一种压缩空气储能系统的制作方法

1.本实用新型涉及储能技术领域，尤其涉及一种压缩空气储能系统。


背景技术：

2.储能技术是缓解可再生能源对电网冲击的一种手段，并且能够调频调峰，是近年来研究的热点。压缩空气储能作为储能方式的一种，具有清洁、高效、规模化等特点，是最具前景的储能技术之一。在电网负荷低谷时，压缩空气储能系统吸收电网多余的电量，驱动压缩机做功，将常压空气压缩成高压空气储存在储气腔室中，压缩过程中产生热量，通过换热系统将热量换出，储存在储热系统中；在电网负荷高峰时，压缩空气储能系统从储气腔室中释放高压空气，进入透平机膨胀做功产生电力送至电网，做功过程中通过换热系统吸收储热系统储存的热量。
3.专利公开号为cn217783583u的中国实用新型专利，其公开了一种气体定压冷热水储罐式非补燃压缩空气储能系统，包括压缩系统、储气系统、储热系统、稳压系统和膨胀系统。压缩系统将空气压缩产生热量，通过高温热水的方式储存至热水储罐内，完成储热；膨胀系统将热水储罐中的热水与从储气装置释放出来的高压气体换热，加热后的空气推动膨胀机做功并带动发电机发电，完成释热。其提供了一种新型储热方式，采用水为传热介质，惰性气体为定压介质，原料简单易得，利于工程实施，具有投资低，结构简单，便于实施的特点。
4.上述专利，针对于储热方式进行了改进，但是未设置散热系统，会导致压缩热堆积，不利于系统安全稳定的运行。


