发明具有高效、环保和经济性好的优点，应用前景广阔。
[0119]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种压缩空气储能系统，其特征在于，包括: 空气压缩子系统，利用电能将空气压缩，完成电能到空气压力能的转换，包括:压缩压力逐渐增大的N级空气压缩机，N ^ 2 ;其中，第一级空气压缩机的进气口连接至空气； N-1组的压缩气路选择子系统，其中，对于第I级和第1+1级空气压缩机，其中I彡I彡N-1，两者之间的压缩气路选择子系统包括: 第I级三通阀门，其进气口连接至第I级空气压缩机的出气口，其第一出气口连接至第1+1级空气压缩机的进气口 ； 第I级进气阀门，其进气口连接至所述第I级三通阀门的第二出气口，其出气口连接至储气室的进气口 ；以及 第N级进气阀门，连接于第N级空气压缩机的出气口和储气室之间。
2.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩气路选择子系统在储能状态下: 当储气室内的压力低于第I级压缩机出口压力，并不低于第1-1级压缩机出口压力时，第I级至第I级空气压缩机工作，第1+1级至第N级压缩机停机，第I级至第1-1级三通阀门第一出气口打开，第二出气口关闭，第I级三通阀门第一出气口关闭，第二出气口打开，第I级进气阀门打开，其余级进气阀门关闭，其中，当I=I时，第1-1级压缩机出口压力为大气压； 当储气室内压力低于第N级压缩机出口压力，并不低于第N-1级压缩机出口压力时，第I级至第N级空气压缩机工作，第I级至第N-1级三通阀门第一出气口打开，第二出气口关闭，第N级进气阀门打开，其余级进气阀门关闭。
3.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括: M个离合器，分别设置于相邻的两级空气压缩机之间，将前级压缩机和后级压缩机同轴或分轴连接，I彡M彡N-1，其中，对于第I级和第1+1级空气压缩机之间的离合器:当1+1级空气压缩机工作时，该离合器链接，其余时刻该离合器分离。
4.根据权利要求1所述的压缩空气储能系统，其特征在于，第I级至第1+1级空气压缩机为独立空气压缩机或一台空气压缩机中的某一级。
5.根据权利要求1至4任一项所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述2 < N < 15。
6.根据权利要求1至4任一项所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气压缩机为轴流式、离心式、活塞式或混合式空气压缩机。
7.—种压缩空气储能系统，其特征在于，包括: 空气膨胀子系统，利用高压空气膨胀做功，完成空气压力能到机械能的转换，包括:工作压力逐渐减小的J级空气膨胀机，J ^ 2 ;其中，第J级空气膨胀机的出气口连接至空气；第I级节流阀，连接于储气室的出气口和第I级空气膨胀机的进气口之间； J-1组的膨胀气路选择子系统，其中，对于第L级和第L+1级空气膨胀机而言，其中，IJ-1，两者之间的膨胀气路选择子系统包括: 第L+1级三通阀门，其第一进气口连接至第L级空气膨胀机的出气口，其出气口连接至第L+1级空气膨胀机的进气口 ； 第L+1级节流阀，其进气口连接至储气室的出气口，其出气口连接至所述第L+1级三通阀门的第二进气口。
8.根据权利要求7所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述膨胀气路选择子系统在释能状态下: 所述的第I级节流阀当储气室压力高于第I级膨胀机入口压力时打开，其他级节流阀关闭，所有级三通阀门的第一进气口打开，第二进气口关闭，此时第I级至第J级膨胀机同时工作； 第L级和第L+1级空气膨胀机在释能状态下:当储气室内的压力高于第L+1级膨胀机入口压力，并不高于第L级膨胀机入口压力时，第L+1级节流阀打开，其他级节流阀关闭，第L+1级三通阀门第一进气口关闭，第二进气口打开，高于L+1级的三通阀门第一进气口打开，第二进气口关闭，此时，第I级至第L级膨胀机停止工作，第L+1级至第J级膨胀机同时工作。
9.根据权利要求7所述的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括: K个离合器，分别设置于相邻的两级空气膨胀机之间，将前级膨胀机和后级膨胀机同轴或分轴连接，IJ-1，其中，对于第L级和第L+1级空气膨胀机之间的离合器:当第L级和第L+1级空气膨胀机同时工作时，该离合器连接，其余时刻该离合器分离。
