一種穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電方法及其系統(tǒng)，其技術(shù)方案是：在電網(wǎng)低谷負荷時，利用設置在儲氣室的蛇形盤管熱管換熱器和壓氣機出口的逆流氣液熱管換熱器，通過強制循環(huán)，梯級吸收壓氣蓄能過程的壓縮熱，并將吸收的熱量存儲在儲熱裝置；在電網(wǎng)高峰負荷時，釋放儲熱裝置的熱量，利用設置在透平機入口的放氣逆流氣液熱管換熱器和設置在儲氣室的蛇形盤管熱管換熱器，通過強制循環(huán)提高進入透平機的氣體溫度并吸收儲氣室膨脹冷，保持儲氣室溫度相對穩(wěn)定。本發(fā)明梯級吸收壓氣蓄能過程的壓縮熱和放氣發(fā)電過程產(chǎn)生的膨脹冷，既可使儲氣室內(nèi)空氣保持恒定溫度，提高系統(tǒng)整體運行效率，又可保證儲氣室安全，保障機組連續(xù)穩(wěn)定運行。
【專利說明】一種穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電方法及其系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電技術(shù)，特別是一種穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮空氣蓄能是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模蓄能方式，它具有動態(tài)響應快、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點。壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)在使用電力驅(qū)動壓氣機壓縮空氣并存入儲氣室的過程中，壓氣機出口空氣溫度以及儲氣室內(nèi)空氣溫度都將隨之提高。并且儲氣室內(nèi)空氣壓力上升越快，儲氣室內(nèi)的空氣溫度上升幅度也越大。反之，在儲氣室的放氣過程中，儲氣室壓力將隨著壓縮空氣的釋放而降低，隨著儲氣室壓力的降低，儲氣室內(nèi)空氣的溫度也會隨之降低，且儲氣室的溫度降低幅度與儲氣室壓力下降幅度直接相關(guān)。現(xiàn)有的壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，儲氣室與周圍環(huán)境的熱傳遞僅靠儲氣室壁面與環(huán)境之間的自然散熱，儲氣室內(nèi)空氣溫度變化幅度直接與儲氣室壓力變化率相關(guān)，其溫度并不受控，散熱不暢尤其是短時間快速的儲氣室壓力上升或下降，將導致儲氣室溫度快速上升或下降。儲氣室內(nèi)空氣溫度反復頻繁的升高與降低，會影響壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)的儲氣蓄能功耗和發(fā)電效率，如:儲氣室內(nèi)空氣溫度上升會增加儲氣蓄能的功耗，儲氣室內(nèi)空氣溫度降低將直接導致從儲氣室中放出的驅(qū)動透平工作的壓縮空氣溫度降低，從而降低了壓縮空氣的做功能力。此夕卜，儲氣室內(nèi)空氣溫度反復頻繁的身高與降低，還會對蓄能及放氣發(fā)電過程的穩(wěn)定性及儲氣室的安全運行產(chǎn)生重要影響，例如由于長時間的冷熱變化，儲氣室壁面材料疲勞老化，儲氣室壁面反復冷熱交變造成的疲勞損傷將影響儲氣室安全運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種旨在提高系統(tǒng)整體運行效率及儲氣室安全性能的能夠穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電方法及其系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電方法，在電網(wǎng)低谷負荷時電動機驅(qū)動壓氣機壓縮空氣并存儲于儲氣室，電網(wǎng)高峰負荷時儲氣室釋放空氣，高壓空氣膨脹對外做功，經(jīng)透平機發(fā)電，其特別之處是:電網(wǎng)低谷負荷時，利用設置在儲氣室的蛇形盤管熱管換熱器和壓氣機出口的逆流氣液熱管換熱器，通過強制循環(huán)，梯級吸收壓氣蓄能過程的壓縮熱，并將吸收的熱量存儲在儲熱裝置；在電網(wǎng)高峰負荷時，釋放儲熱裝置的熱量，利用設置在透平機入口的放氣逆流氣液熱管換熱器和設置在儲氣室的蛇形盤管熱管換熱器，通過強制循環(huán)提高進入透平機的氣體溫度并吸收儲氣室膨脹冷，并保持儲氣室溫度相對穩(wěn)定。
