一种存储压力可控的压缩空气储能系统的制作方法

本发明涉及压缩空气储能系统技术领域，具体来说，涉及一种存储压力可控的压缩空气储能系统。

背景技术：

如图1所示，目前压缩空气储能系统的具体工作流程为：储能模式时，系统利用多余电能通过压缩机2将空气压缩至高压状态，储存于储气装置1中，完成电能到空气压力能的转化。释能模式时，高压空气从储气装置1中释放，推动膨胀机3旋转发电，完成空气压力能到电能的转化。

现有压缩空气储能技术的储气装置分为两种，即地表储罐和地下储气库。这两种储气装置，一般只能定容变压运行。储气时，随着储气量的增加，储气装置内的压力随之增加。为了降低压缩耗功，压缩机需要全程变工况运行，不能保证压缩机的效率一直处在较高的状态，同时也增加了压缩机的设计难度。而在膨胀释能发电的过程中，膨胀机入口压力必然要低于最终的储气压力，这将带来一定的能量损失。二者压力差表征了储气装置可释放的气量。在膨胀过程全部完成后，储气装置内会剩余一定量的高压“垫底气”。

综上，现有压缩空气储能系统具有设计难度大、耗功多，膨胀过程中损失大，储气装置利用率有限等诸多缺点。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种存储压力可控的压缩空气储能系统，可以人为调整储气装置内的压力，从而可以实现定压的储气和放气。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种存储压力可控的压缩空气储能系统，包括储气装置，所述储气装置的第一进口通过管路一连接有压缩机，所述储气装置的第一出口通过管路二连接有膨胀机，所述储气装置的第二进口通过管路三连接储蓄容器的出口，所述管路三上设置有泵，所述储蓄容器内储存有流体介质，所述储蓄容器的进口通过管路四连接所述储气装置的第二出口，且所述管路四上设置有用于回收所述流体介质部分动能的能量回收装置。

进一步地，所述管路一、管路二、管路三及管路四上均设置有阀门。

进一步地，所述流体介质为水。

进一步地，所述储蓄容器为蓄水池。

进一步地，所述能量回收装置为水轮机。

进一步地，所述泵与所述水轮机集成为一体共同构成可逆式水泵水轮机。

进一步地，所述管路三与所述管路四合并为同一条管路。

进一步地，所述管路二上还设置有干燥器。

进一步地，所述储气装置为地表储气罐或地下储气库。

本发明的有益效果：由于可以按需求调控储气装置的压力，因此可以方便地控制压缩机的工作状态点，使其处在较高效率的工况运行；可将储气压力调控到与膨胀机入口压力一致，可以避免释能放气过程中的压差损失，提高系统效率，另外，随着泵充水，可以将储气装置里存储的高压空气全部利用，不需要保留“垫底气”。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的现有的压缩空气储能系统的原理示意图；

图2是根据本发明实施例所述的存储压力可控的压缩空气储能系统的原理示意图。

图中：

1、储气装置；2、压缩机；3、膨胀机；4、储蓄容器；5、泵；6、能量回收装置；7、阀门。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，根据本发明实施例所述的一种存储压力可控的压缩空气储能系统，包括储气装置1，所述储气装置1的第一进口通过管路一连接有压缩机2，所述储气装置1的第一出口通过管路二连接有膨胀机3，所述储气装置1的第二进口通过管路三连接储蓄容器4的出口，所述管路三上设置有泵5，所述储蓄容器4内储存有流体介质，所述储蓄容器4的进口通过管路四连接所述储气装置1的第二出口，且所述管路四上设置有用于回收所述流体介质部分动能的能量回收装置6。

