一种压缩空气储能系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种压缩空气储能系统，包括空气压缩机组、电动机、冷却器、储气罐、加热装置、透平膨胀机组、发电机，电动机与空气压缩机组连接，空气压缩机组通过管道依次与冷却器、储气罐、加热装置、透平膨胀机组连接，透平膨胀机组与发电机连接，加热装置包括回热器、电蓄热器和燃烧室，回热器、电蓄热器和燃烧室依次串联连接，在电蓄热器的两端并联有旁路管道，充分利用多余的电能和系统内产生的热量，通过换热方式对压缩空气进行预热后再进入燃烧室，提高了燃烧室的效率，节省了燃料的消耗，同时旁路管道具有隔离备用的作用，并且此系统对压缩空气进行过滤干燥，防止了空气中杂质对各设备工作效率的影响，降低了各设备的清扫工序和成本。
【专利说明】一种压缩空气储能系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电力储能【技术领域】，特别涉及一种压缩空气储能系统。
【背景技术】
[0002] 目前，对于电能存储的技术有两大类，物理方法和化学方法，其中物理方法包括机 械能和电磁场能储能，其中机械能储能主要包括抽水储能、压缩空气储能或飞轮储能，化学 方法包括用法拉第准电容、蓄电池储能或氢储能。
[0003] 不论是物理方法还是利用化学方法，在大容量的电能存储方面都存在很大困难， 为了解决当今世界上电能供需矛盾问题，有的国家在抽水储能和压缩空气储能做了一些尝 试。由于电力生产具有产、供、用同时发生并同时完成的特点，日间负荷和季间负荷，均有一 定变化规律，电网调度中心时刻监督并指挥着网上运行的各种不同机组的带负荷情况，在 用电高峰时段，可能由于开机方式小，造成顶峰电量不足；而在用电低谷时段，电网中反而 存在一些电量浪费，例如风力发电机组的弃风现象。如果把这部分电能存储起来，在用电高 峰到来的时候，再把这部分电能拿来补充电量不足，可实现电网运行中的削峰添谷作用。 因此迫切需要经济、稳定、可靠、高效的电力储能系统与之相配套以缓解系统负荷峰谷差过 大的情况。电力储能系统也是提高风电、太阳能发电等可再生能源利用率的有效手段。此 夕卜，电力储能系统还是解决分布式能源系统容量小、负荷波动大等问题的关键技术。
[0004] 压缩空气储能系统是一种公认的具有很大发展潜力的大规模电力储能技术。传统 压缩空气储能系统是一种基于燃气轮机的调峰电站，利用低谷电驱动压缩机将高压气体存 入储气室中，在用电高峰将高压气体从储气室释放，进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧， 然后驱动透平发电；其压缩空气储能系统具有储能密度较大、储能周期长、效率较高和单位 投资相对较小等优点。
[0005] 压缩空气储能系统的储能阶段，利用低谷电、弃电等电能驱动空气压缩机对空气 压缩，将压缩空气储存在储气罐内。发电阶段，将储气罐内的压缩空气释放，先对压缩空气 进行升温加热，在进入膨胀机组内进行膨胀做功发电。对储气罐释放的压缩空气进行升温 加热的方法，大多数通过燃烧室直接燃烧燃料产生高温烟气，然后进入透平膨胀机组进行 膨胀做功发电。这样，为了使压缩空气达到高温的状态需要消耗大量的燃料，成本较高，容 易造成能源的浪费。 实用新型内容
[0006] 为了克服现有技术中压缩空气升温加热方法的成本高、浪费能源的缺点，本实用 新型提供一种压缩空气储能系统，充分利用多余的电能和系统内产生的热量，通过换热的 方式对压缩空气进行预热之后再进入燃烧室，提高了燃烧室的效率，节省了燃料的消耗，同 时旁路管道具有隔离备用的作用，并且此系统还对压缩空气进行过滤干燥，防止了空气中 杂质对各设备工作效率的影响，降低了系统内各设备的清扫工序和成本。
