本實(shí)用新型涉及能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)領(lǐng)域，特別涉及一種閉式冷電聯(lián)供儲(chǔ)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在全球所有的可再生能源中，風(fēng)能占到了其中的42％。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)效益方面，也在各種可再生能源分布式發(fā)電技術(shù)中占有較大優(yōu)勢(shì)，因此它是世界范圍內(nèi)發(fā)展速度最快的新能源分布式發(fā)電技術(shù)。據(jù)中國(guó)可再生能源工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到2020年底，中國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)將超過300GW。

然而，由于風(fēng)能受自然條件如天氣、地理位置和氣流變化等因素影響，具有很大的不確定性、隨機(jī)性及間歇性等特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)的調(diào)度、運(yùn)行方式、可靠性、電能品質(zhì)和運(yùn)行成本都帶來巨大的沖擊。隨著風(fēng)電規(guī)模的日益增大，風(fēng)電與電網(wǎng)的相容性問題將越發(fā)突出，迫切需要可行的解決方案以促進(jìn)風(fēng)電的大規(guī)模利用。在諸多解決風(fēng)電并網(wǎng)的方法中，儲(chǔ)能技術(shù)被公認(rèn)為是根本解決風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)問題的主要途徑。目前國(guó)內(nèi)工業(yè)技術(shù)中儲(chǔ)能技術(shù)主要包括抽水蓄能，壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)，飛輪儲(chǔ)能，電磁儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能等。其中，壓縮空氣儲(chǔ)能作為一種新型的儲(chǔ)能技術(shù)，得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來越廣 泛的關(guān)注。

壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)利用間歇性可再生能源生產(chǎn)的電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組壓縮空氣，將電能以高壓空氣的方式儲(chǔ)存起來，當(dāng)需要電能時(shí)，釋放高壓空氣驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)做功發(fā)電。自從1949年Stal Laval提出利用地下洞穴實(shí)現(xiàn)壓縮空氣儲(chǔ)能以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此開展了大量的研究和實(shí)踐工作，并已有兩座大型電站分別在德國(guó)(Huntorf)和美國(guó)(McIntosh)投入商業(yè)運(yùn)行。另外日本、意大利、以色列等國(guó)也分別有壓縮空氣儲(chǔ)能電站項(xiàng)目正在建設(shè)過程中。然而，目前已有的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)多為開式循環(huán)，且不能提供冷量，系統(tǒng)循環(huán)效率不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要提供一種將不穩(wěn)定和間歇性的風(fēng)能轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的電能和冷量輸出的閉式冷電聯(lián)供儲(chǔ)能系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)采用下述技術(shù)方案：

一種閉式冷電聯(lián)供儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括：儲(chǔ)能單元，回?zé)釂卧歪屇軉卧?/p>

所述儲(chǔ)能單元包括空氣囊(21)、一級(jí)壓縮機(jī)(1)、二級(jí)壓縮機(jī)(2)、三級(jí)壓縮機(jī)(3)和空氣儲(chǔ)罐(9)；

所述回?zé)釂卧ㄒ患?jí)冷卻器(4)、二級(jí)冷卻器(5)、三級(jí)冷卻器(6)、冷油箱(8)、熱油箱(7)、一級(jí)回?zé)崞?10)、二級(jí)回?zé)崞?11)及三級(jí)回?zé)崞?12)；

所述釋能單元包括調(diào)速閥(13)、一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)、二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)、三級(jí)透平膨脹機(jī)(16)、減速器(17)、發(fā)電機(jī)(18)、并網(wǎng)控制柜 (19)和冷風(fēng)空調(diào)(20)；

