一种压缩空气储能系统的水罐保压装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及压缩空气储能技术领域，特别是涉及一种压缩空气储能系统的水罐保压装置及其工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

压缩空气储能技术是一种空气压缩过程和膨胀过程分时进行的发电技术。系统储能时，电能通过电动机驱动空气压缩机生产高温高压空气，通过换热器换热后，降温后的压缩空气进入储气系统存储，压缩热能则进入蓄热系统中存储；系统释能(发电)时，储气系统释放存储的压缩空气，经换热器吸收蓄热系统存储的压缩热能后，进入空气膨胀机中做功膨胀，并带动发电机输出电力。

目前压缩空气储能系统主要有先进绝热压缩空气储能系统、液化空气储能系统和超临界压缩空气储能系统。不管哪种，在储能过程中都需要进行热量交换，目前热量交换一般采用换热器加高低温介质储罐来实现蓄热和放热，由于水具有适应性强、易于获得、安全性高、成本低等优点，所以储罐里的高低温介质一般采用水。

高低温水罐在压缩空气储能系统中利用水与空气换热，升温后的水储存在高温水罐中，冷却后的水储存在低温水罐中，高低温水罐中的水循环利用，完成空气压缩和膨胀的过程。

但是，在标准大气压下，水的沸点为100℃，当水的温度超过100℃时，水就会发生汽化。在压缩空气储能系统中，高温水罐中水的温度根据系统参数的不同，温度会高于100℃，水一旦汽化，对整个压缩空气系统的安全运行将产生很大影响。所以为保证系统安全稳定运行，需要解决水罐中的介质水宜汽化的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种压缩空气储能系统的水罐保压装置及其工作方法，通过对水罐进行保压的方式，保证水罐中的压力控制在一定范围内，保证水一直为液态且不发生汽化，进而保证压缩空气储能系统的安全稳定运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种压缩空气储能系统的水罐保压装置，包括：水罐、水罐补气模块、储气罐和储气罐补气模块；

所述水罐补气模块包括启动补气管路和运行补气管路，所述水罐通过压缩空气管路与启动补气管路和运行补气管路连接，且水罐上设有水罐压力检测件；

所述启动补气管路连接压缩机，所述运行补气管路连接储气罐，且运行补气管路根据检测的水罐压力控制启闭；

所述储气罐补气模块包括空压机供气管路、压缩机供气管路和膨胀机供气管路，所述储气罐与三路供气管路连接，且储气罐上设有气罐压力检测件，三路供气管路根据检测的气罐压力控制启闭。

作为可选择的实施方式，所述水罐包括高温水罐和低温水罐；

所述高温水罐和低温水罐之间通过连通管连接，所述连通管通过压缩空气管路连接水罐补气模块；

所述高温水罐和低温水罐内的水罐压力一致；

作为可选择的实施方式，在所述连通管上设置第一安全阀和水罐压力检测件，且当水罐压力超过第一安全阀的起跳压力时，第一安全阀自动开启泄压，所述水罐压力保持在允许范围内不超压。

作为可选择的实施方式，所述启动补气管路的一端通过压缩空气管路连接水罐，另一端依次通过第一电动关断阀、第二止回阀和第一减压阀连接至压缩机，由压缩机侧的压缩空气经减压后补入水罐。