[0007] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种压缩空气储能系统，包括 空气压缩机组、电动机、冷却器、储气罐、加热装置、透平膨胀机组、发电机，电动机与空气压 缩机组连接，空气压缩机组通过管道依次与冷却器、储气罐、加热装置、透平膨胀机组连接， 透平膨胀机组与发电机连接，其特征在于，加热装置包括回热器、电蓄热器和燃烧室，回热 器、电蓄热器和燃烧室依次串联连接，在电蓄热器的两端并联有旁路管道。
[0008] 在电蓄热器的进口处设置第一电动闸阀，在电蓄热器的出口处设置第二电动闸 阀，旁路管道的一端设置在第一电动闸阀的入口端，另一端设置在第二电动闸阀的出口端。
[0009] 在旁路管道上设有控制旁路管道导通的旁路电动闸阀，旁路电动闸阀通过导线与 DCS控制系统连接。
[0010] 第一电动闸阀、第二电动闸阀分别通过导线与DCS控制系统连接。
[0011] 回热器的一端通过导气管道与透平膨胀机组连接，回热器的排气口通过排气管道 与烟囱连接。
[0012] 燃烧室的燃料为液化气，燃烧室的进料口处连接有至少一条供料管道，供料管道 上设有液化气储罐，在液化气储罐的出口与燃烧室的进料口之间依次设置调节液化气储罐 流量的电动调节阀和控制供料管道导通的电动截止阀。
[0013] 压缩空气储能系统还包括对进入空气压缩机内的空气进行过滤的第一空气过滤 器和对由储气罐排出的压缩空气进行过滤的第二空气过滤器，第一空气过滤器与空气压缩 机组的入口连接，第二空气过滤器设置在储气罐的出气口处，第二空气过滤器的出口端与 回热器连接。
[0014] 第一空气过滤器和第二空气过滤器的结构相同，包括与管道形状相匹配的壳体， 壳体的四周与管道相固定，在壳体内固定有第一过滤层、第二过滤层，在第一过滤层与第二 过滤层之间设有活性炭层和干燥剂吸附层。
[0015] 第一过滤层为在壳体的进气面上设置第一过滤网，在第一过滤网相对于壳体内部 的一侧设置有第一无纺布，第二过滤层为在壳体的排气面上设置第二过滤网，在第二过滤 网相对于壳体内部的一侧设置有第二无纺布，第一无纺布与第二无纺布之间设有活性炭层 和干燥剂吸附层。
[0016] 压缩空气储能系统还包括稳压节流阀，稳压节流阀设置在第二空气过滤器与回热 器之间。
[0017] 本实用新型的有益效果是，一、充分利用多余的电能和系统内产生的热量，通过换 热的方式对压缩空气进行预热之后再进入燃烧室，提高了燃烧室的效率，节省了燃料的消 耗，节约成本，避免了能源的浪费；二、在电蓄热器的两端并联有旁路管道，则当电蓄热器出 现故障无法正常工作或者多余的电能不足，无法加热电蓄热器或者对电蓄热器进行调试检 修时，压缩空气可通过旁路管道直接导入燃烧室内，减少压缩空气温度、压力的损失，旁路 管道起到隔离、备用，避免了整个压缩空气储能系统的停运；三、在空气压缩机入口和储气 罐出口处均设有空气过滤器，对进入空气压缩机的空气和由储气罐排出的压缩空气进行过 滤干燥，防止空气中带有的灰尘、杂质、水分降低压缩空气储能系统内各设备的效率，减少 各设备的清扫工序和清扫的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 下面结合附图对本实用新型所述的压缩空气储能系统进行具体说明。
[0019] 图1是本实用新型压缩空气储能系统的结构示意图；
[0020] 图2是本实用新型空气过滤器的结构示意图。