所述空氣囊(21)的排氣口和所述一級(jí)壓縮機(jī)(1)的進(jìn)氣口相連，所述一級(jí)壓縮機(jī)(1)的排氣口和所述一級(jí)冷卻器(4)的進(jìn)氣口相連，所述一級(jí)冷卻器(4)的排氣口和所述二級(jí)壓縮機(jī)(2)的進(jìn)氣口相連，所述二級(jí)壓縮機(jī)(2)的排氣口和所述二級(jí)冷卻器(5)的進(jìn)氣口相連，所述二級(jí)冷卻器(4)的排氣口和所述三級(jí)壓縮機(jī)(3)的進(jìn)氣口相連，所述三級(jí)壓縮機(jī)(3)的排氣口和所述三級(jí)冷卻器(6)的進(jìn)氣口相連，所述三級(jí)冷卻器(6)的排氣口和所述空氣儲(chǔ)罐(9)的進(jìn)氣口相連，以構(gòu)成儲(chǔ)能階段的閉式流道；

所述空氣儲(chǔ)罐(9)的排氣口和所述調(diào)速閥(13)的進(jìn)氣口相連，所述調(diào)速閥(13)的排氣口和所述一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)的進(jìn)氣口相連，所述一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)的排氣口與所述一級(jí)回?zé)崞?10)的進(jìn)氣口相連，所述一級(jí)回?zé)崞?10)的排氣口與所述二級(jí)回?zé)崞?11)的進(jìn)氣口相連，所述二級(jí)回?zé)崞?11)的排氣口與所述二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)的進(jìn)氣口相連，所述二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)的排氣口與所述三級(jí)回?zé)崞?12)的進(jìn)氣口相連，所述三級(jí)回?zé)崞?12)的排氣口和冷風(fēng)空調(diào)(20)的進(jìn)氣口相連，所述冷風(fēng)空調(diào)(20)的排氣口和所述空氣囊(21)的進(jìn)氣口相連，以上空氣流道構(gòu)成釋能階段的閉式流道；

所述冷油箱(8)和熱油箱(7)中的導(dǎo)熱油在所述一級(jí)冷卻器(4)、二級(jí)冷卻器(5)和三級(jí)冷卻器(6)形成的管程及所述一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)、二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)、三級(jí)透平膨脹機(jī)(16)形成的管程中做內(nèi)循環(huán)往復(fù)流動(dòng)；

所述一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)、二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)、三級(jí)透平膨脹機(jī)(16)的輸出軸通過聯(lián)軸器和所述減速器(17)的高速軸連接，所述發(fā)電機(jī)(18) 的輸入軸通過聯(lián)軸器和所述減速器(17)的低速輸出軸連接，所述發(fā)電機(jī)(18)發(fā)出的電能通過并網(wǎng)控制柜19輸入電網(wǎng)。

在一些實(shí)施例中，所述空氣囊為常壓常溫儲(chǔ)氣囊，用以儲(chǔ)存干燥潔凈的空氣。

在一些實(shí)施例中，所述一級(jí)壓縮機(jī)(1)、二級(jí)壓縮機(jī)(2)、三級(jí)壓縮機(jī)構(gòu)成的壓縮機(jī)組為多級(jí)離心式壓縮機(jī)、或者多級(jí)軸流式壓縮機(jī)、或者上述兩種結(jié)構(gòu)的任意組合。

在一些實(shí)施例中，所述一級(jí)冷卻器(4)、二級(jí)冷卻器(5)、三級(jí)冷卻器(6)、一級(jí)回?zé)崞?10)、二級(jí)回?zé)崞?11)及三級(jí)回?zé)崞?12)為管殼式換熱器、套管式換熱器，板翅式換熱器中的任何一種。

在一些實(shí)施例中，所述冷油箱(8)和熱油箱(7)均為常壓油箱，內(nèi)存有儲(chǔ)熱介質(zhì)導(dǎo)熱油。

在一些實(shí)施例中，所述調(diào)速閥為單個(gè)節(jié)流閥或者由多個(gè)節(jié)流閥并聯(lián)。

在一些實(shí)施例中，所述一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)、二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)、三級(jí)透平膨脹機(jī)(16)構(gòu)成的透平膨脹機(jī)組為多級(jí)徑軸流式膨脹機(jī)、或者多級(jí)軸流式膨脹機(jī)、或者上述兩種結(jié)構(gòu)的任意組合。

