專利名稱：超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量儲存技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于超超臨界過程的大規(guī)模空氣儲能/釋能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電カ儲能技術(shù)是目前調(diào)整電網(wǎng)峰谷、改善電カ系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性的重要手段，是制約不穩(wěn)定、間歇式的可再生能源大規(guī)模利用的最重要瓶頸之一，也是分布式能源和智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技木。目前已有電カ儲能技術(shù)包括抽水蓄能電站、壓縮空氣、蓄電池、超導(dǎo)磁能、飛輪和電容等。但由于容量、儲能周期、能量密度、充放電效率、壽命、運行費用、環(huán)保等原因，目前已在大型商業(yè)系統(tǒng)中運行的只有抽水電站和壓縮空氣兩種。傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)開發(fā)的一種儲能系統(tǒng)。在用電低谷， 將空氣壓縮并存于儲氣室中，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?xì)廨啓C(jī)燃燒室同燃料一起燃燒，然后驅(qū)動透平發(fā)電。壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有儲能容量較大、儲能周期長、效率高(50% 70%)和単位投資相對較小等優(yōu)點，但是，傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)不是ー項獨立的技木，它必須同燃?xì)廨啓C(jī)電站配套使用，不能適合其他類型，如燃煤電站、核電站、風(fēng)能和太陽能等電站，特別不適合我國以燃煤發(fā)電為主，不提倡燃?xì)馊加桶l(fā)電的能源戰(zhàn)略。而且，壓縮空氣儲能系統(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格上漲的威脅，另一方面其燃燒仍然產(chǎn)生氮化物、硫化物和ニ氧化碳等污染物，不符合緑色(零排放)、可再生的能源發(fā)展要求。更為致命的是，由于儲能密度低，壓縮空氣儲能系統(tǒng)也需要特定的地理條件建造大型儲氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，從而大大限制了壓縮空氣儲能系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。為解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)面臨的主要問題，特別是對燃?xì)廨啓C(jī)的依賴問題，最近幾年國內(nèi)外學(xué)者分別開展了地面壓縮空氣儲能系統(tǒng)(SVCAES)、帶回?zé)岬膲嚎s空氣儲能系統(tǒng)(AACAES)、空氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)壓縮空氣儲能系統(tǒng)(CASH)等，使壓縮空氣儲能系統(tǒng)基本可以脫離化石燃料燃燒熱源。但由于不采用化石燃料熱源，壓縮空氣儲能系統(tǒng)的能量密度更低，更加凸顯了對大型儲氣室依賴，同時效率也不夠高，必須找到合理的解決辦法，才能使空氣儲能系統(tǒng)得到更廣泛而又有效地利用。近年來，國內(nèi)外學(xué)者發(fā)展了超臨界空氣儲能系統(tǒng)，它利用空氣的超臨界條件下的性質(zhì)，解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲能存在的主要技術(shù)瓶頸。但是超臨界空氣儲能系統(tǒng)仍然存在エ作壓カ不高、儲存容器體積大占地多的問題，而且超臨界空氣通過節(jié)流閥液化的不可逆損失較大，系統(tǒng)流程不夠合理，能量利用不充分，導(dǎo)致系統(tǒng)效率較低(大約只有65%左右)。