一种冷热电联供压缩空气储能系统及其工作方法与流程

本发明属于储能，具体涉及一种冷热电联供压缩空气储能系统及其工作方法。

背景技术：

1、冷热电三联供是针对区域性或建筑群或独立的大中型建筑的综合型能源供应中心，在各种工业、商业或科技园区及等较大区域和写字楼、商厦、医院及某些综合性建筑中得到了广泛应用。冷热电三联供系统不需要高电压、大电网、远距离输送，从而有助于分散电力故障所带来的风险，有助于克服传统电网供能“一溃千里”的弱点。冷热电联供系统的推广能有效地应对大面积电力故障问题，强化电力供应的安全性。同时，独立系统可根据电网负荷及峰谷电价分时储能，具有明显的经济效益。压缩空气储能因其容量大、效率高、成本低等技术特点得到了广泛应用，且空气压缩和膨胀过程中蕴含大量的、不同品位的能量。因此，如何根据冷热电用户的需求，充分利用压缩空气储能过程中不同品位的热量，实现冷热电三联供是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种冷热电联供压缩空气储能系统及其工作方法，本发明根据热用户、热水用户和冷用户的不同梯级能量需求，充分利用压缩空气储能系统中各阶段不同品位的能量，实现供暖期、供冷期和非供暖供冷期的全周期冷热电三种负荷供应。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种冷热电联供压缩空气储能系统，包括空气压缩单元、空气储存单元、空气膨胀单元、热用户单元、热水用户单元和蓄热放热单元，其中，空气压缩单元包括空气压缩机、油冷器、高温水冷器和低温水冷器；空气储存单元包括空气储罐和减压阀；空气膨胀单元包括油热器、空气透平和水热器；所述空气压缩机的出口与所述油冷器的空气侧、高温水冷器的空气侧、低温水冷器的空气侧以及空气储罐的进口通过储能管路依次连通，空气储罐的出口与减压阀、油热器的空气侧、空气透平的空气侧以及水热器的空气侧通过释能管路依次连通；空气储罐的进口和出口均设有关断阀门；

4、蓄热放热单元包括低温油罐和高温油罐，所述低温油罐、油冷器的油侧、高温油罐以及油热器的油侧通过油管道依次连通，形成闭式循环；

5、热用户单元包括高温热水罐和供热器，所述供热器与高温水冷器通过供热循环水管路连通，形成闭式循环；所述高温热水罐、供热器和高温水冷器并列布置，高温热水罐的热水侧和供热器的热水侧均与高温水冷器的水侧出口连通，高温热水罐的冷水侧和供热器的冷水侧与高温水冷器的水侧入口连通，高温热水罐的进口和出口均设有关断阀门；

6、热水用户单元包括低温热水罐，低温热水罐与低温水冷器并列布置，低温热水罐的热水侧与低温水冷器的水侧出口连通，低温热水罐的冷水侧与低温水冷器的水侧进口连通，低温热水罐的进口和出口均设有关断阀门。

7、优选的，所述空气压缩单元采用单级或多级串联布置的方式，当采用多级串联布置的方式时，每级空气压缩单元的油冷器、高温水冷器和低温水冷器的工质侧均是并联布置，采用母管制。

