基于压缩空气储能的冷电联供系统的制作方法

1.本实用新型涉及储能技术领域，尤其涉及一种基于压缩空气储能的冷电联供系统。


背景技术：

2.随着社会经济的增长，对冷负荷的需求越来越大，尤其数据中心和食品等行业常年需要供冷和供电，目前，大型冷负荷主要由冷水机组提供，电能主要由电网提供，这种分别供能的方式会消耗大量的高价峰值电，用电成本较高。
3.因此，亟需提出一种基于压缩空气储能的冷电联供系统，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种基于压缩空气储能的冷电联供系统，能够充分利用低价谷电，降低了用电成本，并且充分利用了系统中的低品位热量，提高了系统能量利用的总效率。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.基于压缩空气储能的冷电联供系统，包括压缩系统、制冷系统、常温储热罐、高温储热罐、储气系统、膨胀发电系统和蓄冷系统；
7.所述压缩系统包括压缩机和第一换热器，所述压缩机设有空气入口，所述压缩机的出口与所述第一换热器的第一进口连通，所述第一换热器的第一出口与所述储气系统的进口连通，所述常温储热罐的出口与所述第一换热器的第二进口连通，所述第一换热器的第二出口与所述制冷系统的第一进口连通，所述制冷系统的第一出口与所述高温储热罐的进口连通，所述制冷系统的第二进口与回水管路连通，所述制冷系统的第二出口与供水管路连通；
8.所述膨胀发电系统包括再热器、膨胀机和第二换热器，所述储气系统的出口与所述再热器的第一进口连通，所述再热器第一出口与所述膨胀机的进口连通，所述膨胀机的出口与所述第二换热器的第一进口连通，所述高温储热罐的出口与所述再热器的第二进口连通，所述再热器的第二出口与所述常温储热罐的进口连通，所述第二换热器的第二进口与所述回水管路连通，所述第二换热器的第二出口与所述供水管路连通；
9.所述蓄冷系统包括蓄冷罐，所述蓄冷罐通过第一管路与所述供水管路连通，所述蓄冷罐通过第二管路与所述回水管路连通。
10.可选地，所述压缩系统包括多个压缩机和多个第一换热器，一个压缩机和一个第一换热器为一组压缩机组，所述压缩系统包括多组压缩机组，多组所述压缩机组之间依次串联。
11.可选地，所述膨胀发电系统包括多个再热器、多个膨胀机和多个第二换热器，一个所述再热器、一个所述膨胀机和一个所述第二换热器为一组发电机组，所述膨胀发电系统包括多组发电机组，多组所述发电机组之间依次串联。
12.可选地，还包括第三换热器，所述第一换热器的第一出口与所述第三换热器第一进口连通，所述第三换热器的第一出口与所述储气系统的进口连通。
13.可选地，还包括冷凝器，所述再热器的第二出口与所述冷凝器的第一进口连通，所述冷凝器的第一出口与所述常温储热罐的进口连通。
14.可选地，所述制冷系统为溴化锂制冷机。
15.可选地，所述常温储热罐内设有蓄热介质。
16.可选地，所述蓄冷系统还包括第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第六电动阀和第七电动阀；
17.所述第一电动阀的进口与所述供水管路连通，所述第一电动阀的出口与所述第二电动阀的进口连通，所述第二电动阀的出口与所述蓄冷罐的第一口连通，所述蓄冷罐的第二口与所述第三电动阀的进口连通，所述第三电动阀的出口与所述第四电动阀的进口连通，所述第四电动阀的出口与所述回水管路连通，所述第五电动阀的进口与所述第一电动阀的出口连通，所述第五电动阀的出口与所述第四电动阀的进口连通，所述第六电动阀的进口与所述第三电动阀的出口连通，所述第六电动阀的出口与所述供水管路连通，所述第七电动阀的进口与所述蓄冷罐的第二口连通，所述第七电动阀的出口与所述回水管路连通。
18.本实用新型的有益效果：
19.本实用新型提供一种基于压缩空气储能的冷电联供系统，包括压缩系统、制冷系统、常温储热罐、高温储热罐、储气系统、膨胀发电系统和蓄冷系统。在用电低谷时，电能驱动压缩系统做功，与制冷系统联合实现供冷，并将压缩空气储存在储气系统中；在用电高峰时，储气系统中的压缩空气经过再热器预热后进入膨胀机做功并驱动发电机发电，减少了高价电的使用，同时对外供冷。通过将压缩系统与制冷系统相结合，一方面，能够在用电高峰，即高电价时间段释能发电，降低了用电成本；另一方面，有效实现了能量的阶梯利用，提高了能源利用率，且空气属于清洁能源，不会对环境造成污染，有利于保护环境。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
