一种压缩空气储能压气机系统及其控制方法与流程

本发明涉及多级压气机系统领域，尤其涉及一种压缩空气储能压气机系统及其控制方法。

背景技术：

压缩空气储能具有储能规模大、存储周期长、对环境污染小等优点，被认为是最有发展前景的大规模电力储能技术之一。

压气机在压缩空气储能中具有重要作用，是将电能转换为空气内能的主要设备，在满足系统运行要求的情况下减少压气机出力对系统节能、提高电-电效率具有重要意义。目前多级压气机的运行方式是不管储气罐压力高低，全部压气机均投入运行，出口压力较高且压力恒定，但在储能初期，储气罐中的压力较低，高压压缩空气进入储气罐时由于压差较大，高压压缩空气膨胀做功，一方面使得储气罐内空气温度升高，影响压缩空气储能能力，另一方面也导致高压压缩空气的能量损失。

因此，针对压缩空气储能压气机系统存在较大能量损失的问题，尤其是在储能初期压气机系统高压压缩空气如何减少能量损失，提高电-气转换效率的问题，必须找到合理的解决方法，才能使压缩空气储能得到更广泛的应用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种压缩空气储能压气机系统及其控制方法，以解决现有技术多级压气机的压缩空气储能电站，储能初期，储气罐中的压力较低，高压压缩空气进入储气罐时由于压差较大，高压压缩空气膨胀做功，使得储气罐内空气温度升高，导致压缩空气储能能力下降的问题和高压压缩空气的能量损失的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种压缩空气储能压气机系统，包括：空气入口过滤器、至少一个低压级压气机、至少一个高压级压气机、电动机、蓄冷罐、蓄热罐、至少两个换热器、压缩机传动轴、液力耦合器、电机传动轴、储气罐及相关管道阀门，所述空气入口过滤器出口和所述低压级压气机入口相连，所述低压级压气机出口与所述换热器热侧入口连通，所述换热器热侧出口至少一个所述高压级压气机入口连通，所述高压级压气机出口与换热器热侧入口连通，所述换热器热侧出口与储气罐相连所述至少一个换热器的冷侧进口与蓄冷罐相连，冷侧出口与蓄热罐入口相连，所述电动机通过电机传动轴与液力耦合器连接，所述液力耦合器通过压缩机传动轴与所述高压级压气机连接。

优选的，所述电动机为交流定速电机。

优选的，所述液力耦合器为调速型液力耦合器。

上述的压缩空气储能压气机系统的控制方法，包括如下步骤：

压缩空气储能阶段，当：

pd>(pt+pr)

式中：pd为高压级压气机设计出口压力，pt为储气罐实际压力，pr为额定工况下高压级压气机至储气罐管道设计压损，

启动电动机运行，调整液力耦合器勺管开度，改变液力耦合器的输出转速n，使得：

式中，为转速n时高压级压气机设计出口压力，其可以表示为：

式中：p0为低压级压气机入口压力，为低压级压气机在转速n时的设计压比，为高压级压气机在转速n时的设计压比,

当：

pd≤(pt+pr)

储能结束，停运电机电动机。

本发明的有益效果是：通过本发明的实施，可以在储气罐内压缩空气压力未达到额定压力前的过程中，通过液力耦合器的调速作用，降低压气机的转速，调整压气机的压比，改变压气机出口压缩空气的压力，使得压气机出口压力与储气罐压力相匹配，减少高压压缩空气能量损失，同时，由于在液力耦合器的调整下减少了压气机的输入力矩，电动机功率降低，达到提高压缩空气储能电-电转换效率的目的。

附图说明

图1为本发明系统的连接示意图；

图中：1、空气入口过滤器，2、低压级压气机，3、高压级压气机，4、电动机，5、蓄冷罐，6、蓄热罐，7、换热器，8、压缩机传动轴，9、液力耦合器，10、电机传动轴，11、储气罐。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明，应理解该实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种压缩空气储能压气机系统，包括：空气入口过滤器1、至少一个低压级压气机2、至少一个高压级压气机3、电动机4、蓄冷罐5、蓄热罐6、至少两个换热器7、压缩机传动轴8、液力耦合器9、电机传动轴10、储气罐11及相关管道阀门，所述空气入口过滤器1出口和所述低压级压气机2入口相连，所述低压级压气机2出口与所述换热器7热侧入口连通，所述换热器7热侧出口至少一个所述高压级压气机3入口连通，所述高压级压气机3出口与换热器7热侧入口连通，所述换热器7热侧出口与储气罐11相连所述至少一个换热器7的冷侧进口与蓄冷罐5相连，冷侧出口与蓄热罐6入口相连，所述电动机4通过电机传动轴10与液力耦合器9连接，电动机通过电机传动轴10将电机力矩传递给液力耦合器9，所述液力耦合器9通过压缩机传动轴8与所述高压级压气机3连接，液力耦合器9通过压缩机传动轴8将力矩传递给高压级压气机3。

所述电动机4为交流定速电机。

所述液力耦合器9为调速型液力耦合器，所述液力耦合器9为靠液体动量矩的变化传递力矩的液力传动装置。

上述的压缩空气储能压气机系统的控制方法，包括如下步骤：

压缩空气储能阶段，当：

pd>(pt+pr)

式中：pd为高压级压气机3设计出口压力，pt为储气罐实际压力，pr为额定工况下高压级压气机3至储气罐11管道设计压损，

启动电动机4运行，调整液力耦合器9勺管开度，改变液力耦合器的输出转速n，使得：

式中，为转速n时高压级压气机3设计出口压力，其可以表示为：

式中：p0为低压级压气机2入口压力，为低压级压气机2在转速n时的设计压比，为高压级压气机3在转速n时的设计压比,

当：

pd≤(pt+pr)

储能结束，停运电机电动机4。