一种压缩空气蓄能发电系统及其蓄能发电方法与流程

本发明涉及电力存储，特别是一种压缩空气蓄能发电系统及其蓄能发电方法。

背景技术：

1、风能、太阳能等新能源发电出力的随机性、间歇性和波动性，对电网的安全稳定运行带来了严峻的考验，同时也带来了更大的电网调峰调频，即蓄能发电需求。

2、目前已经正式投入使用的大规模储能方式主要有抽水蓄能和压缩空气蓄能。大型抽水蓄能受地理环境限制较多，建设周期长，初期投资巨大，并网电压高，难以满足分布广泛、快速发展、低电压等级并网新能源调节要求。

3、中国专利文献cn102797613b公开了一种抽水压缩空气储能系统，该系统在用电低谷时通过水泵将水从蓄水池压入气压罐使罐内气体受到压缩，从而将电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰时，气压罐中高压空气将水压出，经输水管道驱动水轮机并带动发电机发电。申请人发现，该系统仍存在一些缺陷：

4、1)可逆式抽水储能机组在蓄能或发电时，需切换不同的工作模式，储能和释能过程不能同时运行；三机或四机式抽水储能机组连接同一气压罐，同一气压罐同一时间只能充气或放气，储能和释能过程也不能同时运行；

5、2)储能容量小，如果需要增大储能容量，则需增加气压罐数量，导致水需求量大幅增加；

6、3)抽水蓄能机组直接与蓄水池和气压罐连接，机组运行过程中，易吸入空气，产生空化现象，导致泵扬程降低，甚至造成机械损坏，影响机组安全；

7、4)高压气与水共存，若长期储能，空气会大量溶于水中，降低储能效率，同时也会使机组在运行过程中产生空化现象。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术在使用中存在的问题，提供一种能够同时进行抽水蓄能和压水发电，能够不停机持续运行，不同工况转换简单，以及适用性强的的压缩空气蓄能发电系统。

2、本发明进一步提供一种压缩空气蓄能发电方法。

3、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

4、一种压缩空气蓄能发电系统，包括抽水蓄能单元、压水发电单元和多个并联的储气罐，所述储气罐上设有第一储气罐阀和第二储气罐阀，所述抽水蓄能单元通过第一储气罐阀与储气罐连通，所述压水发电单元通过第二储气罐阀与储气罐连通。

5、作为上述技术方案的进一步改进：

6、所述抽水蓄能单元包括第一压力水罐、第二压力水罐、第一水气罐、第二水气罐和蓄能机组，所述蓄能机组一端与所述第一压力水罐连通，蓄能机组另一端与所述第二压力水罐连通，所述第一水气罐上设有第一补泄气阀，所述第二水气罐上设有第二补泄气阀，所述第一水气罐通过第一通断阀与第一压力水罐连通，第一水气罐通过第二通断阀与第二压力水罐连通，所述第二水气罐通过第三通断阀与第一压力水罐连通，第二水气罐通过第四通断阀与第二压力水罐连通，所述第一水气罐通过第一充放气阀与第一储气罐阀连通，所述第二水气罐通过第二充放气阀与第一储气罐阀连通。

7、所述压水发电单元包括第三压力水罐、第四压力水罐、第三水气罐、第四水气罐和发电机组，所述发电机组一端与所述第三压力水罐连通，发电机组另一端与所述第四压力水罐连通，所述第三水气罐上设有第三补泄气阀，所述第四水气罐上设有第四补泄气阀，所述第三水气罐通过第五通断阀与第三压力水罐连通，第三水气罐通过第六通断阀与第四压力水罐连通，所述第四水气罐通过第七通断阀与第一压力水罐连通，第四水气罐通过第八通断阀与第二压力水罐连通，所述第三水气罐通过第三充放气阀与第二储气罐阀连通，所述第四水气罐通过第四充放气阀与第二储气罐阀连通。

