一种全过程近等温压缩空气储能系统及其运行方法

本发明属于储能，具体涉及一种全过程近等温压缩空气储能系统及其运行方法。

背景技术：

1、太阳能、风能等新能源具有环保、可再生、清洁等特点，这类新能源的使用不仅可以减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放、而且有利于能源安全和环境保护。为了降低碳排放，太阳能、风能等可再生能源等到了快速发展。但目前太阳能、风能等可再生能源在发电领域存在不稳定性，为了实现发电系统在日夜变化或天气突变时依旧可以稳定发电，储能技术的发展就显得尤其重要。

2、压缩空气储能技术，被视为未来能源储存最具潜力的技术之一。与抽水蓄能类似，压缩空气储能技术是通过将电能转化为空气的压力势能并进行储存的物理储能技术，其主要是由电动机、压缩机、膨胀机、高压储气容器、换热设备组成。但现有的压缩空气储能技术对压缩热利用程度较低，往往会造成压缩热的浪费，对压缩热的高效利用或减少压缩热的产生也是目前改良压缩空气储能系统的重要研究方向。

3、在太阳能光热发电系统中导热油空气换热器是常用的加热高压储气容器中出来的低温高压空气的装置，但现有的导热油空气换热器换热效率不高，提高导热油空气换热器的换热效率也是目前的一个重要研究方向。

技术实现思路

1、为了解决现有压缩气体储能技术中压缩热利用程度较低、导热油空气换热器换热效率较低等问题，本发明的目的在于提供一种全过程近等温压缩的新型压缩气体储能系统及方法，通过提出一种无油水驱近等温压缩模块减少预压缩过程中压缩热的产生。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种全过程近等温压缩空气储能系统，包括无油水驱近等温压缩模块、双罐式近等温压缩空气储能模块、膨胀机组发电单元以及太阳能熔盐双罐储能单元，无油水驱近等温压缩模块出气口连接双罐式近等温压缩空气储能模块，无油水驱近等温压缩模块中设置换热器，膨胀机组发电单元中设置油气换热器，高低温导热油罐高温油出口连接所述油气换热器，双罐式近等温压缩空气储能模块出气口经换热器连接所述油气换热器，太阳能熔盐双罐储能单元包括太阳能集热器、高低温熔盐储能罐、高低温导热油罐以及油盐换热器；太阳能集热器的出口连接油盐换热器热侧入口、高低温导热油罐的高温入口和低温出口；高低温导热油罐和高低温熔盐储能罐均连接油盐换热器，油盐换热器用于导热油和熔盐相互换热。

3、进一步的，高低温熔盐储能罐包括高温熔盐储罐和低温熔盐罐，高低温导热油罐包括低温导热油罐和高温导热油储罐，太阳能集热器出口连接高温导热油罐，低温导热油罐的出口连接太阳能集热器的入口；油盐换热器热侧入口还连接高温熔盐储罐，油盐换热器的热侧出口分别连接低温导热油罐和低温熔盐储罐，油盐换热器冷侧入口连接低温熔盐储罐和低温导热油罐，油盐换热器冷侧出口连接高温熔盐储罐和高温导热油罐；高温熔盐储罐出口设置高温熔盐泵，低温熔盐储罐的出口设置低温熔盐泵。

4、进一步的，无油水驱近等温压缩压缩模块包括电动机、第一压气机、第二压气机、水冷区、冷水罐以及热水罐，第一压气机和第二压气机串联，第一压气机和第二压气机在水冷区内，水冷区入口连接冷水罐，水冷区出口连接热水罐，热水罐连接换热器热侧入口，换热器热侧出口连接冷水罐。

5、进一步的，双罐式近等温压缩空气储能模块包括高压储气容器和双罐近等温压缩装置，双罐近等温压缩装置的出气口连接高压储气容器，高压储气容器的出气口作为双罐式近等温压缩空气储能模块的出口；双罐近等温压缩装置的进气口连接无油水驱近等温压缩模块；双罐近等温压缩装置包括第一水气罐、第二水气罐以及水泵水轮机；第一水气罐和第二水气罐的进气口分别连通第二压气机出口，第一水气罐和第二水气罐的出气口分别连通高压储气容器，第一水气罐的出水口经水泵水轮机连接第二水气罐的进水口，第二水气罐的出水口经水泵水轮机连接第一水气罐的进水口，第一水气罐和第二水气罐中均设置温度传感器、压力传感器以及水位计；在预置阶段，双罐式近等温压缩空气储能单元中第一水气罐和第二水气罐的液面保持一致。

6、进一步的，膨胀机组发电单元包括第一导热油空气换热器、第一膨胀机、第二导热油空气换热器、第二膨胀机以及发电机；第一导热油空气换热器热侧入口连接太阳能熔盐双罐储能单元高温油出口，第一导热油空气换热器热侧出口连接太阳能熔盐双罐储能单元低温油入口，第一导热油空气换热器冷侧入口连接换热器冷侧出口，第一导热油空气换热器冷侧出口连接第一膨胀机进气口，第一膨胀机出气口连接第二导热油空气换热器冷侧入口，第二导热油空气换热器冷侧出口连接第二膨胀机进气口，第二膨胀机出气口连通外部环境，第一膨胀机和第二膨胀机共同连接发电机。

