与光热发电耦合的压缩空气储能系统及方法与流程

本发明涉及储能，具体涉及一种与光热发电耦合的压缩空气储能系统及方法。

背景技术：

1、储能，尤其是电能的存储对能源结构优化和电网运行调节具有重大意义。压缩空气储能单元是一种新型大规模储能技术，当电力系统的用电处于低谷时，消耗电能驱动空气压缩机，把能量以压缩空气的形式储存在储气装置中；当电力系统用电负荷达到高峰时，储气装置将存储的压缩空气释放出来，在透平膨胀机中膨胀做功并带动发电机发电；根据上述原理，压缩空气储能单元能够完成电能—空气势能—电能的转化。

2、目前压缩空气储能技术由于受到压缩机压缩比和材料的限制，温度会受到影响，储存温差小，系统的整体发电效率和能源的综合利用率低。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的压缩空气储能单元储存温差小、系统的整体发电效率和综合利用效率低的缺陷，从而提供一种与光热发电耦合的压缩空气储能系统及方法。

2、为了解决上述问题，本发明一方面提供了一种与光热发电耦合的压缩空气储能系统，包括空气储能单元、空气释能单元、光热增效单元和蒸汽发电单元；光热增效单元包括第一储罐，光热增效单元分别和空气释能单元、蒸汽发电单元连接，光热增效单元用于将光能转化为热能形成第一热源，第一热源的第一部分适于给蒸汽发电单元供热发电，第一热源的第二部分适于给空气释能单元供热发电，其余部分的第一热源存储于第一储罐中；空气储能单元通过储气装置和空气释能单元连接，空气储能单元适于将空气压缩储存并产生热能形成第二热源，第二热源适于给蒸汽发电单元中的回水预加热；空气释能单元适于将压缩空气膨胀做功发电。

3、可选的，空气释能单元和蒸汽发电单元连接，膨胀做功后的气体适于先将蒸汽发电单元的蒸汽降温，再将蒸汽发电单元的冷凝回水预加热。

4、可选的，光热增效单元包括光热增效循环回路，光热增效循环回路设有第二储罐、第一流体输送装置和光热集热器，第一流体输送装置适于将第二储罐内的传热工质送入光热集热器中加热；第一储罐的储存温度高于第二储罐的储存温度；第一储罐沿循环方向设于光热集热器的下游，第一储罐的热输出端分别和空气释能单元、蒸汽发电单元连接。

5、可选的，蒸汽发电单元包括蒸汽发电循环回路，在蒸汽发电循环回路中，沿循环方向依次设有储水罐、蒸汽发生器和汽轮机，蒸汽发生器适于将储水罐提供的水转变为蒸汽并输送至汽轮机发电，蒸汽发生器具有用于流通传热介质的第一通道以及用于流通发电工质的第二通道，蒸汽发生器的第一通道通过第一换热管路并联接入光热增效循环回路中；蒸汽发生器的第二通道接入蒸汽发电循环回路中。

6、可选的，空气释能单元包括至少两级膨胀机，各级膨胀机的上游均连接第一换热器，第一换热器具有流通传热工质的第一通道和用于流通压缩空气的第二通道，各级第一换热器的第一通道通过第二换热管路并联接入光热增效循环回路中。

7、可选的，蒸汽发电循环回路中，在储水罐和汽轮机之间沿循环方向依次设有汽气换热器和冷凝器，汽气换热器包括用于流通发电工质的第一通道以及用于流通由空气释能单元排出的气体的第二通道；冷凝器包括用于流通蒸汽发电单元的发电工质的第一通道和用于流通冷却介质的第二通道；汽气换热器的第一通道和冷凝器的第一通道接入蒸汽发电循环回路中。

8、可选的，空气释能单元包括至少两级压缩机，各级压缩机的下游均连接有第二换热器，末级的压缩机的气体输出端通过第一储能管路经末级的第二换热器连接储气装置，和/或，末级的压缩机的气体输出端通过第二储能管路和储气装置连接。

9、可选的，在蒸汽发电循环回路中，在冷凝器和储水罐之间设有气水换热器，气水换热器具有用于流通发电工质的第一通道以及用于流通由空气释能单元排出的气体的第二通道，气水换热器的第一通道的出口通过回水管路与储水罐连接，或通过换热支路经过任意一级或多级的第二换热器后与储水罐连接。

10、本发明另一方面提供了一种压缩空气与光热发电耦合的储能方法，包括以下步骤：在电力富余时，将空气压缩储存；在光照充足时，将光能转化为热能获得第一热源，第一热源的一部分可直接用于供热发电，将第一热源的其余部分储存；在电力不足时，利用第一热源加热空气，使空气膨胀做功发电，和/或，利用第一热源加热水产生蒸汽，使蒸汽做功发电；其中，第一热源为通过光能直接转化获得，和/或，第一热源为储存的第一热源；在空气做功发电和蒸汽做功发电同时进行时，空气压缩产生的热能形成第二热源，利用第二热源给蒸汽发电后冷凝形成的回水预加热。

