專利名稱：一種等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，特別是ー種等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，為滿足不斷増加的電カ負(fù)荷要求，電カ部門不得不根據(jù)最大負(fù)荷要求建設(shè)發(fā)電能力。這ー方面造成了大量發(fā)電能力的過(guò)剩和浪費(fèi)，另一方面，電カ部門又不得不在用電高峰時(shí)段限制用電。因此迫切需要經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、可靠、高效的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)與之相配套并改善系統(tǒng)負(fù)荷峰谷差過(guò)大的情況。特別對(duì)于核電站等僅能高位運(yùn)行的電カ系統(tǒng)，電カ儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求就更為迫切。更為重要的是，電カ儲(chǔ)能系統(tǒng)是將歇式能源“拼接”起來(lái)，提高可再生能源(具有間歇性)利用率的有效手段。同吋，電カ儲(chǔ)能系統(tǒng)還是解決分布式能 源系統(tǒng)容量小、負(fù)荷波動(dòng)大的問(wèn)題的關(guān)鍵技木。壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是除抽水蓄能外最適合大規(guī)模電カ儲(chǔ)能的儲(chǔ)能技木。傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)的ー種儲(chǔ)能系統(tǒng)，在用電低谷將空氣壓入儲(chǔ)氣室中，從而將電能轉(zhuǎn)化為空氣內(nèi)能存儲(chǔ)起來(lái)；在用電高峰將高壓空氣從儲(chǔ)氣室釋放，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室同燃料一起燃燒，然后驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電。傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具有儲(chǔ)能容量較大、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)、效率較高和単位投資相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn)；但是傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)仍然依賴燃燒化石燃料提供熱源，一方面面臨化石燃料逐漸枯竭和價(jià)格上漲的威脅，另ー方面其燃燒仍然產(chǎn)生氮氧化物等污染物和溫室氣體，不符合緑色能源發(fā)展要求；更為致命的是，傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)也需要特定的地理?xiàng)l件建造大型儲(chǔ)氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等；而且隨著充氣和放氣的過(guò)程中，壓縮空氣的壓力和溫度將發(fā)生變化，因此系統(tǒng)的效率也受到影響。此外，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)大型洞穴式儲(chǔ)氣室等會(huì)受到地震等地質(zhì)災(zāi)害的影響。為解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)主要技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出ー種新型等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了ー種等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，涉及電カ存儲(chǔ)技術(shù)，該系統(tǒng)在用電低谷通過(guò)壓氣機(jī)將空氣壓入水下儲(chǔ)氣裝置，從而將電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲(chǔ)起來(lái)；在用電高峰，儲(chǔ)氣裝置中高壓空氣在換熱器吸熱后通過(guò)膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。本發(fā)明的系統(tǒng)利用水下壓カ使儲(chǔ)氣裝置內(nèi)部恒壓，并且利用級(jí)間冷卻和加熱措施實(shí)現(xiàn)近似等溫壓縮和膨脹的過(guò)程，提高系統(tǒng)效率，同時(shí)，具有儲(chǔ)能周期不受限制，適用于各種類型電源、對(duì)環(huán)境友好、儲(chǔ)氣裝置不易受地震等地質(zhì)災(zāi)害影響等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的使用前景。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括電動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)組、儲(chǔ)氣裝置、膨脹機(jī)組、換熱器、閥門、發(fā)電機(jī)及管線；其至少為兩級(jí)壓氣機(jī)組，包括一低壓壓氣機(jī)、一高壓壓氣機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出軸與壓氣機(jī)組的傳動(dòng)軸固接，位于陸地；低壓壓氣機(jī)入口接空氣源，輸出ロ經(jīng)換熱器、管線與高壓壓氣機(jī)入口相通連；
