时压强逐渐降低，具体为高压-中压-低压，每一级空气加热装置中，空气通过第二储热装置3中的储热介质与空气换热，从而对空气进行加热，换热完成后的储热介质进入第一储热装置2中进行储存，以对压缩储能过程中的高温空气进行冷却。
43.本实施例的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统在工作过程中，制冷系统会产生两种工质的循环，分别为制冷剂工质循环和溶液工质循环。
44.制冷剂工质循环中，通过从第二储热装置3中未被利用的高温储热介质来加热第一发生器20和第二发生器21，使两个发生器内的制冷剂通过加热蒸发为气体，蒸发为气体的制冷剂进入冷凝装置4中进行冷凝放热后再次变为液体，该制冷剂通过第二节流阀30后降温降压进入蒸发装置5，在蒸发装置5中，制冷剂通过蒸发吸热的原理与冷却水进行换热以达到制冷与再次将制冷剂蒸发为气体的效果，蒸发为气体的制冷剂通过辅助压缩装置进行第一吸收器24和第二吸收器25中，通过低温状态的高浓度吸收剂吸收气体状态的制冷剂；
45.溶液循环中，经第二储热装置3中的高温储热介质加热后的第一发生器20和第二发生器21中的溶液分别通过第一回热器22和第二回热器23后完成溶液的换热，在两个回热器中被降温的溶液会合流通过第一节流阀29降温后依次进入第一吸收器24和第二吸收器25中用以吸收制冷剂，而在第二吸收器25中完成制冷剂的吸收的混合溶液会通过第一增压泵26和第二增压泵27分别经过第一回热器22和第二回热器23中被加热后再次储存在第一发生器20和第二发生器21中。
46.如此，即完成了制冷系统中的制冷剂循环和溶液循环。
47.通过以上实施例的描述可知，本发明的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统具备如下优点：
48.本发明将压缩空气储能系统与吸收式制冷系统耦合起来，通过使用在膨胀发电后剩余在第二储热装置中的压缩热来给吸收式制冷提供热量，使吸收式制冷可以正常运行；通过该系统解决了压缩热的剩余问题，使得系统不用等待第二储热装置中的高温储热介质自然冷却，从而节省了大量的时间，缩短了系统的运行周期；并且在膨胀发电过程中产生的低温空气被用于给用户提供冷量，使得系统的冷量得到有效利用，从而提升了系统的能量利用率，有效的提高了系统的效率。
49.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，其特征在于，包括储能系统和冷却系统：所述储能系统包括空气压缩冷却模块、储气装置、第一储热装置、第二储热装置、空气加热模块和发电模块；所述冷却系统包括发生器模块、回热器模块、吸收器模块、冷凝装置和蒸发装置；所述空气压缩冷却模块、所述储气装置、所述空气加热模块和所述发电模块依次连接；所述第一储热装置、所述空气压缩冷却模块、所述第二储热装置和所述空气加热模块依次连接；所述第二储热装置、所述发生器模块、所述冷凝装置、所述蒸发装置和所述吸收器模块依次连接；所述第二储热装置、所述发生器模块、所述回热器模块、所述吸收器模块、所述空气加热模块和所述发电模块依次连接。2.根据权利要求1所述的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，其特征在于，所述发生器模块包括至少一个发生器，当包括多个所述发生器时，所有的所述发生器依次连接；所述回热器模块包括与所述发生器数量一一对应的回热器，所述回热器与所述发生器一一对应连接；所述吸收器模块包括至少一个吸收器，当包括多个所述吸收器时，所有的所述吸收器依次连接。3.根据权利要求2所述的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，其特征在于，所述吸收器模块分别与每个所述回热器连接；所述吸收器模块与每个所述回热器之间分别设有增压泵。4.根据权利要求1所述的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，其特征在于，所述空气压缩冷却模块包括至少一级空气压缩冷却单元，每级所述空气压缩冷却单元包括依次连接的空气压缩装置和空气冷却装置；当包括多级所述空气压缩冷却单元时，所有所述空气压缩冷却单元依次连接；所述储气装置与最后一级所述空气压缩冷却单元中的所述空气冷却装置连接；所述第一储热装置分别与每级所述空气压缩冷却单元中的所述空气冷却装置连接，所述第二储热装置与每级所述空气压缩冷却单元中的所述空气冷却装置连接。5.根据权利要求4所述的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，其特征在于，所述空气压缩冷却模块还包括用于驱动所述空气压缩装置的电动机。6.根据权利要求1所述的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，其特征在于，所述空气加热模块包括至少一个空气加热装置，当包括多个所述空气加热装置时，所述第二储热装置分别与每个所述空气加热装置连接，所述吸收器模块分别与每个所述空气加热装置连接。7.根据权利要求6所述的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，其特征在于，所述发电模块包括膨胀机和发电装置，所述膨胀机与所述发电装置连接，所述膨胀机与所述空气加热装置数量一一对应，且所述膨胀机与所述空气加热装置一一对应连接。8.根据权利要求1-7任一项所述的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，其特征在于，所述发电模块与所述吸收器模块之间设有预热装置。9.根据权利要求1-7任一项所述的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系
统，其特征在于，所述回热器模块与所述吸收器模块之间设有第一节流阀。10.根据权利要求1-7任一项所述的压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，其特征在于，所述冷凝装置与所述蒸发装置之间设有第二节流阀。

技术总结
本发明提供一种压缩空气储能和压缩吸收式制冷结合的冷电联产系统，包括储能系统和冷却系统：储能系统包括空气压缩冷却模块、储气装置、第一储热装置、第二储热装置、空气加热模块和发电模块；冷却系统包括发生器模块、回热器模块、吸收器模块、冷凝装置和蒸发装置；空气压缩冷却模块、储气装置、空气加热模块和发电模块依次连接；第一储热装置、空气压缩冷却模块、第二储热装置和空气加热模块依次连接；第二储热装置、发生器模块、冷凝装置、蒸发装置和吸收器模块依次连接；第二储热装置、发生器模块、回热器模块、吸收器模块、空气加热模块和发电模块依次连接。解决了现有技术中绝热压缩空气储能系统能量利用率低的缺陷，提升了系统能量利用率。量利用率。量利用率。


技术研发人员：谢宁宁 梅生伟 薛小代 孙长平 雷肖 卢强 王亚洲 尹立坤 蔺新星 郑志美
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.01.09
技术公布日：2023/5/16