[0021] 如图所示，空气压缩机组1 ;冷却器2 ;储气罐3 ;稳压节流阀4 ;DCS控制系统5 ;力口 热装置6,回热器61，电蓄热器62,第一电动闸阀621，第二电动闸阀622,燃烧室63 ;透平膨 胀机组7 ;电动机8 ;发电机9 ;旁路管道10,旁路电动闸阀101 ;导气管道11 ;烟囱12 ;供料 管道13 ;液化气储罐14 ;电动调节阀15 ;电动截止阀16 ;第一空气过滤器17 ;第二空气过 滤器18 ;壳体19 ;第一过滤网20 ;第二过滤网21 ;第一无纺布22 ;第二无纺布23 ;活性炭层 24 ;干燥剂吸附层25 ;空气压缩机26 ;级间冷却器27。
【具体实施方式】
[0022] 如图1所示，本实用新型所述的压缩空气储能系统，包括空气压缩机组1、电动机 8、冷却器2、储气罐3、加热装置6、透平膨胀机组7、发电机9。电动机8与空气压缩机组1 连接，利用低谷电、弃风电等剩余电能驱动空气压缩机组压缩空气，电动机8为空气压缩机 组的工作提供动力。空气压缩机组1包括多台空气压缩机26、多台级间冷却器27以及相应 的控制系统，多台空气压缩机26串联连接，对空气不断进行压缩，使其成为高压状态的压 缩空气。每台空气压缩机的排气端均设置一台级间冷却器27,对压缩空气进行降温冷却。 空气进入空气压缩机26内不断压缩，在排出空气压缩机26时压力增大且有一定的温升，则 级间冷却器27对压缩空气进行降温冷却，使其进入下一个空气压缩机时压缩空气足够的 冷却，使空气压缩机26能够正常工作。空气压缩机组1依次与冷却器2、储气罐3、加热装 置6、透平膨胀机组7连接，透平膨胀机组7与发电机9连接。空气压缩机组1与冷却器2、 储气罐3、加热装置6、透平膨胀机组7之间通过管道连接，压缩空气在管道内依次进入各个 设备，进行相应的工作。
[0023] 如图1所示，冷却器2用于冷却由空气压缩机组排出的压缩的高压空气，压缩空气 虽然经过空气压缩机组内的级间冷却器27冷却，但是空气压缩机组1仍会不断进行压缩空 气使其为高压状态的压缩空气，所以还会有一部分的温升，并且储气罐的耐温有一定的限 制，为了保证储气罐可靠稳定的运行使用，在压缩空气经过空气压缩机组后设置一冷却器 2,对高压状态的压缩空气继续进行降温冷却。储气罐3用于储存经过空气压缩机组压缩的 高压空气，以便在需要发电的时候，通过储气罐释放压缩空气进行膨胀做功发电。加热装置 6用于将储气罐内释放的压缩空气进行加热，将压缩空气转换为高温高压气体，以便进入透 平膨胀机组7进行膨胀做功发电。透平膨胀机组7使高温高压气体进行膨胀，以膨胀功给 发电机9提供能量，驱动发电机9发电。
[0024] 如图1所示，加热装置6包括回热器61、电蓄热器62和燃烧室63,回热器61、电蓄 热器62和燃烧室63依次串联连接。回热器61的进口端与储气罐3的出气口通过管道连 接，回热器61的出口端通过管道与电蓄热器62的进口端连接，电蓄热器62的出口端通过 管道与燃烧室63的进气端连接，燃烧室63的排气端通过管道与透平膨胀机组7连接。
[0025] 电蓄热器62利用低谷电、弃风电等剩余电能将电蓄热器62内的蓄热体加热，蓄热 体的温度升高，电蓄热器62将电能转换为热能，对热能进行储存。当需要发电时，由储气罐 排出的压缩空气先通过回热器61进行预热，之后进入电蓄热器62内，通过电蓄热器内处于 高温的蓄热体与压缩空气进行换热，压缩空气吸收蓄热体的温度使自身温度升高，蓄热体 的温度降低。燃烧室的燃料为液化气，由电蓄热器换热之后的压缩空气进入燃烧室63内， 与液化气共同燃烧，产生高温烟气，高温烟气进入透平膨胀机组7进行膨胀做功。
[0026] 回热器的一端通过导气管道11与透平膨胀机组7连接，并且回热器的排气口通过 排气管道与烟囱12连接。透平膨胀机组7对处于高压、高温的压缩烟气进行膨胀做功发电 之后，烟气带有一定的热量，通过导气管道11导入回热器61内，回热器61利用这部分烟气 带有的热量对储气罐排出的压缩空气进行加热，起到预热的作用，并且提高了能量的利用 率。在回热器61中这部分烟气与储气罐排出的压缩空气进行换热之后，通过回热器的排气 口送入排气管道，由烟囱12将这部分烟气排出。