在一些實(shí)施例中，所述減速器(17)為多級(jí)平行軸結(jié)構(gòu)或者多級(jí)行星齒輪結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，所述冷風(fēng)空調(diào)(20)中的換熱結(jié)構(gòu)是繞管式、或者翅片式；介質(zhì)是風(fēng)—風(fēng)式、或者風(fēng)—水式、或者上述兩種結(jié)構(gòu)的任意組合。

在一些實(shí)施例中，所述空氣儲(chǔ)罐(9)中的高壓空氣壓力為3～10MPa，排氣流量為6000～100000Nm3/h，每一級(jí)膨脹氣體回?zé)岷鬁囟葹?0～120℃，末級(jí)排氣溫度為-5～10℃；系統(tǒng)裝機(jī)發(fā)電量為0.5～10MW，輸出冷量為 20～400KW。

本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案，其有益效果在于：

本實(shí)用新型提供的閉式冷電聯(lián)供儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括：儲(chǔ)能單元，回?zé)釂卧歪屇軉卧?，所述?chǔ)能單元包括空氣囊，壓縮機(jī)組，空氣儲(chǔ)罐；所述回?zé)釂卧ǜ骷?jí)壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器，冷油箱，熱油箱，各級(jí)透平膨脹機(jī)級(jí)間回?zé)崞?；所述釋能單元包括調(diào)速閥，透平膨脹機(jī)組，減速器，發(fā)電機(jī)，并網(wǎng)控制柜和冷風(fēng)空調(diào)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)閉式循環(huán)系統(tǒng)，不需要外界補(bǔ)給空氣，減少了空氣干燥凈化的流程，設(shè)備投資和能耗，同時(shí)對(duì)外輸出冷量，充分利用了膨脹后乏氣的冷火用，實(shí)現(xiàn)了冷電聯(lián)供，提高了系統(tǒng)的效率，實(shí)現(xiàn)了將不穩(wěn)定和間歇性的風(fēng)能轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的電能和冷量輸出。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型提供的閉式冷電聯(lián)供儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：一級(jí)壓縮機(jī)(1)、二級(jí)壓縮機(jī)(2)、三級(jí)壓縮機(jī)(3)、一級(jí)冷卻器(4)、二級(jí)冷卻器(5)、三級(jí)冷卻器(6)、熱油箱(7)、冷油箱(8)、空氣儲(chǔ)罐(9)、三級(jí)回?zé)崞?10)、二級(jí)回?zé)崞?11)、一級(jí)回?zé)崞?12)、調(diào)速閥(13)、一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)、二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)、三級(jí)透平膨脹機(jī)(16)、減速器(17)、發(fā)電機(jī)(18)、并網(wǎng)控制柜(19)、冷風(fēng)空調(diào)(20)、空氣囊(21)。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似 功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

在本實(shí)用新型的描述中，術(shù)語(yǔ)“內(nèi)”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型而不是要求本實(shí)用新型必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

請(qǐng)參閱圖1，為本實(shí)用新型提供的閉式冷電聯(lián)供儲(chǔ)能系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：儲(chǔ)能單元，回?zé)釂卧歪屇軉卧?/p>

所述儲(chǔ)能單元包括空氣囊(21)、一級(jí)壓縮機(jī)(1)、二級(jí)壓縮機(jī)(2)、三級(jí)壓縮機(jī)(3)和空氣儲(chǔ)罐(9)。

所述回?zé)釂卧ㄒ患?jí)冷卻器(4)、二級(jí)冷卻器(5)、三級(jí)冷卻器(6)、冷油箱(8)、熱油箱(7)、一級(jí)回?zé)崞?10)、二級(jí)回?zé)崞?11)及三級(jí)回?zé)崞?12)。

所述釋能單元包括調(diào)速閥(13)、一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)、二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)、三級(jí)透平膨脹機(jī)(16)、減速器(17)、發(fā)電機(jī)(18)、并網(wǎng)控制柜(19)和冷風(fēng)空調(diào)(20)。