21.图1是本实用新型实施例提供的基于压缩空气储能的冷电联供系统的结构示意图。
22.图中：
23.1、压缩系统；11、压缩机；12、第一换热器；2、制冷系统；21、供水管路；22、回水管路；3、常温储热罐；4、高温储热罐；5、储气系统；6、膨胀发电系统；61、再热器；62、膨胀机；63、第二换热器；7、蓄冷系统；70、蓄冷罐；71、第一电动阀；72、第二电动阀；73、第三电动阀；74、第四电动阀；75、第五电动阀；76、第六电动阀；77、第七电动阀；78、供冷水泵；8、第三换热器；9、冷凝器。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
25.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
27.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
28.本实施例提供一种基于压缩空气储能的冷电联供系统，能够充分利用低价谷电，降低了用电成本，并且充分利用了系统中的低品位热量，提高了系统能量利用的总效率。
29.具体地，如图1所示，该基于压缩空气储能的冷电联供系统包括压缩系统1、制冷系统2、常温储热罐3、高温储热罐4、储气系统5、膨胀发电系统6和蓄冷系统7。其中，压缩系统1包括压缩机11和第一换热器12，压缩机11设有空气入口，压缩机11的出口与第一换热器12的第一进口连通，第一换热器12的第一出口与储气系统5的进口连通，常温储热罐3的出口与第一换热器12的第二进口连通，第一换热器12的第二出口与制冷系统2的第一进口连通，空气经压缩机11压缩温度升高，与第一换热器12进行换热后，将冷能储存在储气系统5中。制冷系统2的第一出口与高温储热罐4的进口连通，制冷系统2产生的热储存在高温储热罐4中，在本实施例中，高温储热罐4中为热水。制冷系统2的第二进口与回水管路22连通，制冷系统2的第二出口与供水管路21连通，常温水通过回水管路22输送给制冷系统2，经制冷系统2工作后将冷水通过供水管路21供给用户。膨胀发电系统6包括再热器61、膨胀机62和第二换热器63，储气系统5的出口与再热器61的第一进口连通，再热器61的第一出口与膨胀机62的进口连通，膨胀机62的出口与第二换热器63的第一进口连通，膨胀机62的出口排出废气。高温储热罐4的出口与再热器61的第二进口连通，再热器61的第二出口与常温储热罐3的进口连通。第二换热器63的第二进口与回水管路22连通，第二换热器63的第二出口与供水管路21连通。蓄冷系统7包括蓄冷罐70，蓄冷罐70通过第一管路与供水管路21连通，蓄冷罐70通过第二管路与回水管路22连通，当供水管路21中的冷能富余时，通过第一管路将冷水储存在蓄冷罐70内，蓄冷罐70内多余的温水从第二管路排入回水管路22；当供水管路21中的冷能不足时，通过第一管路将冷能释放进供水管路21供用户使用。通过设置蓄冷系统
7，能够避免冷量的浪费，有利于降低上述基于压缩空气储能的冷电联供系统的总能耗，节约电力资源。
30.为了便于理解，现对上述基于压缩空气储能的冷电联供系统的工作过程进行简单介绍：
31.储能时，常压空气由压缩机11压缩后，通过第一换热器12冷却降温，随后存储于储气系统5中，从常温储热罐3输出的蓄热介质在第一换热器12中升温后，进入制冷系统2中，作为制冷系统2的动力源，制冷系统2排出的蓄热介质进入高温储热罐4中储存。储能在低谷电价时进行，有利于降低电力成本。
32.释能时，储气系统5排出压缩空气，压缩空气进入再热器61中，高温储热罐4中输出的蓄热介质与上述压缩空气换热，加热后的压缩空气进入膨胀机62中膨胀做功，随后进入第二换热器63中与供水管路21换热，最后排入大气，换热后的蓄热介质进入常温储热罐3中储存。释能在高电价时进行，降低高价电的使用，有利于降低电力成本。通过设置第二换热器63，能够充分利用经膨胀机62做功后的压缩气体的冷能为用户供冷，提高了上述基于压缩空气储能的冷电联供系统的能量利用总效率。
33.优选地，在本实施例中，压缩系统1包括多个压缩机11和多个第一换热器12，一个压缩机11和一个第一换热器12为一组压缩机组，压缩系统1包括多组压缩机组，多组压缩机组之间依次串联。通过设置多个压缩机11和多个第一换热器12，能够实现对空气的多级压缩，提高了上述基于压缩空气储能的冷电联供系统的能量利用总效率。