至少為兩級(jí)膨脹機(jī)組，包括一低壓膨脹機(jī)、一高壓膨脹機(jī)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與膨脹機(jī)組傳動(dòng)軸固接，位于陸地；高壓膨脹機(jī)輸出口經(jīng)換熱器、管線與低壓膨脹機(jī)入口相通連，低壓膨脹機(jī)出口通大氣；儲(chǔ)氣裝置位于水源中，以固定裝置固定在水底巖石圈上，其上游經(jīng)管線、閥門與高壓壓氣機(jī)輸出口相通連，下游經(jīng)管線、閥門與高壓膨脹機(jī)輸入口相通連；其工作流程為儲(chǔ)能時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)，將空氣壓入水下儲(chǔ)氣裝置存儲(chǔ)；釋能時(shí)，儲(chǔ)氣裝置的高壓空氣在換熱器吸熱后通過(guò)膨脹機(jī)做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；管線中的閥門，用來(lái)控制氣流方向和系統(tǒng)的工作模式。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述水源，是大海、湖、水庫(kù)、江、河流或人·工水池，儲(chǔ)氣裝置存放在水下，儲(chǔ)氣裝置在水下存放的深度與壓氣機(jī)組出口空氣的壓力和儲(chǔ)氣裝置的容積相匹配，儲(chǔ)氣裝置的容積與儲(chǔ)電量和存放深度相匹配。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述固定裝置，是錨、樁或靜負(fù)載中的一種或者幾種的組合。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述儲(chǔ)氣裝置，為柔性儲(chǔ)氣裝置，其制造材料是保溫或不保溫的柔性材料。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述柔性儲(chǔ)氣裝置，是指儲(chǔ)氣裝置的容積隨著儲(chǔ)氣量的變化而變化，但不超過(guò)最大容積，即當(dāng)充氣時(shí)，儲(chǔ)氣裝置隨氣量增大而增大；當(dāng)放氣時(shí)，儲(chǔ)氣裝置體積縮?。坏珒?chǔ)氣裝置的最大充氣壓力不超過(guò)限定值，否則會(huì)破壞柔性材料的物理性能。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述儲(chǔ)氣裝置內(nèi)壓力保持恒定，即當(dāng)儲(chǔ)能和釋能時(shí)，高壓壓氣機(jī)出口壓力和高壓膨脹機(jī)入口壓力保持不變。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述壓氣機(jī)組或膨脹機(jī)組，當(dāng)為兩級(jí)以上時(shí)，為共軸串聯(lián)形式、或分軸并聯(lián)形式；并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動(dòng)軸動(dòng)連接；各壓氣機(jī)間設(shè)有級(jí)間冷卻器，各膨脹機(jī)間設(shè)有級(jí)間加熱器。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述壓氣機(jī)組或膨脹機(jī)組，當(dāng)為兩級(jí)以上時(shí)，多臺(tái)壓氣機(jī)、多臺(tái)膨脹機(jī)分布在一根驅(qū)動(dòng)軸或多根驅(qū)動(dòng)軸上；當(dāng)為多臺(tái)壓氣機(jī)和膨脹機(jī)時(shí)，實(shí)現(xiàn)近似等溫壓縮和等溫膨脹。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源是常規(guī)電站低谷電(低價(jià))、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、水電或潮汐發(fā)電其中的一種或多種的組合。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述儲(chǔ)能過(guò)程在電力低谷(低價(jià))、可再生能源發(fā)電冗余時(shí)啟用；釋能過(guò)程在用電高峰(高價(jià))、電力事故、可再生能源發(fā)電不符合要求時(shí)啟用。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述壓氣機(jī)或膨脹機(jī)，是活塞式、軸流式、斜流式、離心式、螺桿式或混合式壓氣機(jī)其中的一種或多種的組合。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述儲(chǔ)能時(shí)，通過(guò)控制壓氣機(jī)流量和級(jí)間冷卻溫度調(diào)節(jié)儲(chǔ)能能力。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述控制壓氣機(jī)流量，是通過(guò)調(diào)節(jié)壓氣機(jī)負(fù)載、開(kāi)停部分壓氣機(jī)或調(diào)節(jié)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。