8、优选的，空气膨胀单元采用单级或多级串联布置的方式，当采用多级串联布置的方式时，每级空气膨胀单元的油热器、水热器的工质侧均是并联布置，采用母管制。

9、优选的，空气压缩机的压缩介质采用空气、二氧化碳或氮气。

10、优选的，空气储罐采用金属压力容器、非金属压力容器、混凝土建筑、井或穴。

11、优选的，低温油罐和高温油罐的蓄热介质采用蓄热油、水、熔盐、液态金属或二氧化碳。

12、优选的，高温热水罐采用常压斜温层热水储罐或带压斜温层热水储罐。

13、优选的，低温热水罐采用常压斜温层热水储罐。

14、优选的，空气压缩机进口设有空气进气装置；水热器的出口设有排气装置。

15、本发明如上所述冷热电联供压缩空气储能系统的工作方法，包括如下三种工作模式：供暖工作模式、供冷工作模式和非供暖供冷工作模式；

16、在所述供暖工作模式下：所述冷热电联供压缩空气储能系统供应电用户、热用户和热水用户，不供应冷用户；供暖工作模式的工作方法如下：空气压缩单元的空气压缩机、油冷器、高温水冷器和低温水冷器均运行；空气压缩机压缩后的高温高压空气经油冷器、高温水冷器和低温水冷器后温度梯级降低，成为常温高压空气，在此过程中，蓄热介质油由低温油罐经油冷器加热后进入高温油罐进行储存，供热循环水经高温水冷器加热后将中品位热量供应热用户，当中品位热量大于热用户需求时，过余热量存储于高温热水罐中，当中品位热量小于热用户需求时，欠缺热量由高温热水罐补充，热水循环水经低温水冷器将低品位热量供应热水用户，当低品位热量大于热水用户需求时，过余热量存储于低温热水罐中，当低品位热量小于热水用户需求时，欠缺热量由低温热水罐补充；经过低温水冷器换热后的常温高压空气存储于空气储罐中，之后经减压阀减压至空气膨胀单元进气压力；空气膨胀单元的油热器、空气透平运行，水热器不运行；常温高压空气经油热器换热后成为高温高压空气，换热热量来自高温油罐的高温蓄热介质油，经油热器冷却后的油回至低温油罐进行储存；高温高压空气经空气透平后成为常温常压空气，空气透平发的电用于供应电用户；常温常压空气经水热器旁路管道排入环境；

17、在所述供冷工作模式下：所述冷热电联供压缩空气储能系统供应电用户、热水用户和冷用户，不供应热用户；供冷工作模式工作方法如下：空气压缩单元的空气压缩机、油冷器和低温水冷器均运行，高温水冷器不运行；空气压缩机压缩后的高温高压空气经油冷器和低温水冷器后温度降低，成为常温高压空气，在此过程中，蓄热介质油由低温油罐经油冷器加热后进入高温油罐进行存储，热水循环水经低温水冷器将低品位热量供应热水用户，当低品位热量大于热水用户需求时，过余热量存储于低温热水罐中，当低品位热量小于热水用户需求时，欠缺热量由低温热水罐补充；经过低温水冷器换热后的常温高压空气存储于空气储罐中，之后经减压阀减压至空气膨胀单元进气压力；空气膨胀单元的油热器、空气透平和水热器均运行；常温高压空气经油热器后成为高温高压空气，换热热量来自高温油罐的高温蓄热介质油，经油热器冷却后的油回至低温油罐；高温高压空气经空气透平后成为低温常压空气，空气透平发的电用于供应电用户；空气透平排出的低温常压空气经水热器换热后成为常温常压空气，水热器回收的冷量供应冷用户；

18、在所述非供暖供冷工作模式下：所述冷热电联供压缩空气储能系统供应电用户和热水用户，不供应热用户和冷用户；非供暖供冷工作模式的工作方法如下：空气压缩单元的空气压缩机、油冷器和低温水冷器运行，高温水冷器不运行；空气压缩机压缩后的高温高压空气经油冷器和低温水冷器后温度降低，成为常温高压空气，在此过程中，蓄热介质油由低温油罐经油冷器加热后进入高温油罐进行储存；热水循环水经低温水冷器将低品位热量供应热水用户，当低品位热量大于热水用户需求时，过余热量存储于低温热水罐中，当低品位热量小于热水用户需求时，欠缺热量由低温热水罐补充；经过低温水冷器换热后的常温高压空气存储于空气储罐中，之后经减压阀减压至空气膨胀单元进气压力；空气膨胀单元的油热器和空气透平均运行，水热器不运行；常温高压空气经油热器后成为高温高压空气，换热热量来自高温油罐的高温蓄热介质油，经油热器冷却后的油回至低温油罐；高温高压空气经空气透平后成为常温常压空气，空气透平发的电用于供应电用户；常温常压空气经水热器旁路管道排入环境。

19、本发明具有以下有益效果：

20、本发明冷热电联供压缩空气储能系统通过在储能管路上按空气温度由高到低的能量梯度依次布置油冷器、高温水冷器、低温水冷器，梯级回收空气中蕴含的热能，按品位高低分别用于蓄热、供热用户、供热水用户，并设置了高温热水罐调节热用户的负荷，设置低温热水罐调节热水用户的负荷，在释能管路上布置水热器回收空气中蕴含的冷量，供应冷用户，并通过油热器调节冷负荷，在满足冷热电联供的同时，实现能量梯级利用。本发明系统为基于压缩空气储能的冷热电三联供系统的设计和工作方法提供工程应用方案。