本發(fā)明提出ー種超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，進(jìn)ー步提升超臨界空氣儲能系統(tǒng)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，它是新型空氣儲能系統(tǒng)，利用超超臨界狀態(tài)下空氣的性質(zhì)和系統(tǒng)流程創(chuàng)新，提升超臨界空氣儲能系統(tǒng)性能，適合于各種類型電站和電網(wǎng)儲能的配套使用。在超超臨界條件下，空氣密度可以達(dá)到正常氣態(tài)的820倍以上，顯著減少儲罐體積。使用膨脹機(jī)或膨脹機(jī)與節(jié)流閥的組合后，可以有效利用氣體的壓カ能，實現(xiàn)高品位能量的綜合梯級利用，同時有利于提高系統(tǒng)液化率，減少外界的冷量補充量，從而明顯提高系統(tǒng)效率。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)包括壓縮機(jī)組、蓄熱/換熱器、蓄冷/換熱器、膨脹機(jī)、低溫儲罐、閥門、低溫泵、渦輪機(jī)組、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動單元及多根管線。它與超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)的顯著區(qū)別在于參數(shù)更高，，同時用膨脹機(jī)或膨脹機(jī)和節(jié)流閥的組合代替節(jié)流閥，使系統(tǒng)的能量密度和效率得到大幅提升。本發(fā)明的壓縮機(jī)組包括至少兩臺低壓壓縮機(jī)、至少一臺高壓壓縮機(jī)，相互串聯(lián)或集成為整體多級壓縮機(jī)，每一臺低壓壓縮機(jī)入口接空氣源，壓縮系統(tǒng)串聯(lián)至少一臺膨脹機(jī)以降低氣體溫度，提高系統(tǒng)效率，膨脹機(jī)的出口接入節(jié)流閥稍微降溫即可實現(xiàn)液化，膨脹機(jī) 可以是活塞式、離心式、軸流式和組合式，膨脹機(jī)的類型和臺數(shù)視系統(tǒng)參數(shù)而定；膨脹機(jī)和壓縮機(jī)可以設(shè)計成同軸組合，也可以通過變速箱連接提供壓縮動力，從而提高系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)性。系統(tǒng)布置如下低壓壓縮機(jī)經(jīng)管線、高壓壓縮機(jī)經(jīng)管線分別與蓄熱/換熱器相連；存儲壓縮熱后的高壓空氣經(jīng)過管線進(jìn)入蓄冷換熱器降溫后進(jìn)入膨脹機(jī)進(jìn)一歩降溫降壓液化后經(jīng)過管線進(jìn)入低溫儲罐，在管線中設(shè)有閥門、至少一臺低溫泵，閥門位于低溫泵上游；蓄冷/換熱器底端設(shè)有排渣管線與排氣管線；蓄熱/換熱器經(jīng)管線分別與高壓渦輪、低壓渦輪相通連。其工作流程為儲能時，利用驅(qū)動單元驅(qū)動組合式壓縮機(jī)組，將一定量的空氣壓縮至超超臨界狀態(tài)，每級的壓縮熱被回收并存儲在蓄熱/換熱器中；然后一定參數(shù)的超超臨界空氣進(jìn)入蓄冷/換熱器中冷卻，再經(jīng)過膨脹機(jī)組膨脹降溫降壓轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)空氣進(jìn)入低溫儲罐存儲，部分未液化的空氣通過管線進(jìn)入蓄冷換熱器后排出；釋能時，低溫泵對液態(tài)空氣加壓到超超臨界壓力，高壓液態(tài)空氣在蓄冷/換熱器中升溫至超超臨界狀態(tài)并回收冷能，在蓄熱/換熱器中吸收壓縮熱使超超臨界空氣進(jìn)一歩升溫，然后進(jìn)入高壓渦輪機(jī)與低壓渦輪機(jī)組成的渦輪機(jī)組膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其所述驅(qū)動単元，是以電網(wǎng)或常規(guī)電站低谷電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、水電或潮汐發(fā)電其中的一種或多種為電源帶動的電機(jī)。