作为可选择的实施方式，所述运行补气管路的一端通过压缩空气管路连接水罐，另一端依次通过第一止回阀、关断阀和自动补气阀连接至储气罐，由储气罐提供运行补气。

作为可选择的实施方式，当水罐压力低于水罐最低允许压力时，自动补气阀开启，启动运行补气管路，储气罐开始补气；

当水罐压力高于水罐最高允许压力时，自动补气阀关闭，关闭运行补气管路，储气罐停止补气。

作为可选择的实施方式，所述储气罐上还设有第二安全阀，当储气罐内的气罐压力超过第二安全阀的起跳压力时，第二安全阀自动开启泄压；

当气罐压力低于气罐最低允许压力时，由储气罐补气模块给储气罐补气；

当气罐压力高于气罐最高允许压力时，储气罐补气模块停止补气。

作为可选择的实施方式，所述压缩机供气管路的一端连接压缩机，另一端依次通过第二减压阀、第四止回阀、第三电动关断阀、进口关断阀连接至储气罐；

所述膨胀机供气管路的一端连接膨胀机，另一端依次通过第三减压阀、第五止回阀、第四电动关断阀、进口关断阀连接至储气罐；

所述空压机供气管路的一端连接空压机，另一端依次通过第三止回阀、第二电动关断阀、进口关断阀连接至储气罐；

压缩机供气管路和膨胀机供气管路不同时运行，当压缩机供气管路和膨胀机供气管路均不运行时，由空压机供气管路进行补气。

第二方面，本发明提供一种压缩空气储能系统的水罐保压装置的工作方法，用于第一方面所述的压缩空气储能系统的水罐保压装置，包括：

初次启动水罐时，由压缩机侧的压缩空气经启动补气管路对水罐供气；

在运行过程中，根据检测的水罐压力控制运行补气管路的启闭，以对水罐供气；

其中，当水罐压力低于水罐最低允许压力时，自动补气阀开启，启动运行补气管路，储气罐开始补气；当水罐压力高于水罐最高允许压力时，自动补气阀关闭，关闭运行补气管路，储气罐停止补气；

根据检测的气罐压力，当气罐压力低于气罐最低允许压力时，由储气罐补气模块给储气罐补气，当气罐压力高于气罐最高允许压力时，储气罐补气模块停止补气；

其中，所述储气罐补气模块包括空压机供气管路、压缩机供气管路和膨胀机供气管路，压缩机供气管路和膨胀机供气管路不同时运行，当压缩机供气管路和膨胀机供气管路均不运行时，由空压机供气管路进行补气。

第三方面，本发明提供一种压缩空气储能系统，包括第一方面所述的压缩空气储能系统的水罐保压装置、压缩机和膨胀机；

所述压缩机用于对水罐进行补气；

所述压缩机和膨胀机用于对储气罐补气，且对储气罐补气时，压缩机和膨胀机不同时运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提出一种压缩空气储能系统的水罐保压装置及其工作方法，采用压缩空气对水罐进行保压，保证水罐中的压力控制在一定范围内，保证水一直为液态且不发生汽化，进而保证压缩空气储能系统的安全稳定运行。

本发明提出一种压缩空气储能系统的水罐保压装置及其工作方法，采用高温水罐和低温水罐联通结构，初次充入压缩空气后，后续只需要补充压缩空气的泄漏量即可，相关配套设备选型小，节省投资。

本发明提出一种压缩空气储能系统的水罐保压装置及其工作方法，储气罐补气模块三路供气管路，即充分利用了压缩机与膨胀机不同时运行的工况，又保证了气源的可靠性，且在压缩机与膨胀机均不运行时，由空压机进行补气，保证补气压力的稳定性，又能避免空压机频繁动作，系统优化且节省厂用电。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的压缩空气储能系统水罐保压装置示意图；

其中，1-1、高温水罐，1-2、低温水管，1-3、连通管，1-4、第一压力变送器，1-5、第一安全阀，1-6、压缩空气管路，1-7、水管路，2-1、自动补气阀，2-2、关断阀，2-3、第一止回阀，2-4、旁路阀，2-5、运行补气管路，2-6、第一减压阀，2-7、第二止回阀，2-8、第一电动关断阀，2-9、启动补气管路，3-1、储气罐，3-2、第二安全阀，3-3、第二压力变送器，3-4、出口关断阀，3-5、入口关断阀，4-1、空压机，4-2、第三止回阀，4-3、第二电动关断阀，4-4、空压机供气管路，4-5、第二减压阀，4-6、第四止回阀，4-7、第三电动关断阀，4-8、压缩机供气管路，4-9、第三减压阀，4-10、第五止回阀，4-11、第四电动关断阀，4-12、膨胀机供气管路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

压缩空气储能技术是一种空气压缩过程和膨胀过程分时进行的发电技术。系统储能时，低温水罐的水通过换热器加热后变成高温水进入高温水罐中存储；系统释能(发电)时，高温水罐的水通过换热器冷却后变成低温水进入低温水罐存储。通过高温水罐和低温水罐进行热量的不断存储和释放，实现压缩空气储能系统运行。