[0005]一種穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，它包括低壓壓氣機、高壓壓氣機、儲氣室和透平機，儲氣室進氣管路連通高壓壓氣機，儲氣室出氣管路連通透平機，特別之處是，所述儲氣室內(nèi)設有蛇形盤管熱管換熱器，儲氣室出氣管路處設有放氣逆流氣液熱管換熱器，所述系統(tǒng)還設有吸熱儲熱支路、放氣發(fā)電支路和放熱平衡支路，所述吸熱儲熱支路包括蓄水池、升壓泵、進口三向閥、蛇形盤管熱管換熱器、出口三向閥、儲熱裝置和將上述部件連接的管路；所述放氣發(fā)電支路包括儲氣室、放氣逆流氣液熱管換熱器、透平機、發(fā)電機和將上述部件依次連接的管路；所述放熱平衡支路包括儲熱裝置、循環(huán)泵、放氣逆流氣液熱管換熱器、進口三向閥、蛇形盤管熱管換熱器、出口三向閥、蓄水池和將上述部件依次連接的管路。
[0006]上述穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，所述吸熱儲熱支路還包括低壓逆流氣液熱管換熱器和高壓逆流氣液熱管換熱器，所述低壓逆流氣液熱管換熱器位于低壓壓氣機和高壓壓氣機之間，所述高壓逆流氣液熱管換熱器位于高壓壓氣機和儲氣室之間。
[0007]上述穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，所述蛇形盤管熱管換熱器由盤管和多個與盤管連接的盤管熱管構(gòu)成，盤管呈蛇形設置在儲氣室內(nèi)，盤管螺旋環(huán)繞在各盤管熱管的一端，各盤管熱管的另一端設有傘狀翅片。
[0008]上述穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，所述高壓逆流氣液熱管換熱器包括殼體，殼體內(nèi)并排設置熱管，由密封隔板將殼體分隔為空氣腔室和水腔室，各熱管兩側(cè)分別位于空氣腔室和水腔室內(nèi)，空氣腔室的兩端分別設有空氣進口和空氣出口，水腔室內(nèi)分別設有水進口和水出口，空氣進口和水出口位于殼體的一端，空氣出口和水進口位于殼體的
另一端。
[0009]上述穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，所述設置在高壓逆流氣液熱管換熱器內(nèi)的熱管兩端設有傘狀翅片。
[0010]上述穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，所述放氣逆流氣液熱管換熱器、低壓逆流氣液熱管換熱器與高壓逆流氣液熱管換熱器為相同結(jié)構(gòu)。
[0011]上述穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，所述儲熱裝置為保溫良好的耐壓熱水罐。
[0012]本發(fā)明利用逆流氣液熱管換熱器、蛇形盤管熱管換熱器，通過強制循環(huán)的方式，梯級吸收壓氣蓄能過程的壓縮熱和放氣發(fā)電過程產(chǎn)生的膨脹冷，其主要優(yōu)點如下:1、在壓縮空氣儲能系統(tǒng)充氣蓄能時，通過蛇形盤管熱管換熱器和逆流氣液熱管換熱器梯級回收熱量，并將吸收的熱量存儲在儲熱裝置；在壓縮空氣儲能系統(tǒng)放氣發(fā)電時，釋放儲熱裝置的熱量，通過放氣逆流氣液熱管換熱器提高進入透平的空氣溫度，通過蛇形盤管熱管換熱器吸收儲氣室內(nèi)的膨脹冷量，從而達到無論是充氣還是放氣過程都可以保證儲氣室內(nèi)空氣溫度相對穩(wěn)定，避免儲氣室壁面反復冷熱交變造成的疲勞損傷；2、壓縮熱梯級回收，考慮到壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)在充氣蓄能過程的特點及自然散熱等原因，利用升壓泵驅(qū)動水依次逐級流過蛇形盤管熱管換熱器、低壓逆流氣液熱管換熱器、高壓逆流氣液熱管換熱器，采用吸熱溫度由低到高的順序，逐級提高所儲熱水的溫度，梯級回收壓縮熱；3、壓縮熱充分回收利用于放氣發(fā)電過程，既提高了充氣蓄能及放氣發(fā)電過程的穩(wěn)定性，也提高了系統(tǒng)整體運行效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0014]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的示意圖；
