一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统和方法与流程

本发明属于压缩空气储能技术领域，具体涉及一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统和方法。

背景技术：

压缩空气储能系统是分别通过压缩空气和空气膨胀实现储能和释能功能。在电量过剩时，启动压缩空气储能过程，消耗电能驱动压缩机运行，空气经压缩后进入压缩空气储气罐；电量紧缺时，启动压缩空气储能释能过程：储气罐内的高压空气进入膨胀机进行膨胀，驱动膨胀机旋转，带动发电机发电。

压缩空气在释能过程中温度会降低至0℃以下，会影响管道使用寿命，而且会将空气中的水分凝结为冰渣，严重威胁高速旋转的膨胀机叶轮安全。针对该问题，需要对现有的方案进行改进来解决压缩空气在释能过程中因温度降低影响膨胀机和管道安全运行的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统和方法，利用压缩空气储能系统中膨胀发电机发出的电能，提供给电加热装置转化为热能并加热释能过程的压缩空气，从而解决压缩空气在释能过程中因温度降低影响膨胀机和管道安全运行的问题。

本发明采取的技术方案为：一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统，包括储气罐、n组电加热装置、膨胀机、发电机和实验负载，储气罐与膨胀机通过进气管道连接，发电机与膨胀机通过传动轴相连，发电机与n组电加热装置和实验负载通过电缆连接，n组电加热装置安装在进气管道上。

优选的，上述膨胀机采用透平膨胀机，为单级结构，轴承采用固体润滑。

优选的，上述储气罐采用车载式储气罐，内胆为铝合金，外表面采用碳纤维全缠绕。

优选的，上述电加热装置布置方式为包裹在管道外面或装在管道内部。

优选的，上述每组电加热装置的功率相同或不同，发电机输出功率、电加热装置功率和实验负载功率满足下式要求：

式中，wout表示发电机输出功率，i表示电加热装置编号，n表示电加热装置数量，wi表示第i组电加热装置功率，ws表示实验负载功率。

优选的，上述进气管道上依次安装有手动隔离阀、电磁隔离阀和减压阀，电磁隔离阀和减压阀之间安装n组电加热装置，膨胀机入气口处安装有调节阀，储气罐和膨胀机分别安装有高压安全阀和中压安全阀，中压安全阀连接在调节阀和减压阀之间的进气管道上。

一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统的实验方法，该方法为：通过启动发电机，实现发电释能功能，通过投入电加热装置，实现耗能加热功能。

优选的，上述发电释能功能的实现方法为：开启电磁隔离阀，开启手动隔离阀，检查减压阀前压力为储能系统母管压力，开启膨胀机前减压阀，膨胀机转速上升到额定转速时，开始发电释能。

优选的，上述耗能加热功能的实现方法为：膨胀发电机开始发电后，将n组电加热装置采用逐个投入的方式，先投入第一组，如温度至正常范围1~50℃，保持现有投入的电加热装置，如继续下降至1℃以下，投入下一组电加热装置，直至全部投入。

优选的，上述膨胀机进气温度在正常范围1~50℃时，投入实验负载开始实验。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的膨胀发电机实验系统利用压缩空气储能系统中发电机发出的电能，提供给电加热装置转化为热能并加热释能过程的压缩空气，从而解决压缩空气在释能过程中因温度降低影响膨胀机和管道安全运行的问题。

附图说明

图1为本发明的系统图，图中粗实线为空气管道，细实线为电缆。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1所示，一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统，包括储气罐1、手动隔离阀2、电磁隔离阀3、n组电加热装置4、电气开关5、减压阀6、调节阀7、膨胀机8、发电机9、实验负载10、中压安全阀11和高压安全阀12，储气罐1与膨胀机8通过进气管道连接，发电机9与膨胀机8通过传动轴相连，发电机9与n组电加热装置4和实验负载10通过电缆连接，n组电加热装置4安装在进气管道上，进气管道上依次安装有手动隔离阀2、电磁隔离阀3和减压阀6，手动隔离阀2在系统停运时确保可靠隔离，电磁隔离阀3在热工电气保护动作时快速隔离，减压阀6将高压空气调整至中压空气，电磁隔离阀3和减压阀6之间安装n组电加热装置4，膨胀机8入气口处安装有调节阀7，调节阀7的目的：发电机合闸前（带负载前）能自动调节膨胀机转速，发电机合闸后（带负载后）能自动调节发电功率，储气罐1和膨胀机8分别安装有高压安全阀12和中压安全阀11，中压安全阀11连接在调节阀7和减压阀6之间的进气管道上，高压安全阀12和中压安全阀11保证系统各部分压力不超过限制。

优选的，上述膨胀机8采用透平膨胀机，为单级结构，轴承采用固体润滑，膨胀机8系统简单，无附加辅助系统。

优选的，上述储气罐1采用车载式储气罐，内胆为铝合金，外表面采用碳纤维全缠绕，耐压高，气密性较好。

优选的，上述电加热装置4布置方式为包裹在管道外面或装在管道内部，n组电加热装置4可以切换组合调整负载功率。

优选的，上述每组电加热装置4的功率相同或不同，发电机输出功率、电加热装置功率和实验负载功率满足下式要求：

式中，wout表示发电机输出功率，i表示电加热装置编号，n表示电加热装置数量，wi表示第i组电加热装置功率，ws表示实验负载功率。

优选的，上述发电机额定机端电压与电加热装置、实验负载额定电压相等。

针对压缩空气在释能过程中温度会降低至0℃以下，会影响管道使用寿命，而且会将空气中的水分凝结为冰渣，严重威胁高速旋转的膨胀机叶轮安全。本发明利用压缩空气储能系统中膨胀发电机发出的电能，提供给电加热装置转化为热能并加热释能过程的压缩空气，从而解决压缩空气在释能过程中因温度降低影响膨胀机和管道安全运行的问题。

实施例2：一种电加热装置为负载的膨胀发电实验系统的实验方法，该方法为：通过启动或停运储气罐/发电机/电加热装置，分别实现发电释能和耗能加热；发电释能阶段，启动储气罐和膨胀机，压缩空气在膨胀机中释能带动发电机工作；耗能加热阶段，启动电气开关和电加热装置，电加热装置消耗电能并转化为热能加热释能过程中的压缩空气。

优选的，发电释能阶段，电磁隔离阀保持开启，缓慢开启储气罐出口阀门，高压压缩空气经减压阀减压至中压压缩空气进入膨胀机，通过调节阀自动调节膨胀机转速缓慢上升；膨胀机带动发电机达到额定转速，通过合闸电气开关向负载供电；

优选的，耗电加热阶段，将电气开关合闸，逐个投入负载，每投入一个负载观察膨胀机转速下降的情况，待转速恢复后再投入下一个，电加热装置消耗电能并转换为热能，温度不断上升并加热压缩空气管道，通过切换电加热装置来调整负载功率，可以有效的解决压缩空气在释能过程中因温度降低影响膨胀机和管道安全运行的问题。

系统停运时，逐个切除负载并将发电机分闸，同时注意膨胀机转速，关闭储气罐出口阀门，关闭电磁隔离阀，关闭减压阀和膨胀机进口调节阀，将膨胀机发电功率降为零。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。