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其儲能過程在電カ低谷、可再生能源限電或電能質(zhì)量不符合上網(wǎng)要求時啟用；釋能過程在用電高峰、電カ事故、可再生能源發(fā)電大幅波動時啟用。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其壓縮流程包括至少一臺膨脹機(jī)，用于使壓縮空氣降溫降壓便于液化并回收膨脹功，提高系統(tǒng)效率。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其所述蓄熱/換熱器還設(shè)有管線，該管線與外界熱源相通連，外界熱源可以是太陽能集熱器、エ業(yè)余熱和各類廢熱。所述余熱、廢熱，為電廠、水泥行業(yè)、鋼鐵冶金行業(yè)、化工行業(yè)的余熱、廢熱；余熱、廢熱可儲存在蓄熱/換熱器中，也可以存儲在專用的蓄熱/換熱器中。
所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其空氣壓縮、冷卻過程中還包括空氣凈化與純化，除去空氣中的固體物及雜質(zhì)氣體；空氣凈化與純化設(shè)備集成在壓縮機(jī)組及蓄冷/換熱器中，不單獨表示。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其所述壓縮機(jī)組；當(dāng)為多臺壓縮機(jī)時，多臺壓縮機(jī)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)動軸動連接；各級壓縮機(jī)的排氣均經(jīng)過蓄熱/換熱器冷卻降溫。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其所述渦輪機(jī)組，總膨脹比在50 420之間，末級渦輪機(jī)排氣接近常壓；當(dāng)為多臺渦輪機(jī)時，多臺渦輪機(jī)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)動軸動連接；各級渦輪機(jī)的進(jìn)氣均先經(jīng)過蓄熱/換熱器加熱升溫。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其所述壓縮機(jī)可以是活塞式、離心式、軸流式、螺桿式或組合式；其所述膨脹機(jī)和渦輪機(jī)，可以是活塞式、軸流式、向心式、螺桿式或混 合式。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其所述在多臺壓縮機(jī)、多臺膨脹機(jī)/渦輪機(jī)時，多臺壓縮機(jī)、多臺膨脹機(jī)/渦輪機(jī)分布在一根驅(qū)動軸或多根驅(qū)動軸上，通過變速箱連接。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其工作空氣的流量不受壓縮空氣流量的限制。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其所述蓄熱/換熱器的蓄熱形式是顯熱、潛熱或化學(xué)反應(yīng)熱中的ー種或幾種；采用的蓄熱介質(zhì)是水、石蠟、生物質(zhì)油、無機(jī)類結(jié)晶水合鹽、熔融鹽、金屬及其合金、有機(jī)類脂肪酸、石頭、巖石或混凝土，蓄熱介質(zhì)儲存在絕熱容器中；其中，蓄熱/換熱器，儲能吋，回收并儲存壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮熱，釋能吋，加熱進(jìn)各級膨脹機(jī)前的壓縮空氣；釋能時還可經(jīng)管線輸進(jìn)余熱、廢熱為蓄熱/換熱器補充熱量。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其所述蓄冷/換熱器，將超超臨界空氣冷卻至81K-150K (K為開氏溫度単位)，是顯熱蓄冷或固液相變蓄冷中的一種或組合；采用的顯熱蓄冷介質(zhì)，是密封冰球、沙石子、混凝土、鋁帶盤或其它金屬物質(zhì)中的ー種或幾種；固液相變蓄冷介質(zhì)，是固液相變溫度在81K 273K之間的氨及其水溶液、鹽類水溶液、烷烴類、烯烴類物質(zhì)及其化合物，醇類及其水溶液中的ー種或幾種，蓄冷介質(zhì)存儲在絕熱容器中；超超臨界空氣或液態(tài)空氣在蓄冷/換熱器中與蓄冷介質(zhì)直接接觸換熱或非直接接觸換熱；儲能時，蓄冷/換熱器對超超臨界空氣進(jìn)行進(jìn)ー步冷卻便于液化，釋能吋，蓄冷/換熱器回收并儲存高壓液態(tài)空氣升溫過程中的冷量。