圖2是蛇形盤管熱管換熱器示意圖； 圖3是高壓逆流氣液熱管換熱器示意圖。
[0015]圖中各標號清單為:1、電動機，2、低壓壓氣機，3、低壓逆流氣液熱管換熱器，4、高壓壓氣機，5、高壓逆流氣液熱管換熱器，5-1、殼體，5-2、熱管，5-3、密封隔板，5-4、空氣進口，5-5、空氣出口，5-6、水進口，5-7、水出口，6、儲氣室，7、透平機，8、發(fā)電機，9、儲熱裝置，
10、循環(huán)泵，11、蓄水池，12、升壓泵，13、蛇形盤管熱管換熱器，13-1、盤管，13_2、盤管熱管，13-2-1、傘狀翅片，13-3、連接件，14、放氣逆流氣液熱管換熱器，15、出口三向閥，16、進口三向閥。
【具體實施方式】
[0016]參看圖1，本發(fā)明的工作原理如下:在電網(wǎng)低谷負荷時期，壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)的低壓壓氣機2、高壓壓氣機4開始工作，壓縮空氣經(jīng)管道被連續(xù)充入儲氣室6，壓氣機出口空氣溫度以及儲氣室內(nèi)空氣溫度都將隨之提高。此時，升壓泵12開始工作，將水從蓄水池
11中抽出，經(jīng)進口三向閥16送入蛇形盤管熱管換熱器13中吸收儲氣室6內(nèi)的壓縮熱；吸熱后的熱水在壓力的作用下，經(jīng)出口三向閥15進入高壓逆流氣液熱管換熱器5、低壓逆流氣液熱管換熱器3中依次吸收壓氣機的級后及級間壓縮熱，經(jīng)過梯級回收的熱量送入儲熱裝置9中保溫儲存。在電網(wǎng)高峰負荷時期，壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)的儲氣室6開始放氣，膨脹氣體對外做功進入透平機7，驅(qū)動發(fā)電機8發(fā)電。儲氣室的放氣過程中，儲氣室壓力將隨著壓縮空氣的釋放而降低，儲氣室內(nèi)空氣的溫度也會隨之降低。此時儲熱裝置9的出口閥門打開，由循環(huán)泵10升壓后送入放氣逆流氣液熱管換熱器14放熱，加熱進入透平機的氣體，提高系統(tǒng)整體運行效率；由放氣逆流氣液熱管換熱器14流出的、還帶一部分余熱的水經(jīng)進口三向閥16進入蛇形盤管熱管換熱器13，吸收儲氣室內(nèi)的膨脹冷量，保持儲氣室溫度相對穩(wěn)定，最后經(jīng)出口三向閥15進入蓄水池11中保存。綜上所述，本發(fā)明利用逆流氣液熱管換熱器、蛇形盤管熱管換熱器，通過強制循環(huán)的方式，梯級吸收壓氣蓄能過程的壓縮熱和放氣發(fā)電過程產(chǎn)生的膨脹冷，既可使儲氣室內(nèi)空氣保持相對恒定的溫度，提高了系統(tǒng)整體運行效率，也可保證儲氣室安全，避免儲氣室壁面反復冷熱交變造成的疲勞損傷，保障機組連續(xù)安全穩(wěn)定的運行。
[0017]仍參看圖1，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)包括低壓壓氣機2、高壓壓氣機4、儲氣室6、透平機
7、低壓逆流氣液熱管換熱器3、高壓逆流氣液熱管換熱器5、放氣逆流氣液熱管換熱器14、吸熱儲熱支路、放氣發(fā)電支路和放熱平衡支路。儲氣室6的進氣管路連通高壓壓氣機，儲氣室的出氣管路連通透平機，儲氣室內(nèi)設有蛇形盤管熱管換熱器13。所述放氣逆流氣液熱管換熱器14設置在儲氣室的出氣管路處，所述低壓逆流氣液熱管換熱器3位于低壓壓氣機2和高壓壓氣機5之間，所述高壓逆流氣液熱管換熱器位于高壓壓氣機和儲氣室6之間。
