一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，属于储能技术领域。


背景技术：

2.大规模储能技术是有效解决可再生能源应用，显著提高风、光、核等可再生能源消纳水平，支撑分布式电力及微网，推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术。压缩空气储能技术具有储能容量大、储能周期长、投资小、环保等优点，被认为是最具有广阔发展前景的大规模储能技术。压缩空气储能系统储能时，依靠电能驱动压缩机将空气压缩至高压并储存至储气装置，在此过程中各级压缩机的压缩热通过换热器回收并储存在蓄热介质亚临界水(亚临界水是指将水加热至沸点以上，临界点以下，并控制系统压力使水保持为液态的水)中。
3.目前，在国际上，已实现大规模商业应用的大规模储能技术只有抽水蓄能和压缩空气储能。但抽水蓄能技术对于地理条件有严苛的限制，还具有投资大、建设周期长、移民搬迁及生态环境破坏等问题，使其应用受到了一定限制。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，提供一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，本实用新型可回收压缩空气储能过程中的压缩热将其储存在亚临界水中，并在压缩空气膨胀过程中释放到压缩空气中，提高系统效率；同时，该系统可保持压缩空气储能系统过程中亚临界水的压力，防止储热系统中储热介质亚临界水的蒸发、汽化，从而实现压缩空气储能电站储热系统的正常、稳定运行，达到大规模长时储能的目的。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，包括a高压空气管道和b高压空气管道，所述a高压空气管道进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气冷却器，所述b高压空气管道进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气加热器，所述亚临界水-高压空气冷却器与亚临界水-高压空气加热器之间管道连接有定压系统，所述定压系统包括控制系统；可回收压缩空气储能过程中的压缩热将其储存在亚临界水中，并在压缩空气膨胀过程中释放到压缩空气中，提高系统效率。
6.前述的一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，所述定压系统还包括高压氮气储罐、冷水罐和热水罐，所述高压氮气储罐与冷水罐管道连接，所述冷水罐与热水罐管道连接，所述热水罐与高压氮气储罐管道连接，冷水罐与亚临界水-高压空气冷却器管道连接，热水罐与亚临界水-高压空气加热器管道连接；可保持压缩空气储能系统过程中亚临界水的压力，防止储热系统中储热介质亚临界水的蒸发、汽化，从而实现压缩空气储能电站储热系统的正常、稳定运行，达到大规模长时储能的目的。
7.前述的一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，所述亚临界水-高压空
气冷却器上设置有冷却器出水管道，所述冷却器出水管道的一端与亚临界水-高压空气冷却器的出口连接，冷却器出水管道的另一端贯穿于热水罐与热水罐连接。
8.前述的一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，所述亚临界水-高压空气加热器上设置有加热器出水管道，所述加热器出水管道的一端与亚临界水-高压空气加热器的出口连接，加热器出水管道的另一端贯穿于冷水罐与冷水罐连接。
9.前述的一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，所述a高压空气管道的进口端连接有空气压缩系统，a高压空气管道的出口端连接于空气压缩系统，b高压空气管道的进口端连接有空气膨胀系统，b高压空气管道的出口端连接于空气膨胀系统。
10.前述的一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，所述冷水罐的顶部设置有a高压氮气连通管，热水罐的顶部设置有b高压氮气连通管，所述a高压氮气连通管的一端与冷水罐的顶部连接，所述b高压氮气连通管的一端与热水罐的顶部连接，a高压氮气连通管的另一端与b高压氮气连通管的另一端连通连接。
11.前述的一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，所述a高压氮气连通管的另一端与b高压氮气连通管的另一端连通连接处设置有高压氮气泄压阀；当定压系统需要降低定压压力时，打开高压氮气泄压阀，释放定压系统中的高压氮气，减小系统压力。
12.前述的一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，所述冷水罐上设置有a管道，所述a管道的一端与冷水罐连接，a管道的另一端连接于热水罐与高压氮气储罐之间的管段。