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其所述蓄冷/換熱器，在低溫冷量不足吋，加裝有節(jié)流裝置使得接近液化點的空氣稍微降溫降壓后即可液化進(jìn)入儲罐。節(jié)流裝置也有可能被取消。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其所述低溫儲罐，為杜瓦儲罐或低溫儲槽，液態(tài)空氣在常壓或帶壓カ狀況下儲存。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其所述低溫泵，為往復(fù)式，離心式或混合式，將液態(tài)空氣增壓至5. OMPa 42MPa ;當(dāng)多臺時，是多級串聯(lián)或并聯(lián)。
所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其儲能吋，通過控制第一級壓縮機(jī)進(jìn)氣量來調(diào)節(jié)儲能能力。所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其所述控制第一級壓縮機(jī)進(jìn)氣量，是通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)負(fù)載、閥門開度、驅(qū)動轉(zhuǎn)速、開停部分壓縮機(jī)或調(diào)節(jié)壓比來實現(xiàn)進(jìn)氣量的控制。其釋能時，通過控制液態(tài)空氣氣化量來調(diào)節(jié)發(fā)電能力。本發(fā)明的優(yōu)點在于儲能效率比超臨界空氣系統(tǒng)提高4 7個百分點、儲能密度比超臨界空氣系統(tǒng)提高30%以上。同時儲能周期不受限制、適用于各種類型電站、對環(huán)境友好、可回收廢熱，不需要大的儲存裝置，提高了土地和資源使用效率，具有廣闊的使用前景。


圖I為本發(fā)明的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)實施例I結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)實施例2結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進(jìn)一歩詳細(xì)說明。本發(fā)明的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，采用電站低谷(低價)電能將空氣壓縮至超超臨界狀態(tài)(同時存儲壓縮熱)，然后利用膨脹機(jī)使空氣降溫降壓同時回收膨脹功提高效率，并利用已存儲的冷能將壓縮空氣冷卻、液化并存儲(儲能)；在用電高峰，液態(tài)空氣加壓吸熱至超超臨界狀態(tài)(同時液態(tài)空氣中的冷能被回收存儲)，并進(jìn)一歩吸收存儲的壓縮熱后通過渦輪機(jī)組驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電(釋能)，在此過程中一些エ業(yè)廢熱可以被回收以提高系統(tǒng)效率。本發(fā)明提出的超超臨界空氣儲能系統(tǒng)具有儲能效率高的突出優(yōu)點，由于采用優(yōu)化流程和更高參數(shù)，系統(tǒng)效率可比超臨界空氣儲能系統(tǒng)更高，初歩估算可達(dá)70%以上，儲能密度提高約30% 50%、儲能周期不受限制、儲存裝置大幅減小、適用各種類型電站、對環(huán)境友好、可回收各種エ業(yè)廢熱等優(yōu)點。實施例圖I為本發(fā)明的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)實施例I。