[0018]仍參看圖1、所述吸熱儲熱支路用于系統(tǒng)壓縮空氣蓄能階段梯級回收熱量。吸熱儲熱支路由蓄水池11、升壓泵12、進口三向閥16、蛇形盤管熱管換熱器13、出口三向閥15、高壓逆流氣液熱管換熱器5、低壓逆流氣液熱管換熱器3、儲熱裝置9和相應管路依次連接構(gòu)成。吸熱儲熱支路的工作過程如下:升壓泵12開始工作，將水從蓄水池11中抽出，經(jīng)進口三向閥16送入蛇形盤管熱管換熱器13中吸收儲氣室6內(nèi)的壓縮熱，吸熱后的熱水在壓力的作用下，經(jīng)出口三向閥15進入高壓逆流氣液熱管換熱器5、低壓逆流氣液熱管換熱器3中吸收壓氣機的級間及級后壓縮熱，最后送入儲熱裝置9中保溫儲存。[0019]仍參看圖1、所述放熱平衡支路用于系統(tǒng)放氣發(fā)電階段提高進入透平機的氣體溫度并平衡儲氣室溫度。放熱平衡支路由依次經(jīng)相應的管路連接的儲熱裝置9、循環(huán)泵10、放氣逆流氣液熱管換熱器14、進口三向閥16、蛇形盤管熱管換熱器13、出口三向閥15和蓄水池11。放熱平衡支路的工作過程如下:儲熱裝置9的出口閥門打開，由循環(huán)泵10升壓后送入放氣逆流氣液熱管換熱器14放熱，放熱后還帶一部分余熱的水經(jīng)進口三向閥16進入蛇形盤管熱管換熱器13，吸收儲氣室內(nèi)的膨脹冷量，最后經(jīng)出口三向閥15進入蓄水池11中保存。
[0020]仍參看圖1、所述放氣發(fā)電支路用于提高進入透平機氣體的溫度。放氣發(fā)電支路由依次經(jīng)相應的管路連接的儲氣室6、放氣逆流氣液熱管換熱器14、透平機7、發(fā)電機8。放氣發(fā)電支路的工作過程如下:在電網(wǎng)高峰負荷時期，壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)的儲氣室6開始放氣，空氣經(jīng)放氣逆流氣液熱管換熱器14吸熱后，再進入透平機7驅(qū)動發(fā)電機8發(fā)電。
[0021]參看圖1、圖2，本發(fā)明設置在儲氣室內(nèi)的蛇形盤管熱管換熱器13用于吸收壓氣蓄能過程產(chǎn)生的壓縮熱和放氣發(fā)電過程產(chǎn)生的膨脹冷。蛇形盤管熱管換熱器13由盤管13-1和多個與盤管連接的盤管熱管13-2構(gòu)成，盤管的整體走向呈蛇形設置在儲氣室內(nèi)，盤管螺旋環(huán)繞在各盤管熱管的一端，各盤管熱管的另一端設有傘狀翅片13-2-1。系統(tǒng)壓縮空氣蓄能階段，盤管熱管吸收儲氣室的熱量，加熱盤管中由蓄水池泵入的水；系統(tǒng)放氣發(fā)電階段，盤管內(nèi)流動的由儲熱裝置泵入的熱水經(jīng)盤管熱管放熱，吸收儲氣室內(nèi)的膨脹冷，保持儲氣室內(nèi)的溫度相對穩(wěn)定。盤管螺旋環(huán)繞在盤管熱管一端的結(jié)構(gòu)，有利于提高熱管的工作效率。為保證盤管熱管的位置穩(wěn)定牢靠，各盤管熱管可采用連接件13-3固定連接。
[0022]本發(fā)明所述高壓逆流氣液熱管換熱器5、放氣逆流氣液熱管換熱器14、低壓逆流氣液熱管換熱器3作為空氣和水的熱交換器，可顯著提高換熱效率。其中，低壓逆流氣液熱管換熱器3、高壓逆流氣液熱管換熱器5熱流體為空氣，冷流體為水；放氣逆流氣液熱管換熱器14的熱流體為水，冷流體為空氣。參看圖3，高壓逆流氣液熱管換熱器5的構(gòu)成包括殼體5-1,殼體內(nèi)并排設置熱管5-2,熱管5-2的兩端設有傘狀翅片。由密封隔板5-3將殼體分隔為空氣腔室和水腔室，各熱管兩側(cè)分別位于空氣腔室和水腔室內(nèi)，空氣腔室的兩端分別設有空氣進口 5-4和空氣出口 5-5，水腔室內(nèi)分別設有水進口 5-6和水出口 5-7，空氣進口和水出口位于殼體的一端，空氣出口和水進口位于殼體的另一端。在換熱過程中，熱的空氣依次通過并列布置的熱管的吸熱端，空氣溫度逐漸降低，至空氣出口 5-5時，空氣溫度已降至較低的溫度。冷的吸熱工質(zhì)水逆向進入逆流氣液熱管換熱器，依次通過列布置的熱管的放熱端，水的溫度逐漸升高。冷熱流體均逐級換熱，有效降低了換熱溫差，提高了換熱效率，吸收了壓氣機的壓縮熱。放氣逆流氣液熱管換熱器14、低壓逆流氣液熱管換熱器3與高壓逆流氣液熱管換熱器5的結(jié)構(gòu)相同，此處不做贅述。
[0023]本發(fā)明所述儲熱裝置9為保溫良好的耐壓熱水罐。
【權(quán)利要求】