13.前述的一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，所述热水罐与高压氮气储罐之间的管段上设置有高压氮气减压阀，所述高压氮气减压阀置于a管道的另一端与高压氮气储罐之间的管段上，所述高压氮气储罐上管道连接有高压氮气瓶；当定压系统需要提高定压压力时，打开高压氮气减压阀向定压系统中进行充气提高定压压力。
14.前述的一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，所述亚临界水-高压空气冷却器与冷水罐之间的管段上设置有冷水泵，亚临界水-高压空气加热器与热水罐之间的管段上设置有热水泵。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：
16.1、本实用新型可回收压缩空气储能过程中的压缩热将其储存在亚临界水中，并在压缩空气膨胀过程中释放到压缩空气中，提高系统效率；
17.2、本实用新型可保持压缩空气储能系统过程中亚临界水的压力，防止储热系统中储热介质亚临界水的蒸发、汽化，从而实现压缩空气储能电站储热系统的正常、稳定运行，达到大规模长时储能的目的；
18.3、本实用新型利用亚临界水作为储热介质，相对于传统的导热油、熔融盐等储热介质具有系统简单、储热介质成本低、热容大的优势；
19.4、本实用新型所采用的定压装置，该系统可保持压缩空气储能系统过程中亚临界水的压力，防止储热系统中储热介质亚临界水的蒸发、汽化，从而实现压缩空气储能电站储热系统的正常、稳定运行；
20.5、本实用新型系统简单、操作方便、稳定运行的优势，可达到大规模长时储能的目的。
附图说明
21.图1是本实用新型的结构示意图；
22.图2是本实用新型中定压系统与控制系统的结构示意图。
23.附图标记：1-a高压空气管道，2-b高压空气管道，3-亚临界水-高压空气冷却器，4-亚临界水-高压空气加热器，5-定压系统，6-控制系统，7-高压氮气储罐，8-冷水罐，9-热水罐，10-冷却器出水管道，11-加热器出水管道，12-空气压缩系统，13-空气膨胀系统，14-a高压氮气连通管，15-b高压氮气连通管，16-高压氮气泄压阀，17-a管道，18-高压氮气减压阀，19-高压氮气瓶，20-冷水泵，21-热水泵。
24.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
具体实施方式
25.本实用新型的实施例1：一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，包括a高压空气管道1和b高压空气管道2，所述a高压空气管道1进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气冷却器3，所述b高压空气管道2进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气加热器4，所述亚临界水-高压空气冷却器3与亚临界水-高压空气加热器4之间管道连接有定压系统5，所述定压系统5包括控制系统6。
26.本实用新型的实施例2：一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，包括a高压空气管道1和b高压空气管道2，所述a高压空气管道1进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气冷却器3，所述b高压空气管道2进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气加热器4，所述亚临界水-高压空气冷却器3与亚临界水-高压空气加热器4之间管道连接有定压系统5，所述定压系统5包括控制系统6；所述定压系统5还包括高压氮气储罐7、冷水罐8和热水罐9，所述高压氮气储罐7与冷水罐8管道连接，所述冷水罐8与热水罐9管道连接，所述热水罐9与高压氮气储罐7管道连接，冷水罐8与亚临界水-高压空气冷却器3管道连接，热水罐9与亚临界水-高压空气加热器4管道连接。
27.本实用新型的实施例3：一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，包括a高压空气管道1和b高压空气管道2，所述a高压空气管道1进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气冷却器3，所述b高压空气管道2进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气加热器4，所述亚临界水-高压空气冷却器3与亚临界水-高压空气加热器4之间管道连接有定压系统5，所述定压系统5包括控制系统6；所述定压系统5还包括高压氮气储罐7、冷水罐8和热水罐9，所述高压氮气储罐7与冷水罐8管道连接，所述冷水罐8与热水罐9管道连接，所述热水罐9与高压氮气储罐7管道连接，冷水罐8与亚临界水-高压空气冷却器3管道连接，热水罐9与亚临界水-高压空气加热器4管道连接；所述亚临界水-高压空气冷却器3上设置有冷却器出水管道10，所述冷却器出水管道10的一端与亚临界水-高压空气冷却器3的出口连接，冷却器出水管道10的另一端贯穿于热水罐9与热水罐9连接。