所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述釋能時(shí)，通過(guò)控制膨脹機(jī)流量和級(jí)間加熱溫度調(diào)節(jié)發(fā)電能力。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述控制膨脹機(jī)流量，是通過(guò)開(kāi)停部分膨脹機(jī)或調(diào)節(jié)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述換熱器，位于水源中或位于陸地。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其還包括至少兩臺(tái)水泵，位于水源中，分別經(jīng)管線與換熱器相通連。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述水泵，是葉輪式泵或容積式泵。所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其所述葉輪式泵，為軸流式、混流式或離心式 泵其中的一種或多種的組合；容積式泵，為齒輪泵、螺桿泵、羅茨泵或滑片泵其中的ー種或多種的組合。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在干利用水下的壓カ維持儲(chǔ)氣裝置的內(nèi)部壓カ恒定，從而解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能對(duì)特殊地形的依賴以及會(huì)受地震等地質(zhì)災(zāi)害影響的問(wèn)題，并利用級(jí)間冷卻裝置冷卻壓氣機(jī)進(jìn)氣、級(jí)間加熱裝置加熱膨脹機(jī)進(jìn)氣，提高系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)近似等溫壓縮和膨脹過(guò)程。同吋，該壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)還有儲(chǔ)能周期不受限制，適用于各種類型的電源，對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的使用前景。


圖I為本發(fā)明的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施例I結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施例4結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施例5結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，它在用電低谷通過(guò)壓縮機(jī)組將空氣壓入水下柔性儲(chǔ)氣裝置，從而將電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲(chǔ)起來(lái)；在用電高峰(高價(jià))，儲(chǔ)氣裝置中高壓空氣經(jīng)換熱器吸熱并通過(guò)膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。本發(fā)明的系統(tǒng)利用水下的壓カ維持儲(chǔ)氣裝置的內(nèi)部壓カ恒定，從而解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能對(duì)特殊地形的依賴以及會(huì)受地震等地質(zhì)災(zāi)害影響的問(wèn)題，并利用級(jí)間冷卻裝置冷卻壓氣機(jī)進(jìn)氣、級(jí)間加熱裝置加熱膨脹機(jī)進(jìn)氣，提高系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)近似等溫壓縮和膨脹過(guò)程。同吋，該壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)還有儲(chǔ)能周期不受限制，適用于各種類型的電源，對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的使用前景。實(shí)施例圖I所示為本發(fā)明的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施例1，它采用兩級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻和兩級(jí)膨脹、級(jí)間加熱。其中，電動(dòng)機(jī)1，低壓壓氣機(jī)2，高壓壓氣機(jī)6，高壓膨脹機(jī)16，低壓膨脹機(jī)20，換熱器4、14、18，閥門8、12，管線3、5、7、9、11、13、15、17、19，柔性儲(chǔ)氣裝置10，發(fā)電機(jī)21，固定裝置22，水底巖石圏23，空氣和水源。