其中，

所述空氣囊(21)的排氣口和所述一級(jí)壓縮機(jī)(1)的進(jìn)氣口相連，所述一級(jí)壓縮機(jī)(1)的排氣口和所述一級(jí)冷卻器(4)的進(jìn)氣口相連，所述一級(jí)冷卻器(4)的排氣口和所述二級(jí)壓縮機(jī)(2)的進(jìn)氣口相連，所述二級(jí)壓縮機(jī)(2)的排氣口和所述二級(jí)冷卻器(5)的進(jìn)氣口相連，所述二級(jí)冷卻器(4)的排氣口和所述三級(jí)壓縮機(jī)(3)的進(jìn)氣口相連，所述三級(jí)壓縮機(jī)(3) 的排氣口和所述三級(jí)冷卻器(6)的進(jìn)氣口相連，所述三級(jí)冷卻器(6)的排氣口和所述空氣儲(chǔ)罐(9)的進(jìn)氣口相連，以構(gòu)成儲(chǔ)能階段的閉式流道；

所述空氣儲(chǔ)罐(9)的排氣口和所述調(diào)速閥(13)的進(jìn)氣口相連，所述調(diào)速閥(13)的排氣口和所述一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)的進(jìn)氣口相連，所述一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)的排氣口與所述一級(jí)回?zé)崞?10)的進(jìn)氣口相連，所述一級(jí)回?zé)崞?10)的排氣口與所述二級(jí)回?zé)崞?11)的進(jìn)氣口相連，所述二級(jí)回?zé)崞?11)的排氣口與所述二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)的進(jìn)氣口相連，所述二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)的排氣口與所述三級(jí)回?zé)崞?12)的進(jìn)氣口相連，所述三級(jí)回?zé)崞?12)的排氣口和冷風(fēng)空調(diào)(20)的進(jìn)氣口相連，所述冷風(fēng)空調(diào)(20)的排氣口和所述空氣囊(21)的進(jìn)氣口相連，以上空氣流道構(gòu)成釋能階段的閉式流道；

所述冷油箱(8)和熱油箱(7)中的導(dǎo)熱油在所述一級(jí)冷卻器(4)、二級(jí)冷卻器(5)和三級(jí)冷卻器(6)形成的管程及所述一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)、二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)、三級(jí)透平膨脹機(jī)(16)形成的管程中做內(nèi)循環(huán)往復(fù)流動(dòng)；

所述一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)、二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)、三級(jí)透平膨脹機(jī)(16)的輸出軸通過聯(lián)軸器和所述減速器(17)的高速軸連接，所述發(fā)電機(jī)(18)的輸入軸通過聯(lián)軸器和所述減速器(17)的低速輸出軸連接，所述發(fā)電機(jī)(18)發(fā)出的電能通過并網(wǎng)控制柜19輸入電網(wǎng)。

可以理解，上述閉式冷電聯(lián)供儲(chǔ)能系統(tǒng)在儲(chǔ)能過程中，一級(jí)壓縮機(jī)(1)、二級(jí)壓縮機(jī)(2)、三級(jí)壓縮機(jī)(3)形成的壓縮機(jī)組利用風(fēng)能，太陽(yáng)能等可再生間歇能源，將空氣囊(21)中經(jīng)過處理后的干燥潔凈的常壓空氣壓縮成高壓空氣儲(chǔ)存在空氣儲(chǔ)罐(9)中。同時(shí)，由于儲(chǔ)能過程和釋能過程并非同 時(shí)進(jìn)行，在壓縮機(jī)組進(jìn)行級(jí)間冷卻時(shí)，為了提高系統(tǒng)的發(fā)電效率，需將每一級(jí)壓縮機(jī)出口氣體的壓縮熱以導(dǎo)熱油為蓄熱介質(zhì)儲(chǔ)存在熱油箱(7)中；釋能過程中，空氣儲(chǔ)罐(9)釋放高壓空氣，通過調(diào)速閥(13)節(jié)流減壓將空氣壓力降至一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)、二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)、三級(jí)透平膨脹機(jī)(16)入口設(shè)計(jì)壓力，同時(shí)維持氣體流量不變。然后，氣體在每一級(jí)回?zé)崞髦信c來自熱油箱(7)的高溫導(dǎo)熱油進(jìn)行充分的換熱，提高每一級(jí)膨脹機(jī)的入口溫度和焓值，進(jìn)行膨脹做功。高溫導(dǎo)熱油完成換熱后回流至冷油，等待下一次儲(chǔ)能過程蓄熱。膨脹后的常壓低溫氣體流經(jīng)冷風(fēng)空調(diào)(20)，為室內(nèi)提供冷氣或者為冷庫(kù)提供冷量。最后，空氣回流至空氣囊。因此，整體流程是一個(gè)閉式循環(huán)，不需要外界補(bǔ)給空氣，減少了空氣干燥凈化的流程，同時(shí)將不穩(wěn)定和間歇性的風(fēng)能和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成了穩(wěn)定的電能和冷量輸出，實(shí)現(xiàn)了冷電聯(lián)供型儲(chǔ)能裝置。