包括低壓壓縮機(jī)1、3，蓄熱/換熱器2，高壓壓縮機(jī)35、38，膨脹機(jī)40 (至少ー級)、蓄冷/換熱器4，低溫儲罐6，閥門7，低溫泵8，高壓渦輪9、10，低壓渦輪43、46，發(fā)電機(jī)11，驅(qū)動電機(jī)12，管線13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、30、31、34、36、37、39、41、42、44、45 等，及空氣 A。驅(qū)動電機(jī)12與壓縮機(jī)1、3、35、38的共有傳動軸固接，發(fā)電機(jī)11與渦輪機(jī)9、10、43、46的共有傳動軸固接。低壓壓縮機(jī)1、3經(jīng)管線13、14、15，高壓壓縮機(jī)35、38經(jīng)管線34、36、37、39分別與蓄熱/換熱器2相連。低壓壓縮機(jī)I入口接空氣A。經(jīng)過蓄熱/換熱器的超超臨界空氣經(jīng)管線16通過蓄冷換熱器4冷卻，再經(jīng)過膨脹機(jī)40做功并降溫降壓后液化。蓄熱/換熱器2、蓄冷/換熱器4、低溫儲罐6經(jīng)管線16、30、31、18、19順序相連。在管線31中設(shè)有閥門7、低溫泵8，閥門7位于低溫泵8上游。蓄熱/換熱器2經(jīng)管線20、21、22分別與高壓渦輪9、10相連，經(jīng)過41、42、44、45分別與低壓渦輪43、46相連。低壓渦輪46的氣體出口通大氣。蓄熱/換熱器2經(jīng)管線23與外界熱源相通連。蓄冷/換熱器4底端設(shè)有排渣管線24。
儲能時，低谷(低價)電能驅(qū)動電機(jī)12帶動壓縮機(jī)組，浄化后的空氣A進(jìn)入壓縮機(jī)組進(jìn)行逐級壓縮、通過蓄熱/換熱器2與蓄熱介質(zhì)換熱存儲壓縮熱，實現(xiàn)中間冷卻，直至進(jìn)入高壓壓縮機(jī)38被壓縮至超超臨界狀態(tài)，經(jīng)管線39將超超臨界空氣再輸送到蓄熱/換熱器2存儲壓縮熱，冷卻至一定溫度的超超臨界空氣進(jìn)入蓄冷/換熱器4被蓄冷介質(zhì)進(jìn)一歩冷卻至較低溫度，進(jìn)入低溫膨脹機(jī)40 (至少ー級)膨脹做功，降溫降壓后液化，液態(tài)空氣經(jīng)管線30儲存在低溫儲罐6中。釋能吋，打開閥門7，低溫泵8將來自低溫儲罐6的液態(tài)空氣增壓到超超臨界壓力后，由管線18輸送至蓄冷/換熱器4與蓄冷介質(zhì)換熱并氣化，同時回收冷量，出蓄冷/換熱器4的超超臨界空氣再經(jīng)由管線19進(jìn)入蓄熱/換熱器2進(jìn)ー步升溫，溫度升高后的超超臨界空氣通過管線注入高壓渦輪機(jī)組膨脹做功，渦輪出口空氣繼續(xù)進(jìn)入蓄熱/換熱器2吸熱升溫進(jìn)入下一級渦輪膨脹做功，直至經(jīng)過末級渦輪做功完畢，乏氣排向大氣。渦輪機(jī)組帶動發(fā)電機(jī)11發(fā)電。一般情況下，儲能與釋能過程不同時運行。儲能時，壓縮機(jī)組和膨脹機(jī)工作，渦輪 發(fā)電機(jī)組、低溫泵8關(guān)停，閥門7關(guān)閉，蓄熱/換熱器2回收、儲存壓縮熱，同時冷卻工作氣體，蓄冷/換熱器4釋放冷量，將超超臨界空氣冷卻至低溫。釋能時則相反，壓縮機(jī)組和膨脹機(jī)關(guān)停，渦輪機(jī)組、低溫泵8工作，閥門7開啟，蓄冷/換熱器4回收、儲存冷量，同時高壓液態(tài)空氣升溫至超超臨界狀態(tài)，蓄熱/換熱器2則釋放壓縮熱，進(jìn)ー步提升超超臨界空氣溫度。另外，太陽能、余熱、廢熱等外界熱量則可以隨時經(jīng)由管線23進(jìn)入蓄熱/換熱器2進(jìn)行儲存，也可以存儲在ー個獨立的蓄熱/換熱器中(圖中未畫出);超超臨界空氣進(jìn)入蓄冷/換熱器4冷卻，這ー過程中分離出的雜質(zhì)和污染物可通過管線24排出。圖2為本發(fā)明的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)實施例2。其結(jié)構(gòu)同實施例I基本相同，但在低溫膨脹機(jī)后増加節(jié)流閥48。經(jīng)過蓄冷換熱器4冷卻后的超超臨界空氣，在膨脹機(jī)40做功并降溫降壓后進(jìn)入經(jīng)過節(jié)流閥48進(jìn)ー步液化。其他工作流程同實施例I類似。