一种基于熔盐和水的人工硐室压缩空气储能系统的制作方法

本技术属于储能，具体地涉及一种基于熔盐和水的人工硐室压缩空气储能系统。

背景技术：

1、随着国家“3060”战略的提出，未来能源消费将逐步由化石能源为主的能源消费结构转变为以新能源为主的能源消费结构，对于电力系统，构建以新能源为主体的新型电力系统将是电力行业实现双碳目标的关键。但风、光等新能源发电不同于传统的燃煤发电，传统燃煤发电具有即发即用的特点，风、光等新能源发电受天气因素以及昼夜周期等的影响，其发电存在间歇性和不稳定的特点，该特点将打破电网的平衡。随着未来风、光等新能源发电的容量不断增加，会对电网的安全稳定运行带来一定的影响，为提高未来电力系统的安全可靠性和进一步提升风、光等新能源发电的比重，需要发展储能系统作为重要支撑。储能包括物理储能、化学储能、电磁储能、抽水蓄能等不同的储能技术形式，各种储能技术具有不同的特点和不同的应用场景。

2、压缩空气储能是物理储能技术中的一种，具有储能时间长、储能容量大、储能效率高等优点。但目前现有的此类储能系统所采用的结构较为单一，储能及发电效率仍有上升空间。此外，压缩空气储能需要特定的地理条件建造体积庞大的储气库来储存压缩空气，若采用地上储气罐或地下人工硐室的方式将面临建设成本较高的问题，因而目前一般只选择基于已有的岩石洞穴、盐洞、废旧矿井等进行建设，大大限制了该技术的推广与应用。因此需要一种选址范围更广、储能更高效，且应用成本较低的压缩空气储能方案。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种基于熔盐和水的人工硐室压缩空气储能系统，实现更高效的储能及发电，并且能够以较低的成本在人工硐室进行建设，拓宽压缩空气储能系统的应用范围。

2、依据本实用新型的技术方案，本实用新型提供了一种基于熔盐和水的人工硐室压缩空气储能系统，包括有依次相串连的空气压缩系统、人工硐室储存系统和膨胀系统，还包括熔盐储换热系统和水储换热系统；空气压缩系统包括一台或多台相串连的空气压缩机；至少一台空气压缩机的输出端管路依次经过熔盐储换热系统、水储换热系统的换热器及水冷却器后与其下游的空气压缩机或者人工硐室储存系统的输入端相连接；膨胀系统包括一台或多台相串连的透平膨胀机；人工硐室储存系统的输出端管路依次经过水储换热系统及熔盐储换热系统的换热器后与其下游的透平膨胀机的输入端相连接。

3、进一步地，熔盐储换热系统包括有储盐冷罐和储盐热罐，储盐冷罐的输出端通过两条管路分别经过第一熔盐换热器和第二熔盐换热器后与储盐热罐的输入端相连接；储盐热罐的输出端分别经过第三熔盐换热器和第四熔盐换热器后与储盐冷罐的输入端相连接；水储换热系统包括有储水冷罐和储水热罐，储水冷罐的输出端分别经过第一水换热器和第二水换热器后与储水热罐的输入端相连接；储水热罐的输出端通过两条管路分别经过第三水换热器和第四水换热器后与储水冷罐的输入端相连接。

4、进一步地，空气压缩系统包括一级空气压缩机、二级空气压缩机和三级空气压缩机；一级空气压缩机的输出端管路依次经过第一熔盐换热器、第一水换热器和第一水冷却器后与二级空气压缩机的输入端相连接；二级空气压缩机的输出端管路依次经过第二熔盐换热器、第二水换热器和第二水冷却器后与三级空气压缩机的输入端相连接；三级空气压缩机的输出端管路经过第三水冷却器后与人工硐室储存系统的输入端相连接。

5、进一步地，膨胀系统包括一级透平膨胀机和二级透平膨胀机；人工硐室储存系统的输出端管路依次经过第三水换热器和第三熔盐换热器后与一级透平膨胀机的输入端相连接；一级透平膨胀机的输出端管路依次经过第四水换热器和第四熔盐换热器后与二级透平膨胀机的输入端相连接。

