一种可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统的制作方法

本技术涉及风光互补及压缩空气发电和储热领域，具体涉及一种可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统。

背景技术：

1、风光互补发电是一种在输出功率上不同发电形式相互补充的电力系统，主要采用光伏列阵与风力机组并网协调组网，并结合其输出的功率为用电装置提供一定的电能。由于气候的原因，两种发电系统的局限性会影响其供电性能，若能够结合起来，就会形成稳固的电力系统，形成二者优势互补。由于风力、太阳能的不连续性，因此，如何有效地进行风光互补发电协调控制就显得尤为重要。

2、在构建新型能源体系的背景下，为提升电力系统综合调节能力，加快灵活调节电源建设，新型储能初露锋芒，装机规模也在逐年增加。根据国务院《2030年前碳达峰行动方案》，到2025年，我国新型储能装机容量将达到3000万kw以上。新型储能中以压缩空气储能的技术最为成熟，压缩空气储能安全性较高，且具有储能规模大、放电时间长、使用寿命长、热冷电综合利用面广等优点。具有广阔的发展前景。

3、目前传统的风光互补结合空气压缩储能系统只是将各模块进行独立控制，并不能实现整个系统的高效协调运行。为了进一步提升压缩空气储能的能量综合利用效率，并满足电网不同时段的用电需求，提升整个系统的总体能量利用效率，需要进一步对系统进行优化，并依据各模块特点进行协调综合控制。为了提升系统的电网调度灵活性，还需引入电-热互补单元。这对整个系统的协调控制均提出了更高要求。

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，实现了整个系统可根据电网供需情况进行协调控制的技术问题，其技术方案如下：

2、一种可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，包括：电网设备和风光互补高压电网系统，电网设备电连接风光互补高压电网系统，所述电网设备包括电加热高温储热系统、空气压缩储能系统、空气膨胀发电系统和协调控制系统，空气压缩储能系统与空气膨胀发电系统串联，二者通过换热管道连接电加热高温储热系统；协调控制系统分别电连接电加热高温储热系统、空气压缩储能系统和空气膨胀发电系统，并根据电网供需情况进行协调控制。

3、进一步的，所述协调控制系统用于根据agc信号控制电加热高温储能系统加热，及控制空气压缩储能系统的空气压缩比例，发电时，协调控制空气压缩储能系统的高温高压空气进入空气膨胀发电系统，并驱动空气膨胀发电系统做功发电。

4、进一步的，电加热高温储热系统包括串联布置的电热装置、熔盐高温储热罐、熔盐高温高压加热器和熔盐中温储热罐，所述电热装置的输入端连接第一升压站，用于接收来自高压电网的电能。

5、进一步的，在熔盐高温高压加热器上还并联有熔盐高温中压加热器。

6、进一步的，所述熔盐高温高压加热器和熔盐高温中压加热器的内部均设有冷端管道和热端管道，所述热端管道用于加热冷端管道内的介质。

7、进一步的，所述空气压缩储能系统包括依次串联布置的低压压缩机、中压压缩机、高压压缩机和高压储气库；所述低压压缩机、中压压缩机和高压压缩机均连接电动机，并通过电动机驱动做功；所述高压储气库的输出端通过管道连接空气膨胀发电系统。

8、进一步的，所述空气膨胀发电系统包括依次串联布置的高压膨胀机和中压膨胀机，所述高压膨胀机和中压膨胀机的输出端均连接有发电机，通过发电机向外部用电设备供电。

9、进一步的，所述空气压缩储能系统还连接有中级储能系统，所述中级储能系统包括中温储热罐、常温储热罐、一级减温器、二级减温器、三级减温器、熔盐中温高压加热器和熔盐中温中压加热器；所述一级减温器、二级减温器、三级减温器、熔盐中温高压加热器和熔盐中温中压加热器，均具有换热功能，都包括位于内部的热端管道和冷端管道，所述热端管道用于加热冷端管道内的介质，所述一级减温器的冷端管道出口、二级减温器冷端管道出口、三级减温器冷端管道的出口分别连接中温储热罐入口，中温储热罐的出口分别连接熔盐中温高压加热器热端管道入口和熔盐中温中压加热器热端管道入口，熔盐中温高压加热器热端管道出口和熔盐中温中压加热器热端管道出口分别连接常温储热罐入口。