[0027] 如图1所示，在电蓄热器62的两端并联有旁路管道10,旁路管道10用于在电蓄热 器62出现故障无法正常使用或者对电蓄热器进行调试、检修时，使压缩空气通过旁路管道 10进入燃烧室63内，与燃烧室内液化气燃料一起燃烧产生高温烟气，进入透平膨胀机组7 进行膨胀做功。旁路管道起到隔离电蓄热器、备用的作用，使得压缩空气能够通过旁路管道 导入燃烧室内，避免了整个压缩空气储能系统的停运。或者，当低谷电、弃电等剩余电能不 足，无法加热电蓄热器62时，则将压缩空气导入旁路管道10内，压缩空气经过旁路管道进 入燃烧室63内进行燃烧产生高温烟气。并且，若电蓄热器的温度不够高，经过回热器预热 的压缩空气进入温度较低的电蓄热器内，则压缩空气的温度和压力会相应的降低，有一定 的压损和温损，再进入燃烧室内则需要更多的燃料，不利于能源的充分利用。
[0028] 如图1所示，在电蓄热器的进口处设置第一电动闸阀621，用于控制电蓄热器的导 通或者断开。在电蓄热器的出口处设置第二电动闸阀622,用于防止压缩空气的回流。旁路 管道的一端设置在第一电动闸阀的入口端，旁路管道的另一端设置在第二电动闸阀的出口 端，这样的设计则压缩空气进入旁路管道10内，电蓄热器62通过第一电动闸阀621、第二电 动闸阀622的截断使得压缩空气不经过电蓄热器62,直接进入燃烧室63内。
[0029] 如图1所示，在旁路管道10上设置控制旁路管道导通的旁路电动闸阀101，当压 缩空气进入旁路管道10,则旁路电动闸阀101打开使压缩空气通过，当压缩空气进入电蓄 热器62内，则旁路电动闸阀101关闭防止压缩空气流经旁路管道导致温度降低。旁路电动 闸阀101通过导线与DCS控制系统5连接。第一电动闸阀621、第二电动闸阀622分别通过 导线与DCS控制系统5连接。通过DCS控制系统控制旁路电动闸阀101、第一电动闸阀621 和第二电动闸阀622的开闭，代替人工手动操作，节省了人力，并且避免了错误开闭阀门的 可能性。
[0030] 旁路管道的横截面与电蓄热器两端管道的横截面相匹配，这样压缩空气由电蓄热 器进口端管道进入旁路管道内，有效的防止了旁路管道横截面的变小导致的压缩空气出现 堵塞，甚至导致管道的崩裂。并且，旁路管道与电蓄热器两端管道的连接处应密封设置，防 止压缩空气由连接处泄露，或者外界气体的进入导致压力降低。
[0031] 如图1所示，燃烧室63设有进料口，进料口处连接至少一条供料管道13,供料管 道13用于为燃烧室提供燃料。供料管道13上设有存储液化气的液化气储罐14,液化气储 罐14的出口处设置电动调节阀15和电动截止阀16,电动调节阀15与电动截止阀16串联 连接，电动调节阀15用于调节液化气储罐出口液化气的流量大小，电动截止阀16则控制供 料管道的导通或者断开。液化气储罐14的出口通过电动调节阀15、电动截止阀16与燃烧 室的进料口连接。
[0032] 如图1所示，供料管道13可以设置有两条，两条供料管道13为并联设置，两条供 料管道13上的设置相同，均设置液化气储罐14、电动调节阀15和电动截止阀16,两条供料 管道13在燃烧室的进料口处合并为一条供料管道与燃烧室的进料口相对应。
[0033] 如图1所示，压缩空气储能系统还包括空气过滤器，对空气进行过滤、干燥，除去 空气中的杂质和水分。空气过滤器设置有两个，包括第一空气过滤器17和第二空气过滤器 18。第一空气过滤器17设置在空气压缩机组的入口处，对进入空气压缩机内的空气进行过 滤。第二空气过滤器18设置在储气罐的出气口处，第二空气过滤器18的出口端与回热器 61连接，对由储气罐排出的压缩空气进行过滤。