優(yōu)選地，所述空氣囊(21)為常壓常溫儲(chǔ)氣囊，用以儲(chǔ)存干燥潔凈的空氣。

優(yōu)選地，所述一級(jí)壓縮機(jī)(1)、二級(jí)壓縮機(jī)(2)、三級(jí)壓縮機(jī)構(gòu)成的壓縮機(jī)組為多級(jí)離心式壓縮機(jī)、或者多級(jí)軸流式壓縮機(jī)、或者上述兩種結(jié)構(gòu)的任意組合。

優(yōu)選地，所述一級(jí)冷卻器(4)、二級(jí)冷卻器(5)、三級(jí)冷卻器(6)、一級(jí)回?zé)崞?10)、二級(jí)回?zé)崞?11)及三級(jí)回?zé)崞?12)為管殼式換熱器、套管式換熱器，板翅式換熱器中的任何一種。

優(yōu)選地，所述冷油箱(8)和熱油箱(7)均為常壓油箱，內(nèi)存有儲(chǔ)熱介質(zhì)導(dǎo)熱油。

優(yōu)選地，所述調(diào)速閥(13)為單個(gè)節(jié)流閥或者由多個(gè)節(jié)流閥并聯(lián)。

優(yōu)選地，所述一級(jí)透平膨脹機(jī)(14)、二級(jí)透平膨脹機(jī)(15)、三級(jí)透平膨脹機(jī)(16)構(gòu)成的透平膨脹機(jī)組為多級(jí)徑軸流式膨脹機(jī)、或者多級(jí)軸流式膨脹機(jī)、或者上述兩種結(jié)構(gòu)的任意組合。

優(yōu)選地，所述減速器(17)為多級(jí)平行軸結(jié)構(gòu)或者多級(jí)行星齒輪結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述冷風(fēng)空調(diào)(20)中的換熱結(jié)構(gòu)是繞管式、或者翅片式；介質(zhì)是風(fēng)—風(fēng)式、或者風(fēng)—水式、或者上述兩種結(jié)構(gòu)的任意組合。

優(yōu)選地，所述空氣儲(chǔ)罐(9)中的高壓空氣壓力為3～10MPa，排氣流量為6000～100000Nm3/h，每一級(jí)膨脹氣體回?zé)岷鬁囟葹?0～120℃，末級(jí)排氣溫度為-5～10℃；系統(tǒng)裝機(jī)發(fā)電量為0.5～10MW，輸出冷量為20～400KW。

本實(shí)用新型提供的閉式冷電聯(lián)供儲(chǔ)能系統(tǒng)是一個(gè)閉式循環(huán)系統(tǒng)，不需要外界補(bǔ)給空氣，減少了空氣干燥凈化的流程，設(shè)備投資和能耗，同時(shí)對(duì)外輸出冷量，充分利用了膨脹后乏氣的冷火用，實(shí)現(xiàn)了冷電聯(lián)供，提高了系統(tǒng)的效率，實(shí)現(xiàn)了將不穩(wěn)定和間歇性的風(fēng)能轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的電能和冷量輸出。

雖然本實(shí)用新型參照當(dāng)前的較佳實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述較佳實(shí)施方式僅用來說明本實(shí)用新型，并非用來限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，任何在本實(shí)用新型的精神和原則范圍之內(nèi)，所做的任何修飾、等效替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。