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(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)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)組(1、3、35、38)、蓄熱/換熱器(2)、蓄冷/換熱器(4)、低溫儲罐(6)、閥門(7)、低溫泵(8)、渦輪機(jī)組(9、10、43、46)、發(fā)電機(jī)(11)、驅(qū)動單元(12)，其特征在于 所述系統(tǒng)還包括膨脹機(jī)組(40)，所述壓縮機(jī)組(1、3、35、38)將空氣壓縮至超超臨界狀態(tài)后，通過所述膨脹機(jī)組(40)或膨脹機(jī)組(40)和節(jié)流閥(48)的組合將超超臨界空氣降溫降壓至液態(tài)，液態(tài)空氣儲存至所述低溫儲罐(6 )中；所述膨脹機(jī)組(40 )與壓縮機(jī)組(I、3、35,38)中的至少一臺壓縮機(jī)直接同軸組合，或通過變速箱連接提供動カ； 所述系統(tǒng)包括儲能子系統(tǒng)和釋能子系統(tǒng)所述儲能子系統(tǒng)中，所述驅(qū)動単元(12)、壓縮機(jī)組(1、3、35、38)、蓄熱/換熱器(2)、蓄冷/換熱器(4)、膨脹機(jī)組(40)、低溫儲罐(6)經(jīng)一管線組(13、14、15、34、36、37、39、16、30)依次順序聯(lián)通；所述釋能子系統(tǒng)中，所述低溫儲罐(6)、閥門(7)、低溫泵(8)、蓄冷/換熱器(4)、蓄熱/換熱器(2)、渦輪機(jī)組(9、10、43、46)、發(fā)電機(jī)(11)經(jīng)另一管線組(31、18、19、20、21、22、41、42、44、45)依次順序聯(lián)通； 所述壓縮機(jī)組(1、3、35、38)包括至少一臺低壓壓縮機(jī)(I)、至少一臺高壓壓縮機(jī)(35)，相互串聯(lián)或集成為整體多級壓縮機(jī)組，其中第一級壓縮機(jī)(I)的進(jìn)氣ロ接空氣源，且各級壓縮機(jī)中，上一級壓縮機(jī)的出氣ロ經(jīng)管線穿過所述蓄熱/換熱器(2)后與下一級壓縮機(jī)的進(jìn)氣ロ相連，最后一級高壓壓縮機(jī)(38)的出氣ロ經(jīng)管線(39、16)穿過所述蓄熱/換熱器(2)和蓄冷/換熱器(4)后與所述膨脹機(jī)組(40)的進(jìn)氣ロ聯(lián)通； 所述渦輪機(jī)組(9、10、43、46)包括至少一臺低壓渦輪機(jī)(46)、至少一臺高壓渦輪機(jī)(10)，相互串聯(lián)或集成為整體多級渦輪機(jī)組，所述低溫儲罐(6)中的液態(tài)空氣經(jīng)管線依次通過閥門(7)、低溫泵(8)、蓄冷/換熱器(4)、蓄熱/換熱器(2)轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài)的空氣后通入第一級中，各級渦輪機(jī)中，上一級渦輪機(jī)的出氣ロ經(jīng)管線穿過所述蓄熱/換熱器(2)后依次與下一級渦輪機(jī)的進(jìn)氣ロ相連通，最后ー級低壓渦輪機(jī)(46)的出氣ロ通大氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動単元(12)與壓縮機(jī)組(I、3、35、38)的傳動軸固接；所述膨脹機(jī)組(40 )可通過變速箱直接驅(qū)動所述壓縮機(jī)組(1、3、35、38)或通過另ー發(fā)電機(jī)并網(wǎng)；所述發(fā)電機(jī)(11)與渦輪機(jī)組(9、10、43、46)的傳動軸固接。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述低溫儲罐(6)為杜瓦儲罐或低溫儲槽，液態(tài)空氣在常壓或帶一定壓カ狀況下儲存。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述蓄熱/換熱器(2)為絕熱保溫容器，蓄熱介質(zhì)儲存在容器中，超超臨界空氣在其中與蓄熱介質(zhì)直接接觸換熱或非直接接觸換熱，蓄熱方式為顯熱、潛熱蓄熱中的一種或組合；儲能時，蓄熱/換熱器(2)回收并儲存壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮熱，釋能時，加熱進(jìn)各級渦輪機(jī)前的壓縮空氣。