8、所述压缩空气蓄能发电系统还包括第一管路和第二管路，所述第一充放气阀和第二充放气阀分别通过第一管路与第一储气罐阀连通，所述第三充放气阀和第四充放气阀分别通过第二管路与第二储气罐阀连通。

9、所述蓄能机组通过第一机组阀与第一压力水罐连通，蓄能机组通过第二机组阀与第二压力水罐连通，所述发电机组通过第三机组阀与第三压力水罐连通，发电机组通过第四机组阀与第四压力水罐连通。

10、所述蓄能机组为水泵机组，所述发电机组为水轮机组。

11、所述第一压力水罐和第二压力水罐的高度均低于第一水气罐的高度，所述第一压力水罐和第二压力水罐的高度均低于第二水气罐的高度，所述第三压力水罐和第四压力水罐的高度均低于第三水气罐的高度，所述第三压力水罐和第四压力水罐的高度均低于第四水气罐的高度。

12、一种上述的压缩空气蓄能发电系统的蓄能发电方法，蓄能过程包括以下步骤：

13、x1、打开第一储气罐阀、第一补泄气阀、第二充放气阀、第一通断阀和第四通断阀，其他阀门处于关闭状态，启动蓄能机组运行，将第一水气罐内的水抽入第二水气罐；

14、x2、蓄能机组运行，依次关闭第四通断阀、第一通断阀、第一补泄气阀和第二充放气阀，打开第二补泄气阀、第三通断阀、第二通断阀和第一充放气阀，将第二水气罐内的水抽入第一水气罐；

15、x3、蓄能机组运行，依次关闭第二通断阀、第三通断阀、第一充放气阀和第二补泄气阀，打开第四通断阀、第一通断阀、第一补泄气阀和第二充放气阀，将第一水气罐内的水抽入第二水气罐；

16、x4、重复步骤x2-x3，直至储气罐的压缩空气压力达到设计压力值，完成蓄能。

17、发电过程包括以下步骤：

18、f1、打开第二储气罐阀、第三补泄气阀、第四充放气阀、第五通断阀和第八通断阀，其他阀门处于关闭状态，启动发电机组运行，将第四水气罐内的水压入第三水气罐；

19、f2、发电机组运行，依次关闭第八通断阀、第五通断阀、第三补泄气阀、第四充放气阀，打开第四补泄气阀、第七通断阀、第六通断阀和第三充放气阀，将第三水气罐内的水压入第四水气罐；

20、f3、发电机组运行，依次关闭第六通断阀、第七通断阀、第三充放气阀和第四补泄气阀，打开第八通断阀、第五通断阀、第三补泄气阀和第四充放气阀，将第四水气罐内的水压入第三水气罐；

21、f4、重复步骤f2-f3，直至储气罐的压缩空气压力降至发电机组发电运行设计最低压力，完成发电。

22、步骤x1-x4中用于蓄能的储气罐与步骤f1-f4中的用于发电的储气罐为不同的储气罐，蓄能与发电过程同时运行。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

24、本发明的压缩空气蓄能发电系统，通过分别设置抽水蓄能单元和压水发电单元，使得抽水蓄能和压水发电能够同时运行；通过设置多个储气罐，且储气罐通过第一储气罐阀与抽水蓄能单元连通，储气罐通过第二储气罐阀与压水发电单元连通，通过控制第一储气罐阀与第二储气罐阀的开关，以使得本实施例的压缩空气蓄能发电系统能够适应单独抽水蓄能、单独压水发电，以及同时进行抽水蓄能和压水发电的不同工况，适用性强；通过切换第一储气罐阀和第二储气罐阀的开关状态即可切换储气罐用于蓄能或用于发电，不同工况转换简单，且可实现不停机持续运行。本发明的压缩空气蓄能发电系统具有能够同时进行抽水蓄能和压水发电，能够不停机持续运行，不同工况转换简单，以及适用性强的优点。

25、本发明的压缩空气蓄能发电方法，具有本发明压缩空气蓄能发电系统的全部优点，而且通过按顺序关闭或打开各阀门，可以确保平稳切换不同的水气罐，防止水压冲击过大。