技术实现要素：

5.针对背景技术中存在的问题，本实用新型提供一种压缩空气储能系统，其改造了散热系统，对压缩过程中产生的多余热量进行散热，提升了系统运行的安全性。并且相对于常规的压缩空气储能系统，在压缩机做功一定的情况下，透平机的初始空气压力更高，做功能力更强，因此电-电转换效率更高。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.一种压缩空气储能系统，包括压缩机系统、换热系统、储气腔室、储热系统、透平系统和蛇形管；所述储热系统包括高温储罐和低温储罐；所述换热系统包括压缩侧换热器和透平侧换热器；所述压缩机系统与所述压缩侧换热器空气侧、所述储气腔室的空气进口管道连通；所述透平系统与所述透平侧换热器空气侧、所述储气腔室的空气出口管道连通；所述高温储罐的进口与所述压缩侧换热器水侧出口管道连通，所述高温储罐的出口与所述透平侧换热器水侧进口管道连通；所述低温储罐的进口与所述蛇形管一端管道连通，所述低温储罐的出口与所述压缩侧换热器水侧进口管道连通；所述蛇形管另一端与所述透平侧换热器水侧出口管道连通；所述蛇形管埋设在地面以下。
8.进一步的，所述高温储罐和低温储罐的进口管道处均设置有关断阀；高温储罐和
低温储罐的出口管道处均设置有关断阀和泵，且泵沿水流方向布置在关断阀之后。
9.进一步的，所述压缩机系统包括多个压缩缸；所述压缩侧换热器数量配合所述压缩缸设置；所述压缩缸两两之间分别通过一压缩侧换热器空气管道串连连接；第一级压缩缸的空气进口与大气连通，最后一级压缩缸的空气出口与所述储气腔室的空气进口通过一压缩侧换热器空气管道串连连接；所述透平系统包括多个透平缸；所述透平侧换热器数量配合所述透平缸设置；所述透平缸两两之间分别通过一透平侧换热器空气管道串连连接；第一级透平侧换热器的空气进口与所述储气腔室的空气出口通过一透平侧换热器空气管道串连连接，最后一级透平侧换热器的空气出口与大气连通。
10.进一步的，所述高温储罐的进口分别与所述压缩侧换热器的水侧出口依次通过支管汇集成母管连接，所述高温储罐的出口分别与所述透平侧换热器的水侧进口依次通过支管汇集成母管连接；所述低温储罐的出口分别与所述压缩侧换热器的水侧进口依次通过支管汇集成母管连接；所述透平侧换热器的水侧出口通过支管汇集成母管，与所述蛇形管管道连接。
11.进一步的，所述高温储罐出口与各级透平侧换热器相连的支管管道设置有调节阀，所述低温储罐出口与各级压缩侧换热器相连的支管管道设置有调节阀。
12.进一步的，所述压缩侧换热器和透平侧换热器均为空气-水换热器，且均为逆流换热器。
13.进一步的，所述蛇形管外周固定有翅片。
14.进一步的，所述压缩缸、所述透平缸数量配套设置。
15.本实用新型具有如下有益效果：
16.1、本实用新型改造了散热系统，对压缩过程中产生的多余热量进行散热，提升了系统运行的安全性。并且相对于常规的压缩空气储能系统，在压缩机做功一定的情况下，透平机的初始空气压力更高，做功能力更强，因此电-电转换效率更高。
17.2、本实用新型结构有所优化，除去了冷却塔和压缩侧散热器等设备，降低了建设和使用成本。
附图说明
18.图1为本实用新型的结构示意图；
19.图中附图标记表示为：
20.1、压缩缸；21、压缩侧换热器；22、透平侧换热器；3、储气腔室；41、高温储罐；42、低温储罐；5、透平缸；6、蛇形管；7、调节阀；8、关断阀；9、泵。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。
22.参见图1，一种压缩空气储能系统，包括压缩机系统、换热系统、储气腔室3、储热系统、透平系统和蛇形管6；所述储热系统包括高温储罐41和低温储罐42；所述换热系统包括压缩侧换热器21和透平侧换热器22；所述压缩机系统与所述压缩侧换热器21空气侧、所述储气腔室3的空气进口管道连通；所述透平系统与所述透平侧换热器22空气侧、所述储气腔室3的空气出口管道连通；所述高温储罐41的进口与所述压缩侧换热器21水侧出口管道连
通，所述高温储罐41的出口与所述透平侧换热器22水侧进口管道连通；所述低温储罐42的进口与所述蛇形管6一端管道连通，所述低温储罐42的出口与所述压缩侧换热器21水侧进口管道连通；所述蛇形管6另一端与所述透平侧换热器22水侧出口管道连通；所述蛇形管6埋设在地面以下。
23.大气进入压缩缸1后依次经过压缩侧换热器21空气侧、储气腔室3、透平侧换热器22空气侧和透平缸5，最后在通过最后一级透平缸5排入大气，形成气体的循环；水从高温储罐41排出后依次经过透平侧换热器22水侧、蛇形管6、低温储罐42、压缩侧换热器21水侧，最终在返回高温储罐41，形成水循环。
24.进一步的，所述高温储罐41和低温储罐42的进口管道处均设置有关断阀8，高温储罐41和低温储罐42的出口管道处均设置有关断阀8和泵9，且泵9沿水流方向布置在关断阀8之后。
25.关断阀8用于开启或关断管道，泵9用于给管道加压。
26.进一步的，所述压缩机系统包括多个压缩缸1；所述压缩侧换热器21数量配合所述压缩缸1设置；所述压缩缸1两两之间分别通过一压缩侧换热器21空气管道串连连接；第一级压缩缸1的空气进口与大气连通，最后一级压缩缸1的空气出口与所述储气腔室3的空气进口通过一压缩侧换热器21空气管道串连连接；所述透平系统包括多个透平缸5；所述透平侧换热器22数量配合所述透平缸5设置；所述透平缸5两两之间分别通过一透平侧换热器22空气管道串连连接；第一级透平侧换热器22的空气进口与所述储气腔室3的空气出口通过一透平侧换热器22空气管道串连连接，最后一级透平侧换热器22的空气出口与大气连通。
27.通过第一级压缩缸1的入口向整个装置内吸入大气，大气进入装置后，依次通过各级压缩缸1后在储气腔室3内进行储存；第一级透平缸5的入口从储气腔室3内向各级透平缸5输气，气体经过各级透平缸5后通过最后一级透平缸5的出口向大气中排气，使整个装置实现气体的循环。
28.进一步的，所述高温储罐41的进口分别与所述压缩侧换热器21的水侧出口依次通过支管汇集成母管连接，所述高温储罐41的出口分别与所述透平侧换热器22的水侧进口依次通过支管汇集成母管连接；所述低温储罐42的出口分别与所述压缩侧换热器21的水侧进口依次通过支管汇集成母管连接；所述透平侧换热器22的水侧出口通过支管汇集成母管，与所述蛇形管6管道连接。