在本发明的一个具体实施例中，所述管路一、管路二、管路三及管路四上均设置有阀门7。

在本发明的一个具体实施例中，所述流体介质为水。

在本发明的一个具体实施例中，所述储蓄容器4为蓄水池。

在本发明的一个具体实施例中，所述能量回收装置6为水轮机。

在本发明的一个具体实施例中，所述泵5与所述水轮机集成为一体共同构成可逆式水泵水轮机。

在本发明的一个具体实施例中，所述管路三与所述管路四合并为同一条管路。

在本发明的一个具体实施例中，所述管路二上还设置有干燥器。

在本发明的一个具体实施例中，所述储气装置1为地表储气罐或地下储气库。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

流体介质可以为水、油等。能量回收装置6可将流体介质的部分动能转化成电能或利用流体介质的部分动能直接对外做功，本发明的实施例中是利用水轮机将流体介质的部分动能转化成电能。

本发明在原有的压缩空气储能系统中增设一套压力调控装置，可以人为调整储气装置1内的压力，尤其可以实现定压的储气和放气。

一般意义上的压力调控装置，为利用高度差（如地表与地下、地表与山体等）形成的水柱，或直接将储气装置1置于海底。不过这两种方式实施难度都比较大，依赖自然地理环境，布置非常不灵活。

本发明的压力调控装置包括蓄水池、泵5和水轮机。在放气释能时，放出高压气体的同时采用泵5将蓄水池中的水加压注入储气装置1，以此来调控储气装置1内的压力。储气时，储气装置1在充入高压空气的同时会将内部的高压水排出，进而推动水轮机旋转，回收高压水的能量。

下面将举例说明。假设膨胀机3额定工况运行，其入口的压力为50bar，流量和出功一定。

若以现有的技术方案而言，为保证膨胀机3入口压力为50bar，则储气装置1中的储气压力必然要大于50bar，假设为80bar。压缩储能过程中，压缩机2的出口压力需要从50bar变化到80bar，以完成一定量空气的存储。膨胀释能过程中，在储气装置1（80bar）到膨胀机3入口（50bar）之间需设置减压装置。随着释能过程的进行，储气装置1中的压力将不断下降。当压力降为50bar的时候，膨胀机3停止工作，释能过程结束（若继续释能发电，膨胀机3将变工况运行，不在本例的对比范围）。

而采用本发明的技术方案，可以采用充水定压的方式，在储气装置1内预装50bar的高压水。压缩储能过程中，压缩机2可以定工况运行，出口压力为50bar。定工况运行，使得压缩机2的设计和运行控制难度大大降低。与上述现有的技术方案相比，压缩机2的压比降低，电功率也随之减少，压比降低带来的另一个好处是，压缩机2流量增大，这意味着存储等量空气可以花费更少的时间和更少的电能。随着气体的充入，储气装置1内的50bar的高压水将排出，并进入水轮机作功发电，膨胀机工作时，储气装置1放气，同时通过泵5将50bar的高压水注入储气装置1，从而维持储气装置1的气体压力，直至储气装置1被水充满，气体排尽，完成一个循环周期。对于储气装置1来说，由于不需要“垫底气”，利用率提高了，存储等量空气的储罐成本、占地面积均大幅下降。储气装置1在整个循环周期内，处于50bar的定压工况运行。压力降低（相比80bar）可以降低压力容器的等级，对降低成本和提高安全性均带来好处。同时定压运行还可以避免储气装置1的低周疲劳问题。

两个技术方案对比可以发现，在膨胀机3输出同样的电能的情况下，本发明的技术方案的压缩机2耗功减小，压差损失减小。经计算，考虑了泵的耗功之后，系统效率依然高于现有的技术方案。同时本发明的技术方案中压缩机2和储气装置1的初投资和运维成本均大幅降低。因此，无论从技术还是经济角度，本发明的技术方案均优于现有的技术方案。

综上，借助于本发明的上述技术方案，由于可以按需求调控储气装置的压力，因此可以方便地控制压缩机的工作状态点，使其处在较高效率的工况运行；可将储气压力调控到与膨胀机入口压力一致，可以避免释能放气过程中的压差损失，提高系统效率，另外，随着泵充水，可以将储气装置里存储的高压空气全部利用，不需要保留“垫底气”。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。