[0034] 如图2所示，第一空气过滤器17和第二空气过滤器18的结构相同，包括与管道形 状相匹配的壳体19,壳体的四周与管道相固定，将空气过滤器牢固的固定在管道上。在壳体 19内固定有第一过滤层、第二过滤层，用于对空气进行过滤除杂，并且设置双层的过滤层， 提高了空气过滤器的清除灰尘、杂质的性能，更好的阻拦空气中的灰尘、杂质。在第一过滤 层与第二过滤层之间设有活性炭层24和干燥剂吸附层25。活性炭层24利用活性炭的吸附 作用，吸附空气中的灰尘、有机物等，达到净化空气的作用。干燥剂吸附层25对空气中的水 分进行充分的吸收，起到干燥空气的作用。
[0035] 如图2所示，第一过滤层为在壳体19的进气面上设置第一过滤网20。在第一过滤 网相对于壳体内部的一侧设置第一无纺布22,第一无纺布22固定在第一过滤网20上，对空 气中的灰尘、杂质进行拦截。第二过滤层为在壳体的排气面上设置第二过滤网21，在第二过 滤网相对于壳体内部的一侧设置第二无纺布23,第二无纺布23固定在第二过滤网21上，对 空气进行第二次的过滤除杂。第一过滤网20、第二过滤网21均为网格式的不锈钢网，分别 固定在壳体的进风面和排风面上。在壳体19内，第一无纺布22与第二无纺布23之间设有 活性炭层24和干燥剂吸附层25。并且，无纺布和活性炭可随时更换，提高了过滤除尘的效 率，延长了空气过滤器的使用寿命。其中，干燥剂吸附层25可使用可变色环保硅胶干燥剂， 通过颜色指示干燥剂的吸附状态是否已经饱和，是否需要更换干燥剂。
[0036] 空气进入空气过滤器内，先经过第一过滤网上的第一无纺布22对空气中的灰尘、 杂质进行第一次的拦截，之后通过活性炭层24,活性炭对空气中的灰尘、有机物等进行吸 附，再通过干燥剂吸附层25对空气中的水分进行吸收、干燥，最后通过第二无纺布23对空 气中杂质进行第二次拦截，使空气为干燥、干净的空气，然后排出空气过滤器。
[0037] 空气过滤器对进入压缩机内的空气和对由储气罐排出的压缩空气进行除杂，使进 入压缩空气储能系统的空气为干净、干燥的空气，从而提高透平膨胀机组的工作效率，防止 压缩空气中带有的灰尘、杂质、水分降低压缩空气储能系统内各设备的效率，减少各设备的 清扫工序和清扫的成本。
[0038] 如图1所示，压缩空气储能系统还包括稳压节流阀4,稳压节流阀4设置在第二空 气过滤器18与回热器61之间，用于调节进入回热器内的压缩空气的流量，使压缩空气在管 道内稳定运行，安全可靠地进入后续的设备中。
[0039] 以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的 限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉 本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作 出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容， 依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属 于本实用新型方案的范围内。
【权利要求】
1. 一种压缩空气储能系统，包括空气压缩机组（1)、电动机（8)、冷却器（2)、储气罐 (3)、加热装置（6)、透平膨胀机组（7)、发电机（9)，所述电动机（8)与空气压缩机组（1)连 接，所述空气压缩机组（1)通过管道依次与冷却器（2)、储气罐（3)、加热装置（6)、透平膨胀 机组（7)连接，所述透平膨胀机组（7)与发电机（9)连接，其特征在于，所述加热装置（6) 包括回热器（61)、电蓄热器（62)和燃烧室（63)，所述回热器（61)、电蓄热器（62)和燃烧室 (63)依次串联连接，在所述电蓄热器的两端并联有旁路管道（10)。