電動(dòng)機(jī)I與壓氣機(jī)組的共有傳動(dòng)軸固接，發(fā)電機(jī)21與膨脹機(jī)組的共有傳動(dòng)軸固接。低壓壓氣機(jī)2經(jīng)管線3、高壓壓氣機(jī)6經(jīng)管線5分別與換熱器4相通連；高壓壓氣機(jī)6經(jīng)管線7、9及閥門8與柔性儲(chǔ)氣裝置10相通連；高壓膨脹機(jī)16經(jīng)管線11、13、15及閥門12、換熱器14與柔性儲(chǔ)氣裝置10相通連；高壓膨脹機(jī)16經(jīng)管線17、低壓膨脹機(jī)20經(jīng)管線19分別與換熱器18相通連。換熱器4、14、18沒(méi)入水源中，換熱介質(zhì)為水。末級(jí)透平的出口氣體與大氣相通連。儲(chǔ)氣裝置10固定在水底巖石圈23上，采用非保溫柔性材料。儲(chǔ)能時(shí)，打開(kāi)閥門8，關(guān)閉閥門12，電動(dòng)機(jī)I利用低谷電(低價(jià))帶動(dòng)壓氣機(jī)組，空氣在低壓壓氣機(jī)2壓縮升溫升壓，壓縮后的空氣經(jīng)管線3進(jìn)入換熱器4，與水換熱冷卻降溫至低壓壓氣機(jī)2進(jìn)氣溫度，冷卻后的空氣經(jīng)管線5進(jìn)入高壓壓氣機(jī)6繼續(xù)壓縮并升溫升壓，其出口空氣經(jīng)閥門8及管線7、9進(jìn)入儲(chǔ)氣裝置10存儲(chǔ)。釋能時(shí)，打開(kāi)閥門12，關(guān)閉閥門8，儲(chǔ)氣裝置10內(nèi)的高壓空氣經(jīng)管線11、13及閥門12進(jìn)入換熱器14，與水換熱后的高壓空氣經(jīng)管線15進(jìn)入高壓膨脹機(jī)16膨脹降溫，其出口空氣經(jīng)管線17進(jìn)入換熱器18，與水換熱后 溫度升至高壓膨脹機(jī)16的進(jìn)氣溫度，經(jīng)管線19將升溫后的空氣送入低壓膨脹機(jī)20繼續(xù)膨脹做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)21發(fā)電。釋能結(jié)束，閥門12關(guān)閉。一般情況下，儲(chǔ)能和釋能過(guò)程不同時(shí)進(jìn)行，儲(chǔ)能時(shí)，壓氣機(jī)組工作，膨脹機(jī)組關(guān)停，閥門8打開(kāi)，閥門12關(guān)閉，換熱器4冷卻高壓壓氣機(jī)6進(jìn)氣。釋能時(shí)則相反，壓氣機(jī)組關(guān)停，膨脹機(jī)組工作，閥門12打開(kāi)，閥門8關(guān)閉，換熱器14加熱儲(chǔ)氣裝置10出口的高壓空氣，換熱器18加熱低壓膨脹機(jī)20的進(jìn)氣。圖2所示為本發(fā)明的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施例2，其主體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I相同，但它采用三級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻及三級(jí)膨脹、級(jí)間加熱代替實(shí)施例I中的兩級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻及兩級(jí)膨脹、級(jí)間加熱。其中，電動(dòng)機(jī)1，低級(jí)壓氣機(jī)24，中壓壓氣機(jī)28，高壓壓氣機(jī)32，高壓膨脹機(jī)33，中壓膨脹機(jī)37，低壓膨脹機(jī)41，換熱器26、30、14、35、39，柔性儲(chǔ)氣裝置 10，管線25、27、29、31、7、9、11、13、15、34、36、38、40，發(fā)電機(jī)21，固定裝置22，水底巖石圈23，閥門8、12，空氣和水源。各部件的連接情況與實(shí)施例I基本相同。在高壓壓氣機(jī)32和低壓壓氣機(jī)24間增加中壓壓氣機(jī)28，并且其與低壓壓氣機(jī)24和高壓壓氣機(jī)32間有級(jí)間冷卻器，即換熱器26、30。儲(chǔ)能時(shí)，空氣經(jīng)三級(jí)壓縮及級(jí)間冷卻后經(jīng)管線7、9及閥門8進(jìn)入柔性儲(chǔ)氣裝置10存儲(chǔ)。在高壓膨脹機(jī)33和低壓膨脹機(jī)41間增加中壓膨脹機(jī)37，并且其與低壓膨脹機(jī)41和高壓膨脹機(jī)33間有級(jí)間加熱器，即換熱器35、39，釋能時(shí)，柔性儲(chǔ)氣裝置10內(nèi)的高壓空氣經(jīng)閥門12、換熱器14及管線11、13、15進(jìn)入三級(jí)膨脹機(jī)組及級(jí)間加熱設(shè)備，空氣膨脹做功驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)21發(fā)電，低壓空氣排入大氣。圖3所示為本發(fā)明的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施例3，其主體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I相同，但它采用四級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻及四級(jí)膨脹、級(jí)間加熱代替實(shí)施例I中的兩級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻及兩級(jí)膨脹、級(jí)間加熱。其中，電動(dòng)機(jī)1，低級(jí)壓氣機(jī)42，中壓壓氣機(jī)46，次高壓壓氣機(jī)50，高壓壓氣機(jī)54，高壓膨脹機(jī)55，次高壓膨脹機(jī)59，中壓膨脹機(jī)63，低壓膨脹機(jī)67，換熱器44、48、52、14、57、61、65，柔性儲(chǔ)氣裝置 10，管線 43、45、47、49、51、53、7、9、11、13、15、56、58、60、62、64、66，閥門8、12，發(fā)電機(jī)21，固定裝置22，水底巖石圈23，空氣和水源。各部件的連接情況與實(shí)施例I基本相同。
