一种可用于供暖的压缩空气储能装置及运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及新能源和压缩空气储能领域，特别涉及一种可用于供暖的压缩空气储能装置及运行方法。
【背景技术】
[0002]我国北部地区冬季供暖期较长，为保障居民供热，风电不得不为火电“让路”保民生，所以冬季弃风现象严重，风电平均利用小时数低于全国数值。确认以实现风电本地消纳为重点，将单纯重视开发向开发利用并重转变，并将目标之一锁定在将弃风资源转化为拉动地方经济发展的特色增长点上。另外，风电现今已成为公认能够大规模开发的清洁能源，要降低电网碳排量，可以有效的利用风电消纳技术在压缩空气储能装置技术的应用。
[0003]现在已经存在多种储能技术，比如抽水蓄能技术、压缩空气储能技术、超级电容储能技术、电池储能技术等，但成本低廉、具有大规模应用条件的大容量的储能技术只有抽水蓄能和压缩空气储能，而且它们都有各自的局限性。传统压缩空气储能的主要缺点是需要消耗大量燃气，产生碳排放，而且效率不高，导致其应用推广受到限制。
【发明内容】
[0004]本发明针对冬季供暖期，针对弃风现象严重以及冬季供暖压力大的问题，提出了一种既能提高风电消纳能力又能缓解供暖压力的可用于供暖的压缩空气储能装置及运行方法。
[0005]本发明所述装置采用的技术方案为:
[0006]压力容器通过顶部的管道和高压储气罐直接相连；压力容器通过底部的管道，经过液压装置，与冷水池相连；压力容器通过底部的管道，经过预热器和液体转移泵，与外部液体源相连；压力容器内设置热交换器，外部设置液体循环泵，液体循环泵的两端分别通过管道连接到压力容器的下部以及热交换器的一端，热交换器的末端不封闭，与压力容器内部空间相连；装置在运行时，气液直接接触，进行热质交换。
[0007]所述液压装置有两种工作状态:液压马达状态和液压泵状态。
[0008]所述液压装置为液压马达状态时，液体从压力容器中流出来，驱动液压装置工作，并流入冷水池中，此时液压装置将液体势能转化为机械能，进而转化为电能。
[0009]所述液压装置为液压泵状态时，液压装置将液体从冷水池中抽送入压力容器中。
[0010]本发明提供的基于所述可用于供暖的压缩空气储能装置，有储能和发电两种运行方式；
[0011]所述储能运行方式为:液压装置消耗风能将冷水池的液体送入压力容器中，不断送入的液体压缩压力容器内的气体，形成的高压气体被送入到高压储气罐中；液体转移泵工作，将压力容器中的液体通过管道抽出，送入外部液体源，以用于供暖；
[0012]所述发电运行方式为:高压气体从高压储气罐中进入压力容器中膨胀，同时液体转移泵将外部液体源的液体不断送给预热器进行加热，并送入压力容器中；膨胀的气体推动液体驱动液压装置发电。
[0013]本发明的有益效益包括以下几个方面:
[0014](I)本发明在压缩空气储能的过程中通过风电等新能源来驱动压缩模块进行储能，从而提尚系统对风电等新能源的消纳能力。
[0015](2)本发明在压缩空气储能的过程中放出热量，通过这些多余的热量加热水，从而进行供暖，减少了冬季供暖的压力。
[0016](3)本发明在电力系统中引入储能技术，削峰填谷，减少了电力系统的负荷波动的压力。
【附图说明】
[0017]图1是装置的结构示意图；
[0018]图中标号:
[0019]1-高压储气罐，2-预热器，3-压力容器，4-液压装置，5-液体循环泵，6_冷水池，7-液体转移泵，8、10_气体管道，9-液体出口，11?16-液体管道，17-热交换器，18?22-阀门。
【具体实施方式】
[0020]本发明提供了一种可用于供暖的压缩空气储能装置及运行方法，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0021]图1是本装置的结构示意图。压力容器3的顶部通过气体管道10以及阀门21与高压储气罐I相连接，另一方面，压力容器3的顶部通过气体管道8以及阀门18与低压气体相连。压力容器3的底部通过液体管道13以及阀门20和预热器2以及液体转移泵7相连，同时液体转移泵7通过液体管道14和外部液体源连接；另一方面，压力容器3的底部也通过液体管道11以及阀门19和液压装置4连接，液压装置4通过液体管道12和冷水池6相连；在压力容器3的内部设置有热交换器17，外部设置有液体循环泵5，液体循环泵5通过液体管道15连接至压力容器3下部，通过液体管道16和阀门22和内部的热交换器17相连，其中热交换器17的末端不封闭，设置有液体出口 9和压力容器内部空间直接相连。