28.本实用新型的实施例4：一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，包括a高压空气管道1和b高压空气管道2，所述a高压空气管道1进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气冷却器3，所述b高压空气管道2进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气加热器4，所述亚临界水-高压空气冷却器3与亚临界水-高压空气加热器4之间管道连接有定压系统5，所述定压系统5包括控制系统6；所述定压系统5还包括高
压氮气储罐7、冷水罐8和热水罐9，所述高压氮气储罐7与冷水罐8管道连接，所述冷水罐8与热水罐9管道连接，所述热水罐9与高压氮气储罐7管道连接，冷水罐8与亚临界水-高压空气冷却器3管道连接，热水罐9与亚临界水-高压空气加热器4管道连接；所述亚临界水-高压空气冷却器3上设置有冷却器出水管道10，所述冷却器出水管道10的一端与亚临界水-高压空气冷却器3的出口连接，冷却器出水管道10的另一端贯穿于热水罐9与热水罐9连接；所述亚临界水-高压空气加热器4上设置有加热器出水管道11，所述加热器出水管道11的一端与亚临界水-高压空气加热器4的出口连接，加热器出水管道11的另一端贯穿于冷水罐8与冷水罐8连接。
29.本实用新型的实施例5：一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，包括a高压空气管道1和b高压空气管道2，所述a高压空气管道1进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气冷却器3，所述b高压空气管道2进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气加热器4，所述亚临界水-高压空气冷却器3与亚临界水-高压空气加热器4之间管道连接有定压系统5，所述定压系统5包括控制系统6；所述定压系统5还包括高压氮气储罐7、冷水罐8和热水罐9，所述高压氮气储罐7与冷水罐8管道连接，所述冷水罐8与热水罐9管道连接，所述热水罐9与高压氮气储罐7管道连接，冷水罐8与亚临界水-高压空气冷却器3管道连接，热水罐9与亚临界水-高压空气加热器4管道连接；所述亚临界水-高压空气冷却器3上设置有冷却器出水管道10，所述冷却器出水管道10的一端与亚临界水-高压空气冷却器3的出口连接，冷却器出水管道10的另一端贯穿于热水罐9与热水罐9连接；所述亚临界水-高压空气加热器4上设置有加热器出水管道11，所述加热器出水管道11的一端与亚临界水-高压空气加热器4的出口连接，加热器出水管道11的另一端贯穿于冷水罐8与冷水罐8连接；所述a高压空气管道1的进口端连接有空气压缩系统12，a高压空气管道1的出口端连接于空气压缩系统12，b高压空气管道2的进口端连接有空气膨胀系统13，b高压空气管道2的出口端连接于空气膨胀系统13。
30.本实用新型的实施例6：一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，包括a高压空气管道1和b高压空气管道2，所述a高压空气管道1进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气冷却器3，所述b高压空气管道2进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气加热器4，所述亚临界水-高压空气冷却器3与亚临界水-高压空气加热器4之间管道连接有定压系统5，所述定压系统5包括控制系统6；所述定压系统5还包括高压氮气储罐7、冷水罐8和热水罐9，所述高压氮气储罐7与冷水罐8管道连接，所述冷水罐8与热水罐9管道连接，所述热水罐9与高压氮气储罐7管道连接，冷水罐8与亚临界水-高压空气冷却器3管道连接，热水罐9与亚临界水-高压空气加热器4管道连接；所述亚临界水-高压空气冷却器3上设置有冷却器出水管道10，所述冷却器出水管道10的一端与亚临界水-高压空气冷却器3的出口连接，冷却器出水管道10的另一端贯穿于热水罐9与热水罐9连接；所述亚临界水-高压空气加热器4上设置有加热器出水管道11，所述加热器出水管道11的一端与亚临界水-高压空气加热器4的出口连接，加热器出水管道11的另一端贯穿于冷水罐8与冷水罐8连接；所述a高压空气管道1的进口端连接有空气压缩系统12，a高压空气管道1的出口端连接于空气压缩系统12，b高压空气管道2的进口端连接有空气膨胀系统13，b高压空气管道2的出口端连接于空气膨胀系统13；所述冷水罐8的顶部设置有a高压氮气连通管14，热水罐9的顶部设置有b高压氮气连通管15，所述a高压氮气连通管14的一端与冷水罐8的顶部连
接，所述b高压氮气连通管15的一端与热水罐9的顶部连接，a高压氮气连通管14的另一端与b高压氮气连通管15的另一端连通连接。
