本發(fā)明屬于電能存儲技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種集成太陽能的壓縮空氣儲能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，伴隨著可再生能源并網(wǎng)、智能電網(wǎng)、分布式供能系統(tǒng)等新能源技術(shù)的蓬勃發(fā)展，電力儲能逐漸得到人們的重視與關(guān)注。它不僅是實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、太陽能等可再生能源大規(guī)模接入并網(wǎng)的必然選擇，是提高常規(guī)能源發(fā)電與輸電效率穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性的迫切需要，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)分布式能源、智能電網(wǎng)等能源系統(tǒng)變革的關(guān)鍵技術(shù)。

目前已有電力儲能技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能(CAES)、蓄電池、超導(dǎo)、飛輪和電容等，不同技術(shù)在儲能規(guī)模、能量密度、技術(shù)成熟度、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程、應(yīng)用領(lǐng)域等方面都存在差異。目前壓縮空氣儲能技術(shù)和抽水蓄能被公認(rèn)為兩種適合大規(guī)模電力儲能(100MW級)的技術(shù)，但由于抽水蓄能受到地理?xiàng)l件的限制，壓縮空氣儲能技術(shù)(CAES)被認(rèn)為是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模電力儲能技術(shù)。

傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能是基于燃?xì)廨啓C(jī)開發(fā)的儲能技術(shù)，其工作原理是，在用電低谷，將空氣壓縮至高壓并存于儲氣室中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲起來；在用電高峰，高壓空氣從儲氣室釋放，進(jìn)入燃燒室與天然氣等化石燃料進(jìn)行混合燃燒，所得高溫高壓燃?xì)怛?qū)動透平發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能量的釋放。傳統(tǒng)CAES系統(tǒng)具有儲能容量大、周期長、壽命長和單位投資小等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是系統(tǒng)嚴(yán)重依賴于化石燃料，化石能源是不可再生的，面臨著逐漸枯竭的問題，同時(shí)這些化石能源在使用過程中也會產(chǎn)生大量的污染排放，不符合綠色、可再生能源的發(fā)展要求。同時(shí)由于壓縮空氣系統(tǒng)包含壓縮、膨脹、傳熱、儲氣、排氣等一系列復(fù)雜熱力學(xué)過程，系統(tǒng)能量損失大，系統(tǒng)效率受到影響。因此，如何提高系統(tǒng)效率，改善系統(tǒng)性能是壓縮空氣儲能系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用中必須解決的問題。

太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的綠色可再生能源，隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)和科技的不斷進(jìn)步，對其進(jìn)行合理高效的開發(fā)利用已成為一項(xiàng)重要的能源技術(shù)戰(zhàn)略。其中太陽能光熱發(fā)電是目前太陽能熱利用的一種比較成熟的方式，但是由于太陽能所具有的間歇性和不穩(wěn)定性特點(diǎn)，現(xiàn)有太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中通常需設(shè)置蓄熱裝置(例如集成太陽能的絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng))，增加了系統(tǒng)成本投入，同時(shí)系統(tǒng)也變得更加復(fù)雜，增加了過程能量損失，同時(shí)不利于后期使用維護(hù)，一定程度上限制了太陽能熱發(fā)電的應(yīng)用推廣。所以在現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)的條件下，將太陽能發(fā)電與其他形式的發(fā)電技術(shù)結(jié)合將對提高能源利用效率起到積極的作用。

綜上，現(xiàn)有技術(shù)壓縮空氣儲能系統(tǒng)及太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)存在以下缺陷：(1)現(xiàn)有太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)需要設(shè)置蓄熱裝置，成本高，系統(tǒng)復(fù)雜；(2)現(xiàn)有壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率低、系統(tǒng)性能差，依賴于化石燃料，不環(huán)保，能源不可再生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種集成太陽能的壓縮空氣儲能系統(tǒng)，提升了壓縮空氣儲能系統(tǒng)的性能，避免了太陽能蓄熱裝置的使用，同時(shí)減少了對化石能源的依賴，更加符合綠色環(huán)保、可再生能源的發(fā)展要求。該系統(tǒng)可用于電力儲能領(lǐng)域，尤其是太陽能豐富的地域。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種集成太陽能的壓縮空氣儲能系統(tǒng)，包括：壓縮機(jī)、高壓儲氣室、濕化器、蒸汽發(fā)生器以及膨脹機(jī)，壓縮機(jī)的入口接空氣源，高壓儲氣室通過第一閥門與壓縮機(jī)連通，濕化器通過第二閥門與高壓儲氣室連通，蒸汽發(fā)生器與濕化器連通，蒸汽發(fā)生器的熱源為太陽能集熱，膨脹機(jī)通過第三閥門與濕化器連通。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的壓縮空氣儲能系統(tǒng)至少具有以下有益效果其中之一：