10、进一步的，常温储热罐分别通过一级减温器、二级减温器和三级减温器吸收经低压压缩机、中压压缩机和高压压缩机热端管道内压缩的高压高温空气携带的热能，并储存在中温储热罐内，中温储热罐内部的热能，通过熔盐中温高压加热器和熔盐中温中压加热器冷端管道传送给空气压缩储能系统和空气膨胀发电系统，一级减温器热端管道的进口及出口分别连接低压压缩机和中压压缩机，二级减温器热端管道的进口及出口分别连接中压压缩机和高压压缩机，三级减温器热端管道的进口及出口分别连接高压压缩机和高压储气库。

11、进一步的，常温储热罐分别通过一级减温器、二级减温器和三级减温器吸收经低压压缩机、中压压缩机和高压压缩机热端管道内压缩的高压高温空气携带的热能，并储存在中温储热罐内，中温储热罐内部的热能，通过熔盐中温高压加热器和熔盐中温中压加热器冷端管道传送给空气压缩储能系统和空气膨胀发电系统，一级减温器热端管道的进口及出口分别连接低压压缩机和中压压缩机，二级减温器热端管道的进口及出口分别连接中压压缩机和高压压缩机，三级减温器热端管道的进口及出口分别连接高压压缩机和高压储气库。

12、进一步的，所述电加热高温储热系统包括电储热分配器、电加热镁砖高压储热罐和电加热镁砖中压储热罐，所述电储热分配器分别连接电加热镁砖高压储热罐和电加热镁砖中压储热罐，电储热分配器用于接收来自协调控制系统的协调控制信号，直接对电加热镁砖高压储热罐和电加热镁砖中压储热罐中储热介质进行加热。

13、进一步的，空气压缩储能系统与空气膨胀发电系统通过加热镁砖高压储热罐和电加热镁砖中压储热罐内的换热管道连接电加热高温储热系统。

14、与现有技术相比，有益效果为：

15、该实用新型通过将风光互补高压电网系统、电加热高温储热系统、空气压缩储能系统、空气膨胀发电系统和协调控制系统进行耦合，不但实现了绿色能源供电，以及整个空气系统的能量生产、存储与释放。所述协调控制系统连接电热装置、电动机及膨胀机，可根据电网供需情况对整个系统进行协调控制，整个系统根据能量梯度采用多级串并联设计，使得过程能量均得到了有效利用，具有较高的电能储放效率，对调节电网能量峰谷差具有显著作用，可产生良好的经济效益、社会效益，具有很好的实际应用前景。

技术特征：

1.一种可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，其特征在于，包括：电网设备和风光互补高压电网系统，电网设备电连接风光互补高压电网系统，所述电网设备包括电加热高温储热系统、空气压缩储能系统、空气膨胀发电系统和协调控制系统，空气压缩储能系统与空气膨胀发电系统串联，二者通过换热管道连接电加热高温储热系统；协调控制系统分别电连接电加热高温储热系统、空气压缩储能系统和空气膨胀发电系统，并根据电网供需情况进行协调控制。

2.根据权利要求1所述的可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，其特征在于，所述风光互补高压电网系统包括光伏发电-交直流转换模块和风力发电-交直流转换模块，二者的输出端均电连接高压电网，所述高压电网的输出端连接第一升压站，所述高压电网用于向电网设备输出电力，并通过第一升压站电连接电网设备。

3.根据权利要求2所述的可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，其特征在于，电加热高温储热系统包括串联布置的电热装置、熔盐高温储热罐、熔盐高温高压加热器和熔盐中温储热罐，所述电热装置的输入端连接第一升压站，用于接收来自高压电网的电能。