1.一種穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電方法，在電網(wǎng)低谷負荷時電動機驅(qū)動壓氣機壓縮空氣并存儲于儲氣室，電網(wǎng)高峰負荷時儲氣室釋放高壓空氣，高壓空氣膨脹對外做功，經(jīng)透平機發(fā)電，其特征在于:電網(wǎng)低谷負荷時，利用設置在儲氣室的蛇形盤管熱管換熱器和壓氣機出口的逆流氣液熱管換熱器，通過強制循環(huán)，梯級吸收壓氣蓄能過程的壓縮熱，并將吸收的熱量存儲在儲熱裝置；在電網(wǎng)高峰負荷時，釋放儲熱裝置的熱量，利用設置在透平機入口的放氣逆流氣液熱管換熱器和設置在儲氣室的蛇形盤管熱管換熱器，通過強制循環(huán)提高進入透平機的氣體溫度并吸收儲氣室膨脹冷，并保持儲氣室溫度相對穩(wěn)定。
2.一種穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，它包括低壓壓氣機(2)、高壓壓氣機(4)、儲氣室(6)和透平機(7)，儲氣室進氣管路連通高壓壓氣機，儲氣室出氣管路連通透平機，其特征在于，所述儲氣室內(nèi)設有蛇形盤管熱管換熱器(13)，儲氣室出氣管路處設有放氣逆流氣液熱管換熱器(14)，所述系統(tǒng)還設有吸熱儲熱支路、放氣發(fā)電支路和放熱平衡支路，所述吸熱儲熱支路包括蓄水池(11)、升壓泵(12)、進口三向閥(16)、蛇形盤管熱管換熱器(13 )、出口三向閥(15 )、儲熱裝置(9 )和將上述部件連接的管路；所述放氣發(fā)電支路包括儲氣室(6)、放氣逆流氣液熱管換熱器(14)、透平機(7)、發(fā)電機(8)和將上述部件依次連接的管路；所述放熱平衡支路包括儲熱裝置(9)、循環(huán)泵(10)、放氣逆流氣液熱管換熱器(14)、進口三向閥(16)、蛇形盤管熱管換熱器(13)、出口三向閥(15)、蓄水池(11)和將上述部件依次連接的管路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述吸熱儲熱支路還包括低壓逆流氣液熱管換熱器(3)和高壓逆流氣液熱管換熱器(5)，所述低壓逆流氣液熱管換熱器位于低壓壓氣機(2)和高壓壓氣機(4)之間，所述高壓逆流氣液熱管換熱器位于高壓壓氣機和儲氣室(6)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述蛇形盤管熱管換熱器(13)由盤管(13-1)和多個與盤管連接的盤管熱管(13-2)構(gòu)成，盤管呈蛇形設置在儲氣室內(nèi)，盤管螺旋環(huán)繞在各盤管熱管的一端，各盤管熱管的另一端設有傘狀翅片(13-2-1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓逆流氣液熱管換熱器包括殼體(5-1)，殼體內(nèi)并排設置熱管(5-2)，由密封隔板(5-3)將殼體分隔為空氣腔室和水腔室，各熱管兩側(cè)分別位于空氣腔室和水腔室內(nèi)，空氣腔室的兩端分別設有空氣進口(5-4)和空氣出口(5-5)，水腔室內(nèi)分別設有水進口(5-6)和水出口(5-7 )，空氣進口和水出口位于殼體的一端，空氣出口和水進口位于殼體的另一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述設置在高壓逆流氣液熱管換熱器內(nèi)的熱管(5-2)兩端設有傘狀翅片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述放氣逆流氣液熱管換熱器(14)、低壓逆流氣液熱管換熱器(3)與高壓逆流氣液熱管換熱器(5)為相同結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的穩(wěn)定運行的絕熱壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述儲熱裝置(9)為保溫良好的耐壓熱水罐。
【文檔編號】F04B35/04GK103775207SQ201410042116
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】冉鵬, 王亞瑟 申請人:華北電力大學（保定）