但是，在高低温水水罐蓄热放热的过程中，当低温水吸热变成高温水时，在标准大气压下，水温超过100℃，水就会发生汽化，为了避免水发生相变，需要对高低温水罐设置一定的压力保证水不发生汽化，进而保证系统安全稳定运行。

由于，本实施例提供一种压缩空气储能系统水罐保压装置，保证水罐中的压力控制在一定范围内，保证水一直为液态状态不发生汽化，进而保证压缩空气储能系统能够安全稳定运行。

具体包括：水罐、水罐补气模块、储气罐和储气罐补气模块；

所述水罐补气模块包括启动补气管路和运行补气管路，所述水罐通过压缩空气管路与启动补气管路和运行补气管路连接，且水罐上设有水罐压力检测件；

所述启动补气管路连接压缩机，所述运行补气管路连接储气罐，且运行补气管路根据检测的水罐压力控制启闭；

所述储气罐补气模块包括空压机供气管路、压缩机供气管路和膨胀机供气管路，所述储气罐与三路供气管路连接，且储气罐上设有气罐压力检测件，三路供气管路根据检测的气罐压力控制启闭。

结合图1，对压缩空气储能系统水罐保压装置进行详细阐述。

在本实施例中，所述水罐包括高温水罐1-1和低温水罐1-2；

所述高温水罐1-1和低温水罐1-2之间通过连通管1-3连接，以保证高温水罐1-1和低温水罐1-2内的水罐压力一致；

所述水罐压力检测件采用第一压力变送器1-4，在所述连通管1-3上设置第一安全阀1-5和第一压力变送器1-4，通过第一压力变送器1-4检测水罐压力，以保证高温水罐1-1和低温水罐1-2内的水罐压力保持在允许范围内不超压；且当水罐压力超过第一安全阀1-5的起跳压力时，第一安全阀1-5自动开启泄压，保证设备安全。

所述高温水罐1-1包括高温水进口和高温水出口，所述高温水进口通过水管路1-7连接气水换热器，所述高温水出口通过水管路1-7连接气水加热器；同样的，所述低温水罐1-2包括高温水进口和高温水出口，所述高温水进口通过水管路1-7连接气水加热器，所述高温水出口通过水管路1-7连接气水换热器，以完成高温水和低温水的循环运行。

所述高温水罐1-1和低温水罐1-2上均设有压缩空气接口，通过压缩空气接口连接压缩空气管路1-6，所述压缩空气管路1-6连接水罐补气模块，以通过水罐补气模块为高温水罐1-1和低温水罐1-2进行补气，完成高温水罐1-1和低温水罐1-2的保压运行，保证水不发生气化。

在本实施例中，所述水罐补气模块包括：启动补气管路2-9和运行补气管路2-5；

其中，所述启动补气管路2-9用于对高温水罐1-1和低温水罐1-2在初次启动时进行补气，所述启动补气管路2-9的一端通过压缩空气管路1-6连接高温水罐1-1和低温水罐1-2，另一端依次通过第一电动关断阀2-8、第二止回阀2-7、第一减压阀2-6连接至压缩机，由压缩机侧的压缩空气经减压后补入高温水罐1-1和低温水罐1-2；

由于初次启动的补气量很大，所以通过压缩机根据水罐压力要求充入一定量的压缩空气；具体补气路径为：经第一减压阀2-6、第二止回阀2-7、第一电动关断阀2-8、启动补气管路2-9、压缩空气管路1-6和连通管1-3补气至高温水罐1-1和低温水罐1-2。

其中，所述运行补气管路2-5用于对高温水罐1-1和低温水罐1-2在运行时，根据泄露量进行补气，运行补气管路2-5的一端通过压缩空气管路1-6连接高温水罐1-1和低温水罐1-2，另一端依次通过第一止回阀2-3、关断阀2-2、自动补气阀2-1连接至储气罐3-1，由储气罐3-1提供运行补气；