[0022]该装置具有储能和发电两种运行方式:
[0023]以图1为例，储能过程如下:
[0024]开始时，压力容器3中充满低压空气，阀门18、20、21关闭，阀门19开启，液压装置4工作在液压泵状态，将液体从冷水池6送入压力容器3中，不断进入的液体不断地压缩压力容器3内的低压空气，形成高压气体，此时，打开阀门21，液压装置4持续将液体送入压力容器3中，高压气体则被送入到高压储气罐I中，关闭阀门19、21 ;阀门18、20打开，液体转移泵7通过工作，将压力容器3中的液体抽出，送给外部液体源用于供暖，由于液体流出，夕卜界空气通过气体管道8流入，直至液体完全流出压力容器3，气体完全充满压力容器3，一个储能过程结束。整个储能过程，液体循环泵5不断地将液体从容器下部抽送至位于容器内部的热交换器17中。
[0025]以图1为例，发电过程如下:
[0026]开始时，压力容器3中充满气体，阀门18、19、20、21均关闭。开启阀门18、20，液体转移泵7工作，将外部液体源的液体送入预热器2，预热器2加热液体，液体被加热后流入压力容器3中，气体逐渐地从气体管道8流出，直至液体完全充满压力容器3，阀门18、20关闭；阀门19、21开启，高压储气罐I往压力容器3中输送一定的高压气体，阀门21关闭，高压气体在压力容器3中膨胀，容器内的液体则通过液体管道11不断流出，驱动液压装置4发电，此时液压装置4处于液压马达状态。整个发电过程，液体循环泵5不断地将液体从容器下部抽送至位于容器内部的热交换器17中。
【主权项】
1.一种可用于供暖的压缩空气储能装置，其特征在于，压力容器(3)通过顶部的管道和高压储气罐(I)直接相连；压力容器(3)通过底部的管道，经过液压装置(4)，与冷水池(6)相连；压力容器(3)通过底部的管道，经过预热器(2)和液体转移泵(7)，与外部液体源相连；压力容器(3)内设置热交换器(17)，外部设置液体循环泵(5)，液体循环泵(5)通过管道的两端通过管道分别与压力容器(3)的下部以及热交换器(17)相连，热交换器(17)的末端不封闭，与压力容器(3)内部空间相连；装置在运行时，气液直接接触，进行热质交换。
2.根据权利要求1所述的一种可用于供暖的压缩空气储能装置，其特征在于:所述液压装置(4)有两种工作状态:液压马达状态和液压泵状态。
3.根据权利要求2所述的一种可用于供暖的压缩空气储能装置，其特征在于:所述液压装置(4)为液压马达状态时，液体从压力容器(3)中流出来，驱动液压装置(4)工作，并流入冷水池(6)中，此时液压装置(4)将液体势能转化为机械能，进而转化为电能。
4.根据权利要求2所述的一种可用于供暖的压缩空气储能装置，其特征在于:所述液压装置(4)为液压泵状态时，液压装置(4)将液体从冷水池￠)中抽送入压力容器(3)中。
5.一种基于权利要求1所述可用于供暖的压缩空气储能装置的运行方法，其特征在于，所述装置有储能和发电两种运行方式； 所述储能运行方式为:液压装置(4)消耗风能将冷水池￠)的液体送入压力容器(3)中，不断送入的液体压缩压力容器(3)内的气体，形成的高压气体被送入到高压储气罐(I)中；液体转移泵⑵工作，将压力容器(3)中的液体通过管道抽出，送入外部液体源，以用于供暖； 所述发电运行方式为:高压气体从高压储气罐(I)中进入压力容器(3)中膨胀，同时液体转移泵(7)将外部液体源的液体不断送给预热器(2)进行加热，并送入压力容器(3)中；膨胀的气体推动液体驱动液压装置(4)发电。
【专利摘要】本发明涉及新能源和压缩空气储能领域，特别涉及一种可用于供暖的压缩空气储能装置及运行方法。压力容器通过顶部的管道和高压储气罐直接相连；压力容器通过底部的管道，经过液压装置，与冷水池相连；压力容器通过底部的管道，经过预热器和液体转移泵，与外部液体源相连；压力容器内的上部设置热交换器，下部设置液体循环泵，通过液体管道将液体循环泵及热交换器的入口连接，再通过液体管道将热交换器的出口延伸至压力容器的下部。该装置有储能和发电两种运行方式。储能工作方式下，装置压缩气体，同时利用压缩过程所放出的热量来供暖；发电工作方式下，气体膨胀，驱动发电。本发明既能提高风电消纳能力又能缓解供暖压力。
【IPC分类】F03B3-10, F24D11-00, F15B3-00
【公开号】CN104675763
【申请号】CN201510009593
【发明人】姜彤, 于大勇, 李冬雪, 马强, 郑祥常, 林佳, 谭明甜, 姜宇萌
【申请人】华北电力大学, 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月8日