10.根据权利要求7所述的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括: P个燃烧室，P^J,分别设置于所述J级空气膨胀机的任意P个不同级空气膨胀机之前，对于第I级空气膨胀机之前燃烧室而言，其第一进气口连接至前端节流阀的出气口，其第二进气口连接至燃料口，其出气口连接至第I级空气膨胀机的进气口，对于其他级的膨胀机前燃烧室而言，其第一进气口连接至前端三通阀门的出气口，其第二进气口连接至燃料口，其出气口连接至后端空气膨胀机的进气口。
11.根据权利要求7所述的压缩空气储能系统，其特征在于，第L级至第L+1级空气膨胀机为独立空气膨胀机或一台空气膨胀机中的某一级。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述2< J < 15。
13.根据权利要求7至11中任一项所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气膨胀机为轴流式、离心式、活塞式或混合式空气膨胀机。
14.一种压缩空气储能系统，其特征在于，包括:储气室、储能端组件和释能端组件； 所述储能端组件包括: 空气压缩子系统，利用电能将空气压缩，完成电能到空气压力能的转换，包括:压缩压力逐渐增大的N级空气压缩机，N ^ 2 ;其中，第一级空气压缩机的进气口连接至空气； N-1组的压缩气路选择子系统，其中，对于第I级和第1+1级空气压缩机，其中I彡I彡N-1，两者之间的压缩气路选择子系统包括: 第I级三通阀门，其进气口连接至第I级空气压缩机的出气口，其第一出气口连接至第1+1级空气压缩机的进气口 ； 第I级进气阀门，其进气口连接至所述第I级三通阀门的第二出气口，其出气口连接至储气室的进气口； 第N级进气阀门，连接于第N级空气压缩机的出气口和储气室之间； 所述释能端组件包括: 空气膨胀子系统，利用高压空气膨胀做功，完成空气压力能到机械能的转换，包括:工作压力逐渐减小的J级空气膨胀机，J^2； 第I级节流阀，连接于储气室的出气口和第I级空气膨胀机的进气口之间； J-1组的膨胀气路选择子系统，其中，对于第L级和第L+1级空气膨胀机而言，其中，IJ1，两者之间的膨胀气路选择子系统包括: 第L+1级三通阀门，其第一进气口连接至第L级空气膨胀机的出气口，其出气口连接至第L+1级空气膨胀机的进气口 ； 第L+1级节流阀，其进气口连接至储气室的出气口，其出气口连接至所述第L+1级三通阀门的第二进气口。
15.根据权利要求14所述压缩空气储能系统，其特征在于，还包括: 低温储罐，用于储存低温的蓄热介质； 至少一个冷却器，设置于所述N级空气压缩机中第Q级空气压缩机的后端，其热流体进口与第Q级空气压缩机的出口相连接，其热流体出口与第Q级空气压缩机的后端的第Q级三通阀门的进气口连接，其冷流体进口与低温储罐的出口相连接，用于利用自第Q级空气压缩机出口气体的压缩热对低温的蓄热介质进行加热，其中，当Q等于N时，其热流体出口与第N进气阀门的进气口连接； 高温储罐，其进口连接至所述至少一个冷却器的冷流体出口，用于存储加热后的蓄热介质； 至少一个加热器，设置于所述J级空气膨胀机第R级空气膨胀机的前端，其热流体进口与高压储罐的出口连接，其热流体出口通过管路连接至所述低温储罐的进口，其冷流体进口与第R级空气膨胀机前端的三通阀门的出口相连接，其冷流体出口与第R级空气膨胀机的进气口或其前的燃烧室第一进气口相连接，用于利用蓄热介质加热流入第R级空气膨胀机或其前燃烧室的气体，其中，当R等于I时，其冷流体进口与第I级空气膨胀机前端的节流阀出口连接。
16.根据权利要求14或15所述压缩空气储能系统，其特征在于，所述储气室为可承压的容器或地下洞穴。
【专利摘要】本发明提供了一种压缩空气储能系统。该压缩空气储能系统采用了压缩机的分级运行，减小了压缩机变工况运行的范围，提升了压缩机的运行效率；同时采用膨胀机的分级运行，使储气室内空气的压力能实现梯级利用，减小了压力能的损失。
【IPC分类】F01K27-00
【公开号】CN104675464
【申请号】CN201310641633
【发明人】徐玉杰, 陈海生, 谭春青, 刘畅, 许剑, 张新敬
【申请人】中国科学院工程热物理研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年12月3日