31.本实用新型的实施例7：一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，包括a高压空气管道1和b高压空气管道2，所述a高压空气管道1进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气冷却器3，所述b高压空气管道2进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气加热器4，所述亚临界水-高压空气冷却器3与亚临界水-高压空气加热器4之间管道连接有定压系统5，所述定压系统5包括控制系统6；所述定压系统5还包括高压氮气储罐7、冷水罐8和热水罐9，所述高压氮气储罐7与冷水罐8管道连接，所述冷水罐8与热水罐9管道连接，所述热水罐9与高压氮气储罐7管道连接，冷水罐8与亚临界水-高压空气冷却器3管道连接，热水罐9与亚临界水-高压空气加热器4管道连接；所述亚临界水-高压空气冷却器3上设置有冷却器出水管道10，所述冷却器出水管道10的一端与亚临界水-高压空气冷却器3的出口连接，冷却器出水管道10的另一端贯穿于热水罐9与热水罐9连接；所述亚临界水-高压空气加热器4上设置有加热器出水管道11，所述加热器出水管道11的一端与亚临界水-高压空气加热器4的出口连接，加热器出水管道11的另一端贯穿于冷水罐8与冷水罐8连接；所述a高压空气管道1的进口端连接有空气压缩系统12，a高压空气管道1的出口端连接于空气压缩系统12，b高压空气管道2的进口端连接有空气膨胀系统13，b高压空气管道2的出口端连接于空气膨胀系统13；所述冷水罐8的顶部设置有a高压氮气连通管14，热水罐9的顶部设置有b高压氮气连通管15，所述a高压氮气连通管14的一端与冷水罐8的顶部连接，所述b高压氮气连通管15的一端与热水罐9的顶部连接，a高压氮气连通管14的另一端与b高压氮气连通管15的另一端连通连接；所述a高压氮气连通管14的另一端与b高压氮气连通管15的另一端连通连接处设置有高压氮气泄压阀16。
32.本实用新型的实施例8：一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，包括a高压空气管道1和b高压空气管道2，所述a高压空气管道1进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气冷却器3，所述b高压空气管道2进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气加热器4，所述亚临界水-高压空气冷却器3与亚临界水-高压空气加热器4之间管道连接有定压系统5，所述定压系统5包括控制系统6；所述定压系统5还包括高压氮气储罐7、冷水罐8和热水罐9，所述高压氮气储罐7与冷水罐8管道连接，所述冷水罐8与热水罐9管道连接，所述热水罐9与高压氮气储罐7管道连接，冷水罐8与亚临界水-高压空气冷却器3管道连接，热水罐9与亚临界水-高压空气加热器4管道连接；所述亚临界水-高压空气冷却器3上设置有冷却器出水管道10，所述冷却器出水管道10的一端与亚临界水-高压空气冷却器3的出口连接，冷却器出水管道10的另一端贯穿于热水罐9与热水罐9连接；所述亚临界水-高压空气加热器4上设置有加热器出水管道11，所述加热器出水管道11的一端与亚临界水-高压空气加热器4的出口连接，加热器出水管道11的另一端贯穿于冷水罐8与冷水罐8连接；所述a高压空气管道1的进口端连接有空气压缩系统12，a高压空气管道1的出口端连接于空气压缩系统12，b高压空气管道2的进口端连接有空气膨胀系统13，b高压空气管道2的出口端连接于空气膨胀系统13；所述冷水罐8的顶部设置有a高压氮气连通管14，热水罐9的顶部设置有b高压氮气连通管15，所述a高压氮气连通管14的一端与冷水罐8的顶部连接，所述b高压氮气连通管15的一端与热水罐9的顶部连接，a高压氮气连通管14的另一端与b高压氮气连通管15的另一端连通连接；所述a高压氮气连通管14的另一端与b高压氮气连
通管15的另一端连通连接处设置有高压氮气泄压阀16；所述冷水罐5上设置有a管道17，所述a管道17的一端与冷水罐5连接，a管道17的另一端连接于热水罐6与高压氮气储罐7之间的管段。
33.本实用新型的实施例9：一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，包括a高压空气管道1和b高压空气管道2，所述a高压空气管道1进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气冷却器3，所述b高压空气管道2进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气加热器4，所述亚临界水-高压空气冷却器3与亚临界水-高压空气加热器4之间管道连接有定压系统5，所述定压系统5包括控制系统6；所述定压系统5还包括高压氮气储罐7、冷水罐8和热水罐9，所述高压氮气储罐7与冷水罐8管道连接，所述冷水罐8与热水罐9管道连接，所述热水罐9与高压氮气储罐7管道连接