优化配置的空气压缩机组及压缩空气储能系统

本发明涉及压缩空气储能，尤其涉及一种优化配置的空气压缩机组及压缩空气储能系统。

背景技术：

1、先进绝热压缩空气储能作为一种大规模长时储能技术，在国内已经实现了不同容量等级的工程实证。压缩空气储能系统在吸收能量时，利用可再生能源弃电、火力发电余电或电网谷电驱动空气压缩机对环境空气进行压缩，获取高温高压压缩空气，然后利用载热介质与其换热后吸收热能并存储，空气放热降温后进入储气装置，从而将电能以载热介质和压缩空气两种载体进行存储；在释放能量时，存储的压缩空气再次与存储的载热介质换热，吸收热量升温后进入空气膨胀机中降压做功，并驱动发电机旋转发电，同时存储降温后的载热介质，从而实现电能的再生。

2、根据压缩空气储能发电系统的工作原理，压缩过程对系统整体储能特性存在双重的影响。首先，压缩过程的排气温度决定了系统蓄热温度，进一步决定了膨胀过程的进气温度，根据经典热力学知识，进气温度与膨胀过程出力呈正相关，因此压缩机排气温度的提升将使膨胀过程的输出功率提升，在压缩功率不变的条件下，有助于系统整体能效的提升。然而，根据经典热力学知识，在压缩排气温度提升的同时，压缩过程的功率也将增大，从而对系统整体能效产生与压缩排气温度相反的影响。

3、由上述内容可知，压缩过程排气温度与压缩功耗同时对压缩空气储能系统的能效产生正向和负向影响，需要进行优化以确定各级压缩机最佳的排气温度与压缩功耗组合，从而使系统整体能效达到最高水平。目前，尚无专门针对先进绝热压缩空气储能空气压缩机组的工艺设计和优化方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种优化配置的空气压缩机组及压缩空气储能系统，用以解决现有技术中压缩空气储能系统能效较低的缺陷，提升压缩空气储能系统的能效。

2、本发明一方面提供一种优化配置的空气压缩机组，包括：多级串联的空气压缩机，各级所述空气压缩机的多变压缩效率依次降低，各级所述空气压缩机的工艺参数配置满足如下条件：

3、

4、

5、其中，mci和mci+1分别为第i级和第i+1级所述空气压缩机的通流空气质量流量，和分别为第i级和第i+1级所述空气压缩机的多变压缩效率，为第i级所述空气压缩机的压缩排气温度，cci和cci+1分别为第i级和第i+1级所述空气压缩机关于以上参数的多项式。

6、根据本发明提供的优化配置的空气压缩机组，所述空气压缩机的入口侧设有入口导叶阀。

7、根据本发明提供的优化配置的空气压缩机组，所述空气压缩机的出口侧设有出口节流阀。

8、根据本发明提供的优化配置的空气压缩机组，还包括适用于监测所述空气压缩机流量的流量检测装置。

9、根据本发明提供的优化配置的空气压缩机组，还包括适用于监测各级所述空气压缩机压缩排气温度的温度检测装置。

10、本发明另一方面提供一种压缩空气储能系统，包括：如上任一项所述的空气压缩机组、蓄热模块、膨胀机组和储气装置；

11、所述空气压缩机组与所述储气装置连接，所述储气装置与所述膨胀机组连接，所述蓄热模块与所述空气压缩机组和所述膨胀机组均连接。

12、根据本发明提供的压缩空气储能系统，所述空气压缩机组包括至少一级恒压空气压缩机和至少一级非恒压空气压缩机，所述恒压空气压缩机与所述蓄热模块连接，所述非恒压空气压缩机与所述储气装置连接。

13、根据本发明提供的压缩空气储能系统，还包括冷却装置，所述冷却装置与所述非恒压空气压缩机连接。

14、根据本发明提供的压缩空气储能系统，还包括第一换热器，所述恒压空气压缩机与所述第一换热器连接，所述第一换热器与所述蓄热模块连接。

15、根据本发明提供的压缩空气储能系统，还包括第二换热器，所述蓄热模块与所述第二换热器连接，所述第二换热器与所述膨胀机组连接。

16、本发明提供的优化配置的空气压缩机组及压缩空气储能系统，通过合理配置各级空气压缩机间的排气温度参数配置，可实现压缩排气温度与压缩功率的最佳组合，从而实现系统整体能效的提升。

17、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种优化配置的空气压缩机组，其特征在于，包括：多级串联的空气压缩机，各级所述空气压缩机的多变压缩效率依次降低，各级所述空气压缩机的工艺参数配置满足如下条件：

2.根据权利要求1所述的优化配置的空气压缩机组，其特征在于，所述空气压缩机的入口侧设有入口导叶阀。

3.根据权利要求1所述的优化配置的空气压缩机组，其特征在于，所述空气压缩机的出口侧设有出口节流阀。

4.根据权利要求1所述的优化配置的空气压缩机组，其特征在于，还包括适用于监测所述空气压缩机流量的流量检测装置。

5.根据权利要求1所述的优化配置的空气压缩机组，其特征在于，还包括适用于监测各级所述空气压缩机压缩排气温度的温度检测装置。

6.一种压缩空气储能系统，其特征在于，包括：如权利要求1至5任一项所述的空气压缩机组、蓄热模块、膨胀机组和储气装置；

7.根据权利要求6所述的压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气压缩机组包括至少一级恒压空气压缩机和至少一级非恒压空气压缩机，所述恒压空气压缩机与所述蓄热模块连接，所述非恒压空气压缩机与所述储气装置连接。

8.根据权利要求7所述的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括冷却装置，所述冷却装置与所述非恒压空气压缩机连接。

9.根据权利要求7所述的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括第一换热器，所述恒压空气压缩机与所述第一换热器连接，所述第一换热器与所述蓄热模块连接。

10.根据权利要求6至9任一项所述的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括第二换热器，所述蓄热模块与所述第二换热器连接，所述第二换热器与所述膨胀机组连接。

技术总结
本发明涉及压缩空气储能技术领域，提供一种优化配置的空气压缩机组及压缩空气储能系统。上述空气压缩机组，包括：多级串联的空气压缩机，各级所述空气压缩机的多变压缩效率依次降低，各级所述空气压缩机的工艺参数配置满足如下条件：本发明提供的优化配置的空气压缩机组及压缩空气储能系统，通过合理配置各级空气压缩机间的排气温度参数配置，可实现各级压缩排气温度与总压缩功率的最佳组合，从而实现系统整体能效的提升。

技术研发人员：王涛,薛小代,王宁,周祖旭,朱青,李伟,夏柳
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15