34.进一步优选地，在本实施例中，膨胀发电系统6包括多个再热器61、多个膨胀机62和多个第二换热器63，一个再热器61、一个膨胀机62和一个第二换热器63为一组发电机组，膨胀发电系统6包括多组发电机组，多组发电机组之间依次串联。通过设置多组发电机组，能够充分利用储气系统5中的压缩气体和高温储热罐4中的热量，提高了上述基于压缩空气储能的冷电联供系统的能量利用总效率。
35.可选地，上述基于压缩空气储能的冷电联供系统还包括第三换热器8，第一换热器12的第一出口与第三换热器8的第一进口连通，第三换热器8的第一出口与储气系统5的进口连通。通过设置第三换热器8，可以根据实际需要调整储气系统5内压缩空气的温度，使储气系统5内的压缩空气满足使用需求，有利于上述基于压缩空气储能的冷电联供系统的运行平稳性。
36.可选地，上述基于压缩空气储能的冷电联供系统还包括冷凝器9，再热器61的第二出口与冷凝器9的第一进口连通，冷凝器9的第一出口与常温储热罐3的进口连通。通过设置冷凝器9，能够根据需要调节储存在常温储热罐3中的蓄热介质的温度，保证系统的平稳运行。
37.进一步地，常温储热罐3内设有蓄热介质，用于吸收压缩空气中的热量，蓄热介质可以为导热油或水，蓄热介质的输送通过泵实现。
38.可选地，储气系统5可以为高压空气储罐，上述基于压缩空气储能的冷电联供系统还包括减压阀，储气系统5的出口与减压阀的进口连通，减压阀的出口与再热器61的第一进口连通。通过设置减压阀，能够根据实际需要调整储气系统5输入再热器61内的气体压力，有利于使上述基于压缩空气储能的冷电联供系统保持平稳运行。
39.可选地，在本实施例中，制冷系统2为溴化锂制冷机，溴化锂制冷机以经第一换热
器12换热后的热能为动力，无需耗用大量的电能，而且对热能的要求不高，能利用各种低势热能和废气、废热，有利于热源的综合利用，在提高上述基于压缩气体储能的冷电联供系统的能量利用率的同时，降低了系统运转成本；整个制冷装置除功率很小的屏蔽泵外，没有其他运动部件，振动小，噪声低，运行比较安静，适用于各种场合；以溴化锂溶液为工质，无毒、无臭；制冷机在真空下运行，无爆炸风险，安全可靠。
40.进一步地，蓄冷系统7还包括第一电动阀71、第二电动阀72、第三电动阀73、第四电动阀74、第五电动阀75、第六电动阀76和第七电动阀77。其中，第一电动阀71的进口与供水管路21连通，第一电动阀71的出口与第二电动阀72的进口连通，第二电动阀72的出口与蓄冷罐70的第一口连通，蓄冷罐70的第二口与第三电动阀73的进口连通，第三电动阀73的出口与第四电动阀74的进口连通，第四电动阀74的出口与回水管路22连通，第五电动阀75的进口与第一电动阀71的出口连通，所述第五电动阀75的出口与第四电动阀74的进口连通，第六电动阀76的进口与第三电动阀73的出口连通，第六电动阀76的出口与供水管路21连通，第七电动阀77的进口与蓄冷罐70的第二口连通，第七电动阀77的出口与回水管路22连通。当供水管路21中的冷量富余时，开启第一电动阀71、第二电动阀72、第三电动阀73和第四电动阀74，关闭第五电动阀75、第六电动阀76和第七电动阀77，此时，供水管路21中的冷水从蓄冷罐70的第一口进入蓄冷罐70中的冷水侧存储，蓄冷罐70中多余的温水从蓄冷罐70的第二口流入回水管路22中；当供水管路21中的冷量不足时，开启第二电动阀72、第五电动阀75、第六电动阀76和第七电动阀77，关闭第一电动阀71、第三电动阀73和第四电动阀74，此时，蓄冷罐70中的冷水从第一口流入供水管路21中，回水管路22中的水从第二口进入蓄冷罐70中。
41.进一步地，蓄冷系统7还包括供冷水泵78，供冷水泵78的一端与第三电动阀73的出口连通，另一端与第四电动阀74的进口连通，用于为储存冷量和释放冷量提供动力。