11、可选的，膨胀做功后的空气先用于将发电后的蒸汽降温，使蒸汽冷凝成回水，升温后的空气再将回水预热，用于产生蒸汽再次进行发电循环。

12、本发明具有以下优点：

13、1.利用本发明的技术方案，将光热发电和压缩空气储能耦合，空气膨胀过程中的热源由光热增效单元直接转化的第一热源提供，或由储存在第一储罐中的第一热源提供，相比于单一热源供热，本发明能够提高空气释能单元的温差，提高做功发电效率，并且提高能源的综合利用率。并且，本发明实施例提供的与光热发电耦合的压缩空气储能系统具有空气释能单元和蒸汽发电单元，两者均能发电，在电力不足时，可同时用于发电，以满足电力需求，提高系统的发电效率。在空气储能过程中，空气压缩产生的热量用于加热蒸汽发电单元的回水，提高了系统的热能利用率和总和效率。

14、2.空气释能单元和蒸汽发电单元连接，膨胀做功后的气体可用于先将蒸汽发电单元的蒸汽降温，再将蒸汽发电单元的冷凝回水预加热，膨胀做功后的气体的能量和蒸汽发电单元进行两次换热，彻底利用膨胀做功后的气体的能量，进一步提高系统的能源的综合利用效率，减少热能的浪费。

技术特征：

1.一种与光热发电耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，包括空气储能单元、空气释能单元、光热增效单元和蒸汽发电单元；

2.根据权利要求1所述的与光热发电耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气释能单元和所述蒸汽发电单元连接，膨胀做功后的气体适于先将所述蒸汽发电单元的蒸汽降温，再将所述蒸汽发电单元的冷凝回水预加热。

3.根据权利要求1或2所述的与光热发电耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，所述光热增效单元包括光热增效循环回路(10)，所述光热增效循环回路(10)设有第二储罐(101)、第一流体输送装置(102)和光热集热器(103)，所述第一流体输送装置(102)适于将所述第二储罐(101)内的传热工质送入所述光热集热器(103)中加热；

4.根据权利要求3所述的与光热发电耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，所述蒸汽发电单元包括蒸汽发电循环回路(20)，在所述蒸汽发电循环回路(20)中，沿循环方向依次设有储水罐(201)、蒸汽发生器(202)和汽轮机(203)，所述蒸汽发生器(202)适于将储水罐(201)提供的水转变为蒸汽并输送至所述汽轮机(203)发电，所述蒸汽发生器(202)具有用于流通传热介质的第一通道以及用于流通发电工质的第二通道，所述蒸汽发生器(202)的第一通道通过第一换热管路(501)并联接入所述光热增效循环回路(10)中；所述蒸汽发生器(202)的第二通道接入所述蒸汽发电循环回路(20)中。

5.根据权利要求3所述的与光热发电耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气释能单元包括至少两级膨胀机(301)，各级所述膨胀机(301)的上游均连接第一换热器(302)，所述第一换热器(302)具有流通传热工质的第一通道和用于流通压缩空气的第二通道，各级所述第一换热器(302)的第一通道通过第二换热管路(502)并联接入所述光热增效循环回路(10)中。

6.根据权利要求4所述的与光热发电耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，所述蒸汽发电循环回路(20)中，在所述储水罐(201)和所述汽轮机(203)之间沿循环方向依次设有汽气换热器(204)和冷凝器(205)，所述汽气换热器(204)包括用于流通发电工质的第一通道以及用于流通由所述空气释能单元排出的气体的第二通道；所述冷凝器(205)包括用于流通所述蒸汽发电单元的发电工质的第一通道和用于流通冷却介质的第二通道；所述汽气换热器(204)的第一通道和所述冷凝器(205)的第一通道接入所述蒸汽发电循环回路(20)中。

7.根据权利要求5所述的与光热发电耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气释能单元包括至少两级压缩机(401)，各级所述压缩机(401)的下游均连接有第二换热器(402)，末级的所述压缩机(401)的气体输出端通过第一储能管路(404)经末级的第二换热器(402)连接储气装置(403)，和/或，末级的所述压缩机(401)的气体输出端通过第二储能管路(405)和所述储气装置(403)连接。

8.根据权利要求6所述的与光热发电耦合的压缩空气储能系统，其特征在于，在所述蒸汽发电循环回路(20)中，在所述冷凝器(205)和所述储水罐(201)之间设有气水换热器(206)，所述气水换热器(206)具有用于流通发电工质的第一通道以及用于流通由所述空气释能单元排出的气体的第二通道，所述气水换热器(206)的第一通道的出口通过回水管路与储水罐(201)连接，或通过换热支路经过任意一级或多级的第二换热器(402)后与储水罐(201)连接。

9.一种压缩空气与光热发电耦合的储能方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的压缩空气与光热发电耦合的储能方法，其特征在于，膨胀做功后的空气先用于将发电后的蒸汽降温，使蒸汽冷凝成回水，升温后的空气再将所述回水预热，用于产生蒸汽再次进行发电循环。

技术总结
本发明提供一种与光热发电耦合的压缩空气储能系统及方法，涉及储能技术领域。与光热发电耦合的压缩空气储能系统包括空气储能单元、空气释能单元、光热增效单元和蒸汽发电单元，光热增效单元包括第一储罐，光热增效单元将光能转化为热能，第一部分给蒸汽发电单元供热发电，第二部分给空气释能单元供热发电，其余部分存储于第一储罐中；空气储能单元将空气压缩储存并产生热能，给蒸汽发电单元中的回水预热；空气释能单元将压缩空气膨胀做功发电。本发明能够解决现有技术中的压缩空气储能单元储存温差小、系统的整体发电效率和综合利用效率低的问题，具有提高系统的整体发电效率和综合利用效率的效果。

技术研发人员：谢宁宁,丁若晨,郑志美,蔺新星,钟声远,林志华,钟舸宇
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13