(1)將太陽能熱利用技術(shù)與壓縮空氣儲能技術(shù)相結(jié)合，通過直接利用太陽能集熱產(chǎn)生水蒸氣加濕高壓空氣避免了太陽能蓄熱裝置的使用，實(shí)現(xiàn)了太陽能熱的合理高效利用，同時(shí)改善了壓縮空氣儲能系統(tǒng)的性能；

(2)高壓濕空氣進(jìn)入燃燒室與燃料燃燒后煙氣驅(qū)動膨脹機(jī)或者濕空氣直接驅(qū)動膨脹機(jī)做功產(chǎn)生電力，減少了對化石燃料的消耗，更加符合綠色環(huán)保、可再生能源的發(fā)展要求；

(3)釋能時(shí)，液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)加濕高壓空氣，增大了流經(jīng)膨脹機(jī)的工質(zhì)流量，增加了系統(tǒng)功率，有利于減小儲氣室體積，降低系統(tǒng)成本。

(4)分離后的冷凝水可進(jìn)入蒸汽發(fā)生器循環(huán)再利用，節(jié)約了水資源；

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例集成太陽能的壓縮空氣儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例集成太陽能的壓縮空氣儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

在本發(fā)明的第一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種集成太陽能的壓縮空氣儲能系統(tǒng)，請參照圖1，該系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、高壓儲氣室、蒸汽發(fā)生器、濕化器、燃燒室、膨脹機(jī)、冷卻/分離器、第一閥門1、第二閥門2、第三閥門3、第四閥門4及多根管線。

所述壓縮機(jī)入口接空氣源，蒸汽發(fā)生器入口接水源，膨脹機(jī)氣體出口與冷卻/分離器相連，冷卻/分離器氣體出口通大氣。

所述壓縮機(jī)經(jīng)第一閥門1與高壓儲氣室相連通，高壓儲氣室、濕化器、燃燒室經(jīng)第二閥門2與第三閥門3順序相連通，高壓儲氣室還經(jīng)第四閥門4與燃燒室相連通，燃燒室與膨脹機(jī)相連通。所述蒸汽發(fā)生器與濕化器相連通。

在本實(shí)施例中，所述濕化器所用熱水來源是蒸汽發(fā)生器所產(chǎn)生的水蒸氣；所述蒸汽發(fā)生器熱源來自于太陽能集熱，蒸汽發(fā)生器利用太陽能集熱直接加熱水產(chǎn)生水蒸氣進(jìn)入濕化器。所述太陽能集熱來自于槽式、塔式或碟式等太陽能集熱器。

所述冷卻/分離器分離后的氣體直接排入大氣，分離后的冷凝水可進(jìn)入蒸汽發(fā)生器循環(huán)再利用，節(jié)約了水資源。

集成太陽能的壓縮空氣儲能系統(tǒng)的詳細(xì)工作過程為：

在用電低谷，富足電能驅(qū)動壓縮機(jī)壓縮空氣，高壓空氣流經(jīng)第一閥門1儲存入高壓儲氣室，電能以空氣內(nèi)能的形式得以存儲；在用電高峰，有太陽能熱可利用時(shí)，打開第二閥門2，高壓空氣從高壓儲氣室釋放，進(jìn)入濕化器中經(jīng)加熱加濕接近飽和狀態(tài)，然后濕空氣經(jīng)第三閥門3進(jìn)入燃燒室與燃料混合燃燒；無太陽能熱可利用時(shí)，打開第四閥門4，高壓空氣直接進(jìn)入燃燒室與燃料進(jìn)行燃燒；燃燒室高溫高壓燃?xì)怛?qū)動膨脹機(jī)做功產(chǎn)生電力，實(shí)現(xiàn)電能的釋放，透平膨脹機(jī)排氣經(jīng)冷卻/分離器進(jìn)行分離。

釋能時(shí)，有太陽能熱可利用時(shí)，通過調(diào)節(jié)第二閥門2、第三閥門3保證出功量，無太陽能熱可利用時(shí)，通過調(diào)節(jié)第四閥門4保證出功量。

另外，釋能時(shí)，有太陽能熱可利用時(shí)，液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)，加濕從高壓儲氣室釋放的高壓空氣，增大了流經(jīng)膨脹機(jī)的工質(zhì)流量，機(jī)組功率增大，有利于減小高壓儲氣室體積，從而降低系統(tǒng)成本。

本實(shí)施例利用太陽能集熱直接加熱水產(chǎn)生水蒸氣進(jìn)入濕化器，加熱加濕高壓空氣，利用濕空氣與燃料燃燒產(chǎn)生煙氣驅(qū)動膨脹機(jī)做功，減少了化石燃料的燃燒，環(huán)保性能得以改善，且系統(tǒng)中無需蓄熱裝置，系統(tǒng)成本、復(fù)雜度降低，實(shí)現(xiàn)了太陽能的高效合理利用。

在本發(fā)明的第二個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種集成太陽能的壓縮空氣儲能系統(tǒng)，請參照圖2，該系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、高壓儲氣室、蒸汽發(fā)生器、濕化器、膨脹機(jī)、冷卻/分離器、第一閥門1、第二閥門2、第三閥門3、第四閥門4及多根管線。