42.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.基于压缩空气储能的冷电联供系统，其特征在于，包括压缩系统(1)、制冷系统(2)、常温储热罐(3)、高温储热罐(4)、储气系统(5)、膨胀发电系统(6)和蓄冷系统(7)；所述压缩系统(1)包括压缩机(11)和第一换热器(12)，所述压缩机(11)设有空气入口，所述压缩机(11)的出口与所述第一换热器(12)的第一进口连通，所述第一换热器(12)的第一出口与所述储气系统(5)的进口连通，所述常温储热罐(3)的出口与所述第一换热器(12)的第二进口连通，所述第一换热器(12)的第二出口与所述制冷系统(2)的第一进口连通，所述制冷系统(2)的第一出口与所述高温储热罐(4)的进口连通，所述制冷系统(2)的第二进口与回水管路(22)连通，所述制冷系统(2)的第二出口与供水管路(21)连通；所述膨胀发电系统(6)包括再热器(61)、膨胀机(62)和第二换热器(63)，所述储气系统(5)的出口与所述再热器(61)的第一进口连通，所述再热器(61)第一出口与所述膨胀机(62)的进口连通，所述膨胀机(62)的出口与所述第二换热器(63)的第一进口连通，所述高温储热罐(4)的出口与所述再热器(61)的第二进口连通，所述再热器(61)的第二出口与所述常温储热罐(3)的进口连通，所述第二换热器(63)的第二进口与所述回水管路(22)连通，所述第二换热器(63)的第二出口与所述供水管路(21)连通；所述蓄冷系统(7)包括蓄冷罐(70)，所述蓄冷罐(70)通过第一管路与所述供水管路(21)连通，所述蓄冷罐(70)通过第二管路与所述回水管路(22)连通。2.根据权利要求1所述的基于压缩空气储能的冷电联供系统，其特征在于，所述压缩系统(1)包括多个压缩机(11)和多个第一换热器(12)，一个所述压缩机(11)和一个所述第一换热器(12)为一组压缩机组，所述压缩系统(1)包括多组所述压缩机组，多组所述压缩机组之间依次串联。3.根据权利要求1所述的基于压缩空气储能的冷电联供系统，其特征在于，所述膨胀发电系统(6)包括多个所述再热器(61)、多个所述膨胀机(62)和多个所述第二换热器(63)，一个所述再热器(61)、一个所述膨胀机(62)和一个所述第二换热器(63)为一组发电机组，所述膨胀发电系统(6)包括多组所述发电机组，多组所述发电机组之间依次串联。4.根据权利要求1所述的基于压缩空气储能的冷电联供系统，其特征在于，还包括第三换热器(8)，所述第一换热器(12)的第一出口与所述第三换热器(8)第一进口连通，所述第三换热器(8)的第一出口与所述储气系统(5)的进口连通。5.根据权利要求1所述的基于压缩空气储能的冷电联供系统，其特征在于，还包括冷凝器(9)，所述再热器(61)的第二出口与所述冷凝器(9)的第一进口连通，所述冷凝器(9)的第一出口与所述常温储热罐(3)的进口连通。6.根据权利要求1所述的基于压缩空气储能的冷电联供系统，其特征在于，所述制冷系统(2)为溴化锂制冷机。7.根据权利要求1所述的基于压缩空气储能的冷电联供系统，其特征在于，所述常温储热罐(3)内设有蓄热介质。8.根据权利要求1-7任一项所述的基于压缩空气储能的冷电联供系统，其特征在于，所述蓄冷系统(7)还包括第一电动阀(71)、第二电动阀(72)、第三电动阀(73)、第四电动阀(74)、第五电动阀(75)、第六电动阀(76)和第七电动阀(77)；所述第一电动阀(71)的进口与所述供水管路(21)连通，所述第一电动阀(71)的出口与所述第二电动阀(72)的进口连通，所述第二电动阀(72)的出口与所述蓄冷罐(70)的第一口
连通，所述蓄冷罐(70)的第二口与所述第三电动阀(73)的进口连通，所述第三电动阀(73)的出口与所述第四电动阀(74)的进口连通，所述第四电动阀(74)的出口与所述回水管路(22)连通，所述第五电动阀(75)的进口与所述第一电动阀(71)的出口连通，所述第五电动阀(75)的出口与所述第四电动阀(74)的进口连通，所述第六电动阀(76)的进口与所述第三电动阀(73)的出口连通，所述第六电动阀(76)的出口与所述供水管路(21)连通，所述第七电动阀(77)的进口与所述蓄冷罐(70)的第二口连通，所述第七电动阀(77)的出口与所述回水管路(22)连通。

技术总结
本实用新型属于储能技术领域，公开了一种基于压缩空气储能的冷电联供系统，包括压缩系统、制冷系统、常温储热罐、高温储热罐、储气系统、膨胀发电系统和蓄冷系统。在用电低谷时，电能驱动压缩系统做功，与制冷系统联合实现供冷，并将压缩空气储存在储气系统中；在用电高峰时，储气系统中的压缩空气经过再热器预热后进入膨胀机做功并驱动发电机发电，减少了高价电的使用，同时对外供冷。实现了能量的阶梯利用，提高了系统的能量利用率。提高了系统的能量利用率。提高了系统的能量利用率。


技术研发人员：卢海勇 吴守城 蒋浩
受保护的技术使用者：上海电力设计院有限公司
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/7/14