，冷水罐8与亚临界水-高压空气冷却器3管道连接，热水罐9与亚临界水-高压空气加热器4管道连接；所述亚临界水-高压空气冷却器3上设置有冷却器出水管道10，所述冷却器出水管道10的一端与亚临界水-高压空气冷却器3的出口连接，冷却器出水管道10的另一端贯穿于热水罐9与热水罐9连接；所述亚临界水-高压空气加热器4上设置有加热器出水管道11，所述加热器出水管道11的一端与亚临界水-高压空气加热器4的出口连接，加热器出水管道11的另一端贯穿于冷水罐8与冷水罐8连接；所述a高压空气管道1的进口端连接有空气压缩系统12，a高压空气管道1的出口端连接于空气压缩系统12，b高压空气管道2的进口端连接有空气膨胀系统13，b高压空气管道2的出口端连接于空气膨胀系统13；所述冷水罐8的顶部设置有a高压氮气连通管14，热水罐9的顶部设置有b高压氮气连通管15，所述a高压氮气连通管14的一端与冷水罐8的顶部连接，所述b高压氮气连通管15的一端与热水罐9的顶部连接，a高压氮气连通管14的另一端与b高压氮气连通管15的另一端连通连接；所述a高压氮气连通管14的另一端与b高压氮气连通管15的另一端连通连接处设置有高压氮气泄压阀16；所述冷水罐5上设置有a管道17，所述a管道17的一端与冷水罐5连接，a管道17的另一端连接于热水罐6与高压氮气储罐7之间的管段；所述热水罐6与高压氮气储罐7之间的管段上设置有高压氮气减压阀18，所述高压氮气减压阀18置于a管道17的另一端与高压氮气储罐7之间的管段上，所述高压氮气储罐7上管道连接有高压氮气瓶19。
34.本实用新型的实施例10：一种压缩空气储能电站亚临界水储热及定压系统，包括a高压空气管道1和b高压空气管道2，所述a高压空气管道1进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气冷却器3，所述b高压空气管道2进口端与出口端之间的管段上设置有亚临界水-高压空气加热器4，所述亚临界水-高压空气冷却器3与亚临界水-高压空气加热器4之间管道连接有定压系统5，所述定压系统5包括控制系统6；所述定压系统5还包括高压氮气储罐7、冷水罐8和热水罐9，所述高压氮气储罐7与冷水罐8管道连接，所述冷水罐8与热水罐9管道连接，所述热水罐9与高压氮气储罐7管道连接，冷水罐8与亚临界水-高压空气冷却器3管道连接，热水罐9与亚临界水-高压空气加热器4管道连接；所述亚临界水-高压空气冷却器3上设置有冷却器出水管道10，所述冷却器出水管道10的一端与亚临界水-高压空气冷却器3的出口连接，冷却器出水管道10的另一端贯穿于热水罐9与热水罐9连接；所述亚临界水-高压空气加热器4上设置有加热器出水管道11，所述加热器出水管道11的一端与亚临界水-高压空气加热器4的出口连接，加热器出水管道11的另一端贯穿于冷水罐8与冷水罐8连接；所述a高压空气管道1的进口端连接有空气压缩系统12，a高压空气管道1的出口端
连接于空气压缩系统12，b高压空气管道2的进口端连接有空气膨胀系统13，b高压空气管道2的出口端连接于空气膨胀系统13；所述冷水罐8的顶部设置有a高压氮气连通管14，热水罐9的顶部设置有b高压氮气连通管15，所述a高压氮气连通管14的一端与冷水罐8的顶部连接，所述b高压氮气连通管15的一端与热水罐9的顶部连接，a高压氮气连通管14的另一端与b高压氮气连通管15的另一端连通连接；所述a高压氮气连通管14的另一端与b高压氮气连通管15的另一端连通连接处设置有高压氮气泄压阀16；所述冷水罐5上设置有a管道17，所述a管道17的一端与冷水罐5连接，a管道17的另一端连接于热水罐6与高压氮气储罐7之间的管段；所述热水罐6与高压氮气储罐7之间的管段上设置有高压氮气减压阀18，所述高压氮气减压阀18置于a管道17的另一端与高压氮气储罐7之间的管段上，所述高压氮气储罐7上管道连接有高压氮气瓶19；所述亚临界水-高压空气冷却器3与冷水罐8之间的管段上设置有冷水泵20，亚临界水-高压空气加热器4与热水罐9之间的管段上设置有热水泵21。
35.本实用新型的一种实施例的工作原理：
36.本实用新型工作时：
37.储热时，冷水罐8中温度较低的亚临界水通过冷水泵20送入亚临界水-高压空气冷却器3中，与高温压缩空气进行换热，低温亚临界水变为高温亚临界水并储存在热水罐9中；
38.放热时，热水罐9中的高温亚临界水通过热水泵21送入亚临界水-高压空气加热器4中，与低温压缩空气进行换热，高温亚临界水变为低温亚临界水回到冷水罐8中，完成一个储热、放热循环；
39.本实用新型的储热温度来确定亚临界水定压系统5的定压压力值，系统采用高压氮气定压，高压氮气来自系统外的高压氮气储罐7中的氮气，高压氮气首先储存在高压氮气储罐7中，便于随时向定压系统5中补充高压氮气；热水罐9、冷水罐8水面以上的上部空间、a高压氮气连通管14及b高压氮气连通管15的空间被高压氮气填充，高压氮气的压力依靠高压氮气减压阀18进行控制；当定压系统5需要提高定压压力时，打开高压氮气减压阀18向定压系统5中进行充气提高定压压力；当定压系统5需要降低定压压力时，打开高压氮气泄压阀16，释放定压系统5中的高压氮气，减小系统压力。