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述蓄冷/換熱器(4)為絕熱保溫容器，蓄冷介質(zhì)存儲在容器中，超超臨界空氣或液態(tài)空氣在其中與蓄冷介質(zhì)直接接觸換熱或非直接接觸換熱，其蓄冷形式是顯熱蓄冷或固液相變蓄冷中的ー種或組合；儲能時，蓄冷/換熱器(4)將超臨界空氣冷卻至81K-150K，釋能吋，回收并儲存高壓液態(tài)空氣升溫過程中釋放的冷量；蓄冷/換熱器(4)底端設(shè)有排渣管線(24)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其特征在干，其工作流程為儲能時，利用驅(qū)動單元(12)驅(qū)動壓縮機(jī)組(1、3、35、38)，將一定量的空氣壓縮至超超臨界狀態(tài)，壓縮熱被回收并存儲在蓄熱/換熱器(2)中；超超臨界空氣進(jìn)入蓄冷/換熱器(4)中冷卻后再進(jìn)入膨脹機(jī)組(40)降溫降壓并回收膨脹功，低溫壓縮空氣通過膨脹機(jī)組(40)或膨脹機(jī)組(40 )和節(jié)流閥(48 )的組合后完全或絕大部分液化，液態(tài)空氣進(jìn)入低溫儲罐(6 )存儲；釋能時，低溫泵(8)對液態(tài)空氣加壓至超超臨界壓力，高壓液態(tài)空氣在蓄冷/換熱器(4)中升溫至超超臨界狀態(tài)并回收冷能，在蓄熱/換熱器(2)中吸收壓縮熱將超超臨界空氣進(jìn)ー步升溫，然后進(jìn)入渦輪機(jī)組(9、10、43、46)膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)(11)發(fā)電。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述膨脹機(jī)組(40)包括至少一臺膨脹機(jī)，用于使壓縮空氣降溫降壓便于液化并回收膨脹功，提高系統(tǒng)效率。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述壓縮機(jī)組(1、3、35、38)為多臺壓縮機(jī)時，多臺壓縮機(jī)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)動軸動連接；各級壓縮機(jī)的排氣均經(jīng)過蓄熱/換熱器(2)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述渦輪機(jī)組(9、10、43、46)，末級渦輪機(jī)排氣接近常壓；當(dāng)為多臺渦輪機(jī)時，多臺渦輪機(jī)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)動軸動連接；各級渦輪機(jī)的進(jìn)氣均先經(jīng)過蓄熱/換熱器(2)加熱升溫。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述低溫泵為往復(fù)式、離心式或混合式，將液態(tài)空氣增壓至5. OMPa 42MPa ;當(dāng)多臺時，是多級串聯(lián)或并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，是新型大規(guī)模儲能系統(tǒng)，它涉及能量儲存技術(shù)，即采用電站低谷電將空氣壓縮至超超臨界狀態(tài)，同時存儲壓縮熱，利用膨脹機(jī)使空氣降溫同時回收膨脹功提高效率，并利用已存儲的冷能將超超臨界空氣冷卻、液化并存儲；在用電高峰，液態(tài)空氣經(jīng)過加壓、吸熱至超超臨界狀態(tài)，并在進(jìn)一步吸收壓縮熱后通過渦輪驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。本發(fā)明的系統(tǒng)具有能量密度高、效率高、不受儲能周期和地理條件限制、適用于各種電站、對環(huán)境友好、可回收中低溫廢熱等優(yōu)點。
文檔編號F02C6/16GK102758689SQ20121026653
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月29日
發(fā)明者劉金超, 盛勇, 許劍, 譚春青, 陳海生 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所