一种压缩空气储能发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力领域的一种压缩空气储能发电系统，尤其涉及一种可对压缩空气进行降温储藏、并将多余热量进行二次利用的高效能压缩空气储能发电系统。
【背景技术】
[0002]从目前的科技发展水平来看，压缩空气储能技术(CAES)和抽水蓄能技术是能够实现电能大规模储存仅有的两种技术。由于我国广大的西部地区普遍干旱缺水，抽水蓄能技术暂无法采用，因此，压缩空气储能技术成为我国，尤其是西部地区，对风电进行大规模储存唯一可以采用的技术。
[0003]压缩空气储能技术在国外已有30年以上的应用和发展历史，今天仍在安全运行。目前，在运行的电站有美国的阿拉巴马州电力公司在麦金托什(McIntosh)地区兴建的压缩空气储能电站和德国的Huntorf压缩空气储能电站。
[0004]根据国外压缩空气储能电站热力系统的技术特点和发展历史，大都采用如下第一代技术:电动机与发电机为同一驱动电机，系统中不带燃气轮机，电机、压缩机和气体膨胀机实行共轴转动，透平发电机进气加热由低压透平发电机排气余热和补燃装置共同完成。
[0005]如图1所示，其主要技术方案如下:该系统采用直链结构，压缩机17与透平发电机3共轴，二者共用一个驱动电机60，分别通过联轴器61与驱动电机60连接。在储能过程中，透平发电机3与驱动电机60脱开，驱动电机为电动机，拖动压缩机17工作，向储气罐I中输送带压气体；在发电过程中，压缩机17与驱动电机60脱开，驱动电机60为发电机，发电机在地下带压气体的推动下推动透平发电机3，带动发电机工作，向电网输电。
[0006]但是该系统存在如下缺点:需要采用外部热源向系统补充热量，但未对压缩过程中产生的热量加以回收利用。此外，该系统由于未采用燃气透平，燃料含有的有效能量未被充分利用；系统的总转换效率不会很高；由于机组采用的是直连形式，主机(压缩机17和气体透平发电机3选型受限，不利于设备的批量化生产。
[0007]有鉴于此，特提出本发明。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种压缩空气储能发电系统，以实现对压缩空气降温储藏、降低储藏成本和风险系数的目的；再一目的在于，该发电系统还具有循环水热交换系统，以实现将压缩空气降温过程释放的热量二次利用、提高发电效率的目的。
[0009]本发明中，为了实现上述目的所采用的具体技术方案如下:
[0010]一种压缩空气储能发电系统，包括:对空气进行压缩生成高压气体的压缩机组，与压缩机组相连接的、储存高压气体的储气罐I ;与储气罐I相连的、将空气进行加热生成高温高压气体的空气加热器2 ;与空气加热器2相连的、利用空气加热器2生成的高温高压气体发电的发电设备；
[0011]还包括依次首尾相连构成循环水路的冷水储存罐20、中间冷却器18、热水储存罐19和空气预热器4 ;压缩机组的出气口经中间冷却器18与储气罐I的进气口相连，将流经气体与冷水进行热交换；储气罐I的出气口经空气预热器4与空气加热器2的进气口相连，将流经气体与热水进行热交换。
[0012]进一步，所述的中间冷却器18包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；中间冷却器18的第一通道两端分别与冷水储存罐20的出水口和热水储存罐19的进水口相连通；中间冷却器18的第二通道两端分别与压缩机组的出气口和储气罐I的进气口相连通。
[0013]进一步，所述的空气预热器4包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；空气预热器4的第一通道两端分别与冷水储存罐20的进水口和热水储存罐19的出水口相连通；空气预热器4的第二通道两端分别与储气罐I的出气口和空气加热器2的进气口相连通。
[0014]进一步，所述的空气预热器4与空气加热器2之间设有回热器30，所述的回热器30包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；回热器30的第一通道的两端分别与大气和发电设备的出气口相连通；回热器30的第二通道两端分别与空气预热器4的出气口和空气加热器2的进气口相连通。
[0015]进一步，压缩机组由一个压缩机17、或多个依次相串连的压缩机17构成。