4.根据权利要求3所述的可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，其特征在于，在熔盐高温高压加热器上还并联有熔盐高温中压加热器。

5.根据权利要求4所述的可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，其特征在于，所述熔盐高温高压加热器和熔盐高温中压加热器的内部均设有冷端管道和热端管道，所述热端管道用于加热冷端管道内的介质。

6.根据权利要求5所述的可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，其特征在于，所述空气压缩储能系统包括依次串联布置的低压压缩机、中压压缩机、高压压缩机和高压储气库；所述低压压缩机、中压压缩机和高压压缩机均连接电动机，并通过电动机驱动做功；所述高压储气库的输出端通过管道连接空气膨胀发电系统。

7.根据权利要求6所述的可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，其特征在于，所述空气膨胀发电系统包括依次串联布置的高压膨胀机和中压膨胀机，所述高压膨胀机和中压膨胀机的输出端均连接有发电机，通过发电机向外部用电设备供电。

8.根据权利要求7所述的可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，其特征在于，所述空气压缩储能系统还连接有中级储能系统，所述中级储能系统包括中温储热罐、常温储热罐、一级减温器、二级减温器、三级减温器、熔盐中温高压加热器和熔盐中温中压加热器；所述一级减温器、二级减温器、三级减温器、熔盐中温高压加热器和熔盐中温中压加热器，均具有换热功能，都包括位于内部的热端管道和冷端管道，所述热端管道用于加热冷端管道内的介质，所述一级减温器的冷端管道出口、二级减温器冷端管道出口、三级减温器冷端管道的出口分别连接中温储热罐入口，中温储热罐的出口分别连接熔盐中温高压加热器和熔盐中温中压加热器热端管道入口，熔盐中温高压加热器和熔盐中温中压加热器热端管道出口分别连接常温储热罐入口。

9.根据权利要求8所述的可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，其特征在于，常温储热罐分别通过一级减温器、二级减温器和三级减温器吸收经低压压缩机、中压压缩机和高压压缩机热端管道内压缩的高压高温空气携带的热能，并储存在中温储热罐内；中温储热罐内部的热能，通过熔盐中温高压加热器和熔盐中温中压加热器冷端管道传送给空气压缩储能系统和空气膨胀发电系统；一级减温器热端管道的进口及出口分别连接低压压缩机和中压压缩机，二级减温器热端管道的进口及出口分别连接中压压缩机和高压压缩机，三级减温器热端管道的进口及出口分别连接高压压缩机和高压储气库。

10.根据权利要求1所述的可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，其特征在于，所述电加热高温储热系统包括电储热分配器、电加热镁砖高压储热罐和电加热镁砖中压储热罐，所述电储热分配器分别连接电加热镁砖高压储热罐和电加热镁砖中压储热罐，电储热分配器用于接收来自协调控制系统的协调控制信号，直接对电加热镁砖高压储热罐和电加热镁砖中压储热罐中的储热介质进行加热。

技术总结
本技术提供了一种可再生补热型压缩空气储能电力调峰系统，包括：电网设备和风光互补高压电网系统，电网设备电连接风光互补高压电网系统，所述电网设备包括电加热高温储热系统、空气压缩储能系统、空气膨胀发电系统和协调控制系统，空气压缩储能系统与空气膨胀发电系统串联，二者通过换热管道连接电加热高温储热系统；协调控制系统分别电连接电加热高温储热系统、空气压缩储能系统和空气膨胀发电系统，并根据电网供需情况进行协调控制，本技术能够可根据电网供需情况对整个系统进行协调控制，具有很好的实际应用前景。

技术研发人员：陈辉,张雪桢,韩劲松,田延贵,徐钢,李嘉娜,唐敏,王梦薇,王占芳,吕奕佳
受保护的技术使用者：吉能国际能源有限公司
技术研发日：20230426
技术公布日：2024/1/14