所述壓縮機(jī)入口接空氣源；蒸汽發(fā)生器入口接水源；膨脹機(jī)氣體出口與冷卻/分離器相連，冷卻/分離器氣體出口通大氣；

所述壓縮機(jī)經(jīng)第一閥門1與高壓儲氣室相連通；高壓儲氣室經(jīng)第二閥門2與濕化器相連通；濕化器經(jīng)第三閥門3與膨脹機(jī)相連通；高壓儲氣室還經(jīng)第四閥門4與膨脹機(jī)相連通；蒸汽發(fā)生器與濕化器相連通。

集成太陽能的壓縮空氣儲能系統(tǒng)的詳細(xì)工作過程為：

在用電低谷，富足電能驅(qū)動壓縮機(jī)壓縮空氣，高壓空氣流經(jīng)第一閥門1儲存入高壓儲氣室，電能以空氣內(nèi)能的形式得以存儲；在用電高峰，有太陽能熱可利用時(shí)，打開第二閥門2與第三閥門3，高壓空氣從高壓儲氣室釋放，進(jìn)入濕化器中經(jīng)加熱加濕接近飽和狀態(tài)，然后濕空氣經(jīng)第三閥門3進(jìn)入膨脹機(jī)，高溫高壓空氣驅(qū)動膨脹機(jī)做功產(chǎn)生電力，實(shí)現(xiàn)電能的釋放；無太陽能熱可利用時(shí)，打開第四閥門4，高壓空氣直接驅(qū)動膨脹機(jī)做功產(chǎn)生電力，實(shí)現(xiàn)電能的釋放，透平膨脹機(jī)排氣經(jīng)冷卻/分離器進(jìn)行分離。

釋能時(shí)，有太陽能熱可利用時(shí)，通過調(diào)節(jié)第二閥門2、第三閥門3保證系統(tǒng)出功量，無太陽能熱可利用時(shí)，通過調(diào)節(jié)第四閥門4保證系統(tǒng)出功量；

為了達(dá)到簡要說明的目的，上述第一實(shí)施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無需再重復(fù)相同敘述。

第二實(shí)施例中的壓縮空氣儲能系統(tǒng)與第一實(shí)施例中的壓縮空氣儲能系統(tǒng)的區(qū)別在于，濕化器與膨脹機(jī)之間沒有設(shè)置燃燒室，有太陽能熱可利用時(shí)，高壓空氣經(jīng)過濕化器直接進(jìn)入膨脹機(jī)進(jìn)行驅(qū)動做功產(chǎn)生電力，實(shí)現(xiàn)電能的釋放，與傳統(tǒng)的壓縮空氣儲能系統(tǒng)相比，消除了對化石燃料的依賴，更加符合綠色環(huán)保、可再生能源的發(fā)展要求。

本發(fā)明中集成太陽能的壓縮空氣儲能系統(tǒng)將壓縮空氣儲能技術(shù)與太陽能熱利用技術(shù)相結(jié)合，通過直接利用太陽能集熱產(chǎn)生水蒸氣加熱加濕高壓空氣增加了系統(tǒng)出功量，減少了壓縮空氣儲能系統(tǒng)對化石燃料的依賴，改善了壓縮空氣儲能系統(tǒng)性能，避免了太陽能蓄熱裝置的使用，實(shí)現(xiàn)了太陽能熱的合理高效利用，實(shí)現(xiàn)了水的回收及循環(huán)利用，節(jié)省了資源。此系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于電力儲能領(lǐng)域，尤其是在太陽能豐富的地域。

需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換，例如：

在此處所提供的說明書中，說明了大量具體細(xì)節(jié)。然而，能夠理解，本發(fā)明的實(shí)施例可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐。在一些實(shí)例中，并未詳細(xì)示出公知的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以便不模糊對本說明書的理解。

類似地，應(yīng)當(dāng)理解，為了精簡本公開并幫助理解各個(gè)發(fā)明方面中的一個(gè)或多個(gè)，在上面對本發(fā)明的示例性實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的各個(gè)特征有時(shí)被一起分組到單個(gè)實(shí)施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應(yīng)將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護(hù)的本發(fā)明要求比在每個(gè)權(quán)利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說，如下面的權(quán)利要求書所反映的那樣，發(fā)明方面在于少于前面公開的單個(gè)實(shí)施例的所有特征。因此，遵循具體實(shí)施方式的權(quán)利要求書由此明確地并入該具體實(shí)施方式，其中每個(gè)權(quán)利要求本身都作為本發(fā)明的單獨(dú)實(shí)施例。

應(yīng)該注意的是上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行說明而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可設(shè)計(jì)出替換實(shí)施例。在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號之間的任何參考符號構(gòu)造成對權(quán)利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權(quán)利要求中的元件或步驟。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序，可將這些單詞解釋為名稱。

以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。