7、进一步的，第一导热油空气换热器和第二导热油空气换热器结构相同，其结构包括内腔和外腔，内腔为长方体，外腔为圆筒形，内腔中设置多个空气管道，空气管道沿外腔轴向设置，外腔顶部设置多个导热油喷淋口，内腔底部开设多个进空气管口，内腔底部开设出油口，外腔底部侧面开设排空气口。

8、进一步的，导热油与空气喷淋换热区占内腔总区域的四分之一，内腔中设置多个波纹形状挡板，其中波纹状挡板与垂直面夹角度数为25-35°，最上端和最下端波纹状挡板采用倾斜设计，最上端和最下端波纹状挡板与水平面夹角度数为15-20°，空气管道穿过波纹状挡板。

9、本发明提供上述全过程近等温压缩空气储能系统的运行方法，包括压缩气体储能阶段、太阳能熔盐双罐储能阶段和膨胀机组发电阶段；

10、压缩气体储能阶段：无油水驱近等温压缩模块压缩空气，并输送至双罐式近等温压缩空气储能模块进一步压缩后存储高压空气；

11、太阳能熔盐双罐储能阶段：太阳能熔盐双罐储能单元加热导热油输送至高低温导热油罐和油盐换热器，高温导热油一方面进入油气换热器放热，另一方面进入油盐换热器与低温熔盐换热，吸热后的低温熔盐成为高温熔盐将热量存储；

12、膨胀机组发电阶段，高压空气经换热器进入膨胀机组发电单元的油气换热器吸热，高温导热油进入油气换热器放热，吸热后的高压空气在膨胀机组中膨胀做功后排出；高温导热油放热后成为低温导热油输送至高低温熔盐储能罐，光照不足时，高温熔盐在油盐换热器中将低温导热油加热生成高温导热油，高温导热油经高低温导热油罐进入油气换热器吸热，高温熔盐放热后成为低温熔盐。

13、进一步的，在光照充足时，导热油经太阳能集热器吸收热量之后一部分直接储存至高温导热油罐，另一部分进入油盐换热器热侧入口将导热油的热量储存后将低温导热油通过油盐换热器热侧出口输送至低温导热油罐，低温熔盐泵将低温熔盐从低温熔盐储罐泵出进入油盐换热器冷侧入口吸收导热油储存的热量，之后将高温熔盐从油盐换热器冷侧出口输送至高温熔盐储罐储存；导热油从低温导热油罐输送至太阳能集热器实现导热油循环；在无光照或光照条件不佳时，高温熔盐泵将高温熔盐从高温熔盐储罐泵出进入油盐换热器热侧入口，将高温熔盐的热量储存之后，将低温熔盐从油盐换热器热侧出口输送至低温熔盐储罐，低温导热油罐内的导热油从油盐换热器冷侧入口输入充分换热后从油盐换热器冷侧出口输出到高温导热油罐储存，高温导热油分别进入第一导热油空气换热器和第二导热油空气换热器与空气换热，换热之后的低温导热油分别进入低温导热油罐储存起来实现导热油循环。

14、进一步的，高压空气通过进空气管口进入空气管道，经过空气管道进入内腔，高温导热油通过导热油喷淋口喷淋进入内腔，之后在内腔顶部实现导热油与空气的喷淋换热，喷淋在内腔的导热油顺着挡板一层层流到底部出油口排出，沿着挡板流动的导热油与空气管道中的空气进行传导换热，空气从空气管道进入内腔顶部与喷淋的导热油换热后进入外腔，从外腔顶部流到外腔底部侧面的排空气口排出，外腔流动的空气和流动在内腔的导热油通过内腔壁再次进行导热换热。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明采用无油水驱近等温压缩机，大大减少了液体活塞预压缩过程中压缩热的产生，从而节省了预压缩过程中的功耗，避免了压缩热的浪费，实现全过程近等温压缩。

16、进一步的，本发明设出一种新型油空气换热器，采用喷淋导热油与空气换热增加空气换热效率，其中导热油与空气喷淋换热区占内腔总区域的四分之一，导热油喷淋喷嘴长度为20-30cm，极大改善了现有油空气换热器换热效率低、换热不充分的弊端。

17、进一步的，油空气换热器内空气先从内腔底部通过管道进入内腔喷淋换热区后进入外腔，从外腔顶部到外腔底部侧面排出，相比较现有油空气换热器空气流道长度大大增加，让空气与导热油换热充分，增加空气换热效率。

18、进一步的，油空气换热器挡板采用波纹状，其中波纹状挡板与垂直面夹角度数为25-35度，挡板厚度1-2mm,减缓了导热油在用空气换热器中流动速度同时增大导热油与空气换热面积提高了现有油空气换热器换热效率。

19、进一步的，油空气换热器挡板最上端和最下端采用倾斜设计其中挡板与水平面夹角度数为15-20度，减少了导热油无法流动而堵塞堆积的风险。