29.水从高温储罐41排出后依次经过透平侧换热器22和蛇形管6后进入低温储罐42，水从低温储罐42排出后进入压缩侧换热器21，最终再返回高温储罐41，形成水循环。
30.进一步的，所述高温储罐41出口与各级透平侧换热器22相连的支管管道设置有调节阀7，所述低温储罐42出口与各级压缩侧换热器21相连的支管管道设置有调节阀7。
31.调节阀7用于调节通过的水流量。
32.进一步的，所述压缩侧换热器21和透平侧换热器22均为空气-水换热器，且均为逆流换热器。
33.通过使用逆流换热器，压缩侧换热器21和透平侧换热器22内水和空气流动方向相反。
34.进一步的，所述蛇形管6外周固定有翅片。
35.蛇形管6布置在地面以下，可以通过蛇形布置增大与地下土壤的换热面积，也可以
通过分支成不同支管增大与地下土壤的换热面积，也可以通过在管道上设置翅片增大与地下土壤的换热面积，达到将多余的热量传递到地下土壤中的效果。
36.进一步的，所述压缩缸1、所述透平缸5数量配套设置。
37.本实用新型的工作原理：
38.当系统运行在储能工况下时，压缩空气储能系统接收电力系统的电能，驱动压缩缸1做功，吸入大气中的空气，通过压缩缸1将空气压缩，在每一级的压缩缸1之间，通过压缩侧换热器21将空气压缩产生的热量传递给水。压缩侧换热器21中的水接受空气传递来的热量，并进入高温储罐41，将热量储存起来。压缩过程中形成的压缩空气则进入储气腔室3，将压缩能储存起来。
39.当系统运行在释能工况下时，储气腔室3内的压缩空气释放进入透平缸5做功，产生电能输送到电力系统中，做功后的空气排入大气中。空气进入每一级透平缸5之前，先通过透平侧换热器22吸收水传递来的热量。高温储罐41中的水进入透平侧换热器22进行换热，将能量传递给空气后通过冷却系统的蛇形管6散热，达到合适的温度后进入低温储罐42。
40.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种压缩空气储能系统，其特征在于，包括压缩机系统、换热系统、储气腔室(3)、储热系统、透平系统和蛇形管(6)；所述储热系统包括高温储罐(41)和低温储罐(42)；所述换热系统包括压缩侧换热器(21)和透平侧换热器(22)；所述压缩机系统与所述压缩侧换热器(21)空气侧、所述储气腔室(3)的空气进口管道连通；所述透平系统与所述透平侧换热器(22)空气侧、所述储气腔室(3)的空气出口管道连通；所述高温储罐(41)的进口与所述压缩侧换热器(21)水侧出口管道连通，所述高温储罐(41)的出口与所述透平侧换热器(22)水侧进口管道连通；所述低温储罐(42)的进口与所述蛇形管(6)一端管道连通，所述低温储罐(42)的出口与所述压缩侧换热器(21)水侧进口管道连通；所述蛇形管(6)另一端与所述透平侧换热器(22)水侧出口管道连通；所述蛇形管(6)埋设在地面以下。2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述高温储罐(41)和低温储罐(42)的进口管道处均设置有关断阀(8)；高温储罐(41)和低温储罐(42)的出口管道处均设置有关断阀(8)和泵(9)，且泵(9)沿水流方向设置在关断阀(8)之后。3.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩机系统包括多个压缩缸(1)；所述压缩侧换热器(21)数量配合所述压缩缸(1)设置；所述压缩缸(1)两两之间分别通过一压缩侧换热器(21)空气管道串连连接；第一级压缩缸(1)的空气进口与大气连通，最后一级压缩缸(1)的空气出口与所述储气腔室(3)的空气进口通过一压缩侧换热器(21)空气管道串连连接；所述透平系统包括多个透平缸(5)；所述透平侧换热器(22)数量配合所述透平缸(5)设置；所述透平缸(5)两两之间分别通过一透平侧换热器(22)空气管道串连连接；第一级透平侧换热器(22)的空气进口与所述储气腔室(3)的空气出口通过一透平侧换热器(22)空气管道串连连接，最后一级透平侧换热器(22)的空气出口与大气连通。4.根据权利要求3所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述高温储罐(41)的进口分别与所述压缩侧换热器(21)的水侧出口依次通过支管汇集成母管连接，所述高温储罐(41)的出口分别与所述透平侧换热器(22)的水侧进口依次通过支管汇集成母管连接；所述低温储罐(42)的出口分别与所述压缩侧换热器(21)的水侧进口依次通过支管汇集成母管连接；所述透平侧换热器(22)的水侧出口通过支管汇集成母管，与所述蛇形管(6)管道连接。5.根据权利要求3所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述高温储罐(41)出口与各级透平侧换热器(22)相连的支管管道设置有调节阀(7)，所述低温储罐(42)出口与各级压缩侧换热器(21)相连的支管管道设置有调节阀(7)。6.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩侧换热器(21)和透平侧换热器(22)均为空气-水换热器，且均为逆流换热器。7.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述蛇形管(6)外周固定有翅片。8.根据权利要求3所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩缸(1)、所述透平缸(5)数量配套设置。

技术总结
本实用新型涉及储能技术领域，尤其涉及一种压缩空气储能系统，包括压缩机系统、换热系统、储气腔室、储热系统、透平系统和蛇形管；所述储热系统包括高温储罐和低温储罐；所述换热系统包括压缩侧换热器和透平侧换热器；所述压缩机系统与所述压缩侧换热器空气侧、所述储气腔室的空气进口管道连通；所述透平系统与所述透平侧换热器空气侧、所述储气腔室的空气出口管道连通；本专利改造了散热系统，对压缩过程中产生的多余热量进行散热，提升了系统运行的安全性。并且相对于常规的压缩空气储能系统，在压缩机做功一定的情况下，透平机的初始空气压力更高，做功能力更强，因此电-电转换效率更高。高。高。


技术研发人员：施承斌 汪枫 廖景明 陈耀森 孙卫锋 邹晓昕 张朋
受保护的技术使用者：中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/7/19