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，在所述电蓄热器的进 口处设置第一电动闸阀（621)，在所述电蓄热器的出口处设置第二电动闸阀（622)，所述旁 路管道的一端设置在第一电动闸阀的入口端，另一端设置在第二电动闸阀的出口端。
3. 根据权利要求1或2所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，在所述旁路管道 (10)上设有控制旁路管道导通的旁路电动闸阀（101)，所述旁路电动闸阀（101)通过导线 与DCS控制系统（5)连接。
4. 根据权利要求2所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一电动闸阀 (621)、第二电动闸阀（622)分别通过导线与DCS控制系统（5)连接。
5. 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，所述回热器的一端通 过导气管道（11)与透平膨胀机组（7)连接，所述回热器的排气口通过排气管道与烟囱（12) 连接。
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，所述燃烧室的燃料为 液化气，所述燃烧室的进料口处连接有至少一条供料管道（13)，所述供料管道（13)上设有 液化气储罐（14)，在所述液化气储罐的出口与燃烧室的进料口之间依次设置调节液化气储 罐流量的电动调节阀（15)和控制供料管道导通的电动截止阀（16)。
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，所述压缩空气储能系 统还包括对进入空气压缩机内的空气进行过滤的第一空气过滤器（17)和对由储气罐排出 的压缩空气进行过滤的第二空气过滤器（18)，所述第一空气过滤器（17)与空气压缩机组 的入口连接，所述第二空气过滤器（18)设置在储气罐的出气口处，所述第二空气过滤器的 出口端与回热器（61)连接。
8. 根据权利要求7所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一空气过滤器 (17)和第二空气过滤器（18)的结构相同，包括与管道形状相匹配的壳体（19)，所述壳体的 四周与管道相固定，在壳体（19)内固定有第一过滤层、第二过滤层，在所述第一过滤层与 第二过滤层之间设有活性炭层（24)和干燥剂吸附层（25)。
9. 根据权利要求8所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述第一过滤层为在 壳体的进气面上设置第一过滤网（20)，在所述第一过滤网相对于壳体内部的一侧设置有第 一无纺布（22)，所述第二过滤层为在壳体的排气面上设置第二过滤网（21)，在所述第二过 滤网相对于壳体内部的一侧设置有第二无纺布（23)，所述第一无纺布（22)与第二无纺布 (23)之间设有活性炭层（24)和干燥剂吸附层（25)。
10. 根据权利要求7所述的一种压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩空气储能系 统还包括稳压节流阀（4)，所述稳压节流阀（4)设置在第二空气过滤器（18)与回热器（61) 之间。
【文档编号】F23L15/00GK203867644SQ201420205054
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】胡永生, 焦建清, 郭小平, 时文刚, 王赤夫, 吴琦, 郑若楠, 王飞 申请人:中国大唐集团新能源股份有限公司, 大唐时代节能科技有限公司