[0016]进一步，各压缩机17上分别设有对压缩机17进行冷却的、供冷却水流动的换热管路，换热管路的两端分别与冷水储存罐20的出水口和热水储存罐19的进水口相连通。
[0017]进一步，还包括利用利用高压气体进行发电的预膨胀装置50;储气罐I的出气口与预膨胀装置50的进气口相连，预膨胀装置50的出气口与空气预热器4的进气口相连通。
[0018]进一步，中间冷却器18与冷水储存罐20之间相连接的管路上设有第一水泵62 ;热水储存罐19与空气预热器4之间相连接的管路上设有第二水泵63。
[0019]进一步，所述的空气加热器2包括轴线水平延伸的罐体；罐体内部空间的两端分别设有燃烧室和混合室，燃烧室与混合室的靠近侧相连通；燃烧室远离混合室的一端为前端，该端设有供燃气和高压空气进入的进气喷嘴；燃烧室的侧壁上排布由多列沿罐体轴线间隔设置的、调整燃烧室内火焰方向的、供高压气体流入的导向喷嘴；至少靠近燃烧室后端一列的各导向喷嘴轴线相交于罐体轴线处，使燃烧室喷入混合室的火焰沿罐体轴线方向喷射。
[0020]进一步，空气预热器4的第一通道的两端分别设有三通阀，其中一个三通阀分别与冷水储存罐20的进水口和发电设备的出气口相连，另一三通阀分别与热水储存罐19的出水口和大气相连。
[0021]本发明的另一目的在于提供一种压缩空气储能发电系统，以实现对空气的多级、多程度压缩，以提高发电效率的目的；还一目的在于，该发电系统还具有多个并和/或串联的多个发电设备，达到依据压缩空气工况令各发电设备进行对应工作的目的，以实现提高压缩空气使用效率、增大发电效率的目的。
[0022]为实现上述发明目的，采用如下技术方案:
[0023]一种压缩空气储能发电系统，包括:对空气进行压缩生成高压气体的压缩机组，与压缩机组相连接的、储存高压气体的储气罐I ;与储气罐I相连的、将空气进行加热生成高温高压气体的空气加热器2 ;与空气加热器2相连的、利用空气加热器生成的高温高压气体发电的发电设备；压缩机组由多个依次相串连的压缩机17构成；发电设备由多个依次相串连和/或并联的透平发电机3构成。
[0024]进一步，还包括依次首尾相连构成循环水路的冷水储存罐20、中间冷却器18、热水储存罐19和空气预热器4 ;压缩机组的出气口经中间冷却器18与储气罐I的进气口相连，将流经气体与冷水进行热交换；储气罐I的出气口经空气预热器4与空气加热器2的进气口相连，将流经气体与热水进行热交换。
[0025]进一步，各压缩机17的进气口分别与上一级压缩机17的出气口相连通、出气口分别与下一级压缩机17的进气口相连通；最上级的压缩机17的进气口与大气相连通，最下级的压缩机17的出气口与中间冷却器18相连通。
[0026]进一步，各压缩机17的出气口均分别经三通阀与中间冷却器18的进气口和下一级压缩机17的进气口相连通；各压缩机17的进气口均分别经三通阀与中间冷却器18的出气口和上一级压缩机17的出气口相连通。
[0027]进一步，构成压缩机组的多个压缩机17共用同一驱动电机60。
[0028]进一步，压缩机17上分别设有对压缩机进行冷却的、供冷却水流动的换热管路，换热管路的两端分别与冷水储存罐20的出水口和热水储存罐19的进水口相连通。
[0029]进一步，各透平发电机3的进气口分别与上一级透平发电机3的出气口相连通；最上级的透平发电机3的进气口与空气加热器2的出气口相连通，最下级的透平发电机17的出气口与排气装置和/或大气相连通。
[0030]进一步，各透平发电机3上分别设有对透平发电机3进行冷却的、供冷却水流动的换热管路，换热管路的两端分别为冷却水进口和冷却水出口。
[0031]进一步，所述的空气预热器4与空气加热器2之间设有回热器30，所述的回热器30包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；回热器30的第一通道的两端分别与冷水储存罐20的进水口和各透平发电机3的冷却水出口相连通，或回热器30的第一通道的两端分别与各透平发电机3的出气口和大气相连通；回热器30的第二通道两端分别与空气预热器4的出气口和空气加热器2的进气口相连通。
[0032]进一步，各透平发电机3的冷却水进口分别与冷水储存罐20相连通。
[0033]采用上述技术方案，本发明较现有技术的优势在于:
[0034]在系统中加入了一个冷水储存罐和一个热水储存罐、一个预膨胀器、一个回热器，压缩空气储能系统与传统储能系统的最大区别在于最大限度地减低系统对外界排放热量中所含的有效能量，回收压缩机压缩过程中放出的热量。该系统可以获得更高的能量转换