在高壓壓氣機(jī)54和低壓壓氣機(jī)42間增加中壓壓氣機(jī)46和次高壓壓氣機(jī)50,并且它們與低壓壓氣機(jī)42和高壓壓氣機(jī)54間有級(jí)間冷卻器，即換熱器44、48、52。儲(chǔ)能時(shí)，經(jīng)四級(jí)壓縮及級(jí)間冷卻后的高壓空氣經(jīng)管線7、9及閥門8進(jìn)入柔性儲(chǔ)氣裝置10存儲(chǔ)。在高壓膨脹機(jī)55和低壓膨脹機(jī)67間增加中壓膨脹機(jī)63和次高壓膨脹機(jī)59，并且其與低壓膨脹機(jī)67和高壓膨脹機(jī)55間有級(jí)間加熱器，即換熱器57、61、65，釋能時(shí)，柔性儲(chǔ)氣裝置10內(nèi)的高壓空氣經(jīng)閥門12、換熱器14及管線11、13、15進(jìn)入四級(jí)膨脹機(jī)組和級(jí)間加熱設(shè)備，空氣膨脹做功驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)21發(fā)電，低壓空氣排入大氣。圖4所示為本發(fā)明的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施例4，其主體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I相同，但柔性儲(chǔ)氣裝置采用保溫材料，以代替實(shí)施例I中采用非保溫材料的柔性儲(chǔ)氣裝置，因此不需要用水預(yù)熱。其中，電動(dòng)機(jī)1，低壓壓氣機(jī)2，高壓壓氣機(jī)6，高壓膨脹機(jī)16，低壓膨脹機(jī)20，換熱器4、18，閥門8、12，管線3、5、7、9、11、13、17、19，柔性儲(chǔ)氣裝置10， 發(fā)電機(jī)21，固定裝置22，水底巖石圏23，空氣和水源。各部件的連接情況與實(shí)施例I基本相同。儲(chǔ)能過(guò)程與實(shí)施例I相同，在釋能時(shí)，打開(kāi)閥門12，關(guān)閉閥門8，柔性儲(chǔ)氣裝置10內(nèi)的高溫高壓空氣經(jīng)管線11、13及閥門12進(jìn)入高壓膨脹機(jī)16膨脹降溫，當(dāng)出口空氣溫度低于水的溫度吋，出口空氣經(jīng)管線17進(jìn)入換熱器18吸熱升溫并經(jīng)管線19進(jìn)入低壓膨脹機(jī)20繼續(xù)膨脹做功降溫，膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)21發(fā)電，低壓膨脹機(jī)20出口空氣排入大氣。壓氣機(jī)組和膨脹機(jī)組也可以為三級(jí)壓縮、膨脹或者四級(jí)壓縮、膨脹，其主體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2、3相同。圖5所示為本發(fā)明的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施例5，其主體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例4相同，但將壓氣機(jī)組和膨脹機(jī)組的級(jí)間換熱器放在環(huán)境中，以代替實(shí)施例4中沒(méi)入水源中的換熱器。其中，電動(dòng)機(jī)I，低壓壓氣機(jī)2，高壓壓氣機(jī)6，高壓膨脹機(jī)16，低壓膨脹機(jī)20，換熱器 4、18，水泵69、72，閥門 8、12，管線3、5、7、9、11、13、17、19、68、70、71、73，柔性儲(chǔ)氣裝置10，發(fā)電機(jī)21，固定裝置22，水底巖石圏23，空氣和水源。水泵69、72是葉輪式泵包括軸流式、混流式和離心式，或者容積式泵包括齒輪泵、螺桿泵、羅茨泵和滑片泵。換熱器4經(jīng)管線68、70及水泵69與水源相通連；換熱器18經(jīng)管線71、73及水泵72與水源相通連；其余各部件的連接情況與實(shí)施例4基本相同。儲(chǔ)能時(shí)，打開(kāi)閥門8，關(guān)閉閥門12，啟動(dòng)水泵69，水源中的水經(jīng)管線70、68進(jìn)入換熱器4，冷卻高壓壓氣機(jī)6的進(jìn)氣；空氣在低壓壓氣機(jī)2、高壓壓氣機(jī)6壓縮升溫升壓后經(jīng)管線