6、进一步地，空气压缩系统中的空气压缩机均连接有电动机；膨胀系统中位于末端的一台透平膨胀机连接有发电机。

7、进一步地，空气压缩系统为一套或并列设置的多套。

8、与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果如下：

9、1、本实用新型的方案采用宽温熔盐+带压水作为储换热介质，可以提高系统的储能及发电效率，降低系统成本，经计算可实现净电电转换效率不低于70％，投资不高于7000元/kw。

10、2、本实用新型的方案采用人工硐室，可以拓展压缩空气储能系统选址的灵活性，避免其选址受限于已有的熔盐硐室和废弃硐室等特定地理位置，并且通过采用不同的硐室型式，可以有效降低系统的投资。

11、3、本实用新型的方案采用高压、大压力波动范围的人工硐室，高压、大压力波动范围的人工硐室储存系统，以及高压、高温、大压力波动范围的透平膨胀系统，可以有效减小所需硐室的体积，降低系统的投资并拓展系统的使用范围，能够以相对低的应用成本实现采用人工硐室的压缩空气储能系统。

12、4、本实用新型的方案将压缩空气分三段压缩，储能效率更高，同时还可以利用第三级压缩空气余热为周围的企业或者居民供热，从而助力电力行业“3060”双碳目标的实现。

技术特征：

1.一种基于熔盐和水的人工硐室压缩空气储能系统，其特征在于，包括有依次相串连的空气压缩系统(a)、人工硐室储存系统(b)和膨胀系统(c)，还包括熔盐储换热系统(d)和水储换热系统(e)；

2.如权利要求1所述的基于熔盐和水的人工硐室压缩空气储能系统，其特征在于，所述熔盐储换热系统(d)包括有储盐冷罐(d5)和储盐热罐(d6)，所述储盐冷罐(d5)的输出端分别经过第一熔盐换热器(d1)和第二熔盐换热器(d2)后与所述储盐热罐(d6)的输入端相连接；所述储盐热罐(d6)的输出端分别经过第三熔盐换热器(d3)和第四熔盐换热器(d4)后与所述储盐冷罐(d5)的输入端相连接；

3.如权利要求2所述的基于熔盐和水的人工硐室压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气压缩系统(a)包括一级空气压缩机(a1)、二级空气压缩机(a2)和三级空气压缩机(a3)；

4.如权利要求2或3所述的基于熔盐和水的人工硐室压缩空气储能系统，其特征在于，所述膨胀系统(c)包括一级透平膨胀机(c1)和二级透平膨胀机(c2)；

5.如权利要求1-3中任意一项所述的基于熔盐和水的人工硐室压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气压缩系统(a)中的空气压缩机均连接有电动机(m)；所述膨胀系统(c)中位于末端的一台透平膨胀机连接有发电机(g)。

6.如权利要求1-3中任意一项所述的基于熔盐和水的人工硐室压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气压缩系统(a)为一套或并列设置的多套。

技术总结
本技术涉及一种基于熔盐和水的人工硐室压缩空气储能系统，包括有依次相串连的空气压缩系统、人工硐室储存系统和膨胀系统，还包括熔盐储换热系统和水储换热系统；空气压缩系统包括一台或多台相串连的空气压缩机；至少一台空气压缩机的输出端管路依次经过熔盐储换热系统、水储换热系统的换热器及水冷却器后与其下游的空气压缩机或者人工硐室储存系统的输入端相连接；膨胀系统包括一台或多台相串连的透平膨胀机；人工硐室储存系统的输出端管路依次经过水储换热系统及熔盐储换热系统的换热器后与其下游的透平膨胀机的输入端相连接。本方案可提高系统的发电效率、减小系统储气库的容量、降低系统的应用成本并拓展系统的使用范围。

技术研发人员：聂会建,孙永斌,彭红文,聂恒宽,袁雄俊,戴婷婷,徐梓原,钟文英,邬士军,牛苗任,王巍,张国龙,贾宁,郭海斌,齐乃馨,冯静
受保护的技术使用者：中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司
技术研发日：20221109
技术公布日：2024/1/12