7、9及閥門8進(jìn)入儲(chǔ)氣裝置10存儲(chǔ)，儲(chǔ)能結(jié)束時(shí)關(guān)閉水泵69和閥門8。在釋能時(shí)，打開(kāi)閥門12，關(guān)閉閥門8，啟動(dòng)水泵72，水源中的水經(jīng)管線71、73進(jìn)入換熱器18，加熱低壓膨脹機(jī)20的進(jìn)氣；儲(chǔ)氣裝置10內(nèi)的高溫高壓空氣經(jīng)管線11、13及閥門12進(jìn)入高壓膨脹機(jī)16、低壓膨脹機(jī)20膨脹做功，膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)21發(fā)電，低壓膨脹機(jī)20出口空氣排入大氣，釋能結(jié)束時(shí)關(guān)閉水泵72和閥門12。壓氣機(jī)組和膨脹機(jī)組也可以為三級(jí)壓縮、膨脹或者四級(jí)壓縮、膨脹，儲(chǔ)氣裝置的材料也可以是非保溫的，其主體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2、3相同。
權(quán)利要求
1.一種等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括電動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)組、儲(chǔ)氣裝置、膨脹機(jī)組、換熱器、閥門、發(fā)電機(jī)及管線；其特征在于 至少為兩級(jí)壓氣機(jī)組，包括一低壓壓氣機(jī)、一高壓壓氣機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出軸與壓氣機(jī)組的傳動(dòng)軸固接，位于陸地；低壓壓氣機(jī)入口接空氣源，出口經(jīng)換熱器、管線與高壓壓氣機(jī)入口相通連； 至少為兩級(jí)膨脹機(jī)組，包括一低壓膨脹機(jī)、一高壓膨脹機(jī)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與膨脹機(jī)組傳動(dòng)軸固接，位于陸地；高壓膨脹機(jī)出口經(jīng)換熱器、管線與低壓膨脹機(jī)入口相通連，低壓膨脹機(jī)出口通大氣； 儲(chǔ)氣裝置位于水源中，以固定裝置固定在水底巖石圈上，其上游經(jīng)管線、閥門與高壓壓氣機(jī)輸出口相通連，下游經(jīng)管線、閥門與高壓膨脹機(jī)入口相通連； 其工作流程為 儲(chǔ)能時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)，將空氣壓入水下儲(chǔ)氣裝置存儲(chǔ)；釋能時(shí)，儲(chǔ)氣裝置的高壓空氣在換熱器吸熱后通過(guò)膨脹機(jī)做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電； 管線中的閥門，用來(lái)控制氣流方向和系統(tǒng)的工作模式。
2.如權(quán)利要求I所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述水源，是大海、湖、水庫(kù)、江、河流或人工水池，儲(chǔ)氣裝置存放在水下，儲(chǔ)氣裝置在水下存放的深度與壓氣機(jī)組出口空氣的壓力和儲(chǔ)氣裝置的容積相匹配，儲(chǔ)氣裝置的容積與儲(chǔ)電量和存放深度相匹配。
3.如權(quán)利要求I所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述固定裝置，是錨、樁或靜負(fù)載中的一種或者幾種的組合。
4.如權(quán)利要求I所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述儲(chǔ)氣裝置，為柔性儲(chǔ)氣裝置，其制造材料是保溫或不保溫的柔性材料。
5.如權(quán)利要求4所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述柔性儲(chǔ)氣裝置，是指儲(chǔ)氣裝置的容積隨著儲(chǔ)氣量的變化而變化，但不超過(guò)最大容積，即當(dāng)充氣時(shí)，儲(chǔ)氣裝置隨氣量增大而增大；當(dāng)放氣時(shí)，儲(chǔ)氣裝置體積縮??；但儲(chǔ)氣裝置的最大充氣壓力不超過(guò)限定值，否則會(huì)破壞柔性材料的物理性能。
6.如權(quán)利要求I或4所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述儲(chǔ)氣裝置內(nèi)壓力保持恒定，即當(dāng)儲(chǔ)能和釋能時(shí)，高壓壓氣機(jī)出口壓力和高壓膨脹機(jī)入口壓力保持不變。
7.如權(quán)利要求I所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述壓氣機(jī)組或膨脹機(jī)組，當(dāng)為兩級(jí)以上時(shí)，為共軸串聯(lián)形式、或分軸并聯(lián)形式；并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動(dòng)軸動(dòng)連接；各壓氣機(jī)間設(shè)有級(jí)間冷卻器，各膨脹機(jī)間設(shè)有級(jí)間加熱器。
8.如權(quán)利要求7所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述壓氣機(jī)組或膨脹機(jī)組，當(dāng)為兩級(jí)以上時(shí)，多臺(tái)壓氣機(jī)、多臺(tái)膨脹機(jī)分布在一根驅(qū)動(dòng)軸或多根驅(qū)動(dòng)軸上；當(dāng)為多臺(tái)壓氣機(jī)和膨脹機(jī)時(shí)，實(shí)現(xiàn)近似等溫壓縮和等溫膨脹。
9.如權(quán)利要求I所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源是常規(guī)電站低谷電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、水電或潮汐發(fā)電其中的一種或多種的組口 ο
10.如權(quán)利要求I所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述儲(chǔ)能過(guò)程在電力低谷、可再生能源發(fā)電冗余時(shí)啟用；釋能過(guò)程在用電高峰、電カ事故、可再生能源發(fā)電不符合要求時(shí)啟用。
11.如權(quán)利要求I或7所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述壓氣機(jī)或膨脹機(jī)，是活塞式、軸流式、斜流式、離心式、螺桿式或混合式壓氣機(jī)其中的一種或多種的組ムロ o
12.如權(quán)利要求I所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述儲(chǔ)能時(shí)，通過(guò)控制壓氣機(jī)流量和級(jí)間冷卻溫度調(diào)節(jié)儲(chǔ)能能力。
13.如權(quán)利要求12所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述控制壓氣機(jī)流量，是通過(guò)調(diào)節(jié)壓氣機(jī)負(fù)載、開(kāi)停部分壓氣機(jī)或調(diào)節(jié)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。
14.如權(quán)利要求I所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述釋能時(shí)，通過(guò)控制膨脹機(jī)流量和級(jí)間加熱溫度調(diào)節(jié)發(fā)電能力。
15.如權(quán)利要求14所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述控制膨脹機(jī)流量，是通過(guò)開(kāi)停部分膨脹機(jī)或調(diào)節(jié)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。
16.如權(quán)利要求I所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述換熱器，位于水源中或位于陸地。
17.如權(quán)利要求I所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于還包括至少兩臺(tái)水泵，位于水源中，分別經(jīng)管線與換熱器相通連。
18.如權(quán)利要求17所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述水泵，是葉輪式泵或容積式泵。
19.如權(quán)利要求17或18所述的等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述葉輪式泵，為軸流式、混流式或離心式泵其中的一種或多種的組合；容積式泵，為齒輪泵、螺桿泵、羅茨泵或滑片泵其中的一種或多種的組合。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種等溫等壓壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，涉及能量存儲(chǔ)技術(shù)，該系統(tǒng)在用電低谷通過(guò)壓氣機(jī)將空氣壓入水下柔性儲(chǔ)氣裝置，從而將電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲(chǔ)起來(lái)；在用電高峰，儲(chǔ)氣裝置中高壓空氣經(jīng)換熱器吸熱后通過(guò)膨脹機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。本發(fā)明的儲(chǔ)能系統(tǒng)，利用水下壓力使儲(chǔ)氣裝置內(nèi)部恒壓，并且利用級(jí)間冷卻和加熱措施實(shí)現(xiàn)近似等溫壓縮和膨脹的過(guò)程，提高系統(tǒng)效率。同時(shí)，該壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具有儲(chǔ)能周期不受限制，適用于各種類型電源、對(duì)環(huán)境友好、儲(chǔ)氣裝置不易受地震等地質(zhì)災(zāi)害影響等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的使用前景。
文檔編號(hào)F01K3/08GK102839995SQ20111016560
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者陳海生, 嚴(yán)曉輝, 張雪輝, 孟愛(ài)紅, 譚春青 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所