根据水罐上设置的第一压力变送器1-4进行水罐压力检测，以根据水罐压力开启与关闭自动补气阀2-1，以启动或关闭运行补气管路2-5；

当水罐压力低于设定的最低允许压力时，自动补气阀2-1开启，通过储气罐3-1经出口关断阀3-4、关断阀2-2、补气阀2-1、第一止回阀2-3、运行补气管路2-5、压缩空气管路1-6和连通管1-3进行补气；

当水罐压力高于设定的最高允许压力时，自动补气阀2-1关闭，储气罐3-1停止补气。

在本实施例中，在第一止回阀2-3与储气罐3-1之间还设有旁路阀2-4。

在本实施例中，所述储气罐3-1根据第一压力变送器1-4的压力设置和自动补气阀2-1实现对高温水罐1-1和低温水罐1-2的自动补气。

在本实施例中，所述储气罐3-1上设有出口关断阀3-4和入口关断阀3-5，所述出口关断阀3-4连接关断阀2-2，所述入口关断阀3-5连接储气罐补气模块。

在本实施例中，所述储气罐3-1上还设有气罐压力检测件，气罐压力检测件采用第二压力变送器3-3，由第二压力变送器3-3实现气罐压力连锁控制，以保证储气罐3-1内的气罐压力在一定范围内；

当气罐压力低于最低允许压力时，由储气罐补气模块给储气罐3-1补气；

当气罐压力高于最高允许压力时，储气罐补气模块停止补气。

在本实施例中，所述储气罐3-1上还设有第二安全阀3-2，当储气罐3-1内的气罐压力超过第二安全阀3-2的起跳压力时，第二安全阀3-2自动开启泄压，保证设备安全。

在本实施例中，所述储气罐补气模块包括空压机供气管路4-4、压缩机供气管路4-8和膨胀机供气管路4-12，由三路供气管路为储气罐3-1补气供气；

其中，第一路气源为压缩机侧压缩空气来气，第二路汽源为膨胀侧压缩空气来气，第三路汽源为空压机供气；且当第一路或第二路汽源故障时，第三路气源可作为第一路和第二路气源的备用气源。

在本实施例中，所述压缩机供气管路4-8的一端连接压缩机，另一端依次通过第二减压阀4-5、第四止回阀4-6、第三电动关断阀4-7、进口关断阀3-5连接至储气罐3-1；

所述膨胀机供气管路4-12的一端连接膨胀机，另一端依次通过第三减压阀4-9、第五止回阀4-10、第四电动关断阀4-11、进口关断阀3-5连接至储气罐3-1；

所述空压机供气管路4-4的一端连接空压机4-1，另一端依次通过第三止回阀4-2、第二电动关断阀4-3、进口关断阀3-5连接至储气罐3-1。

在本实施例中，由于压缩机和膨胀机不同时运行，所以储气罐补气过程为：

当压缩机运行时，储气罐3-1补气由压缩侧的压缩空气经减压后供给，具体路径为：压缩机供气管路4-8、第二减压阀4-5、第四止回阀4-6、第三电动关断阀4-7、进口关断阀3-5和储气罐3-1；

当膨胀机运行时，储气罐3-1补气由膨胀侧的压缩空气经减压后供给，具体路径为：膨胀机供气管路4-12、第三减压阀4-9、第五止回阀4-10、第四电动关断阀4-11、进口关断阀3-5和储气罐3-1；

当压缩机和膨胀机均不运行时，补气由空压机4-1进行补供，具体路径为：空压机4-1、空压机供气管路4-4、第三止回阀4-2、第二电动关断阀4-3、进口关断阀3-5和储气罐3-1。

本实施例提出的水罐保压装置采用压缩空气对水罐进行保压，保证水罐中的压力控制在一定范围内，保证水一直为液态且不发生汽化，进而保证压缩空气储能系统的安全稳定运行。

实施例2

本实施例提供一种实施例1所述的压缩空气储能系统的水罐保压装置的工作方法，包括：

初次启动水罐时，由压缩机侧的压缩空气经启动补气管路对水罐供气；

在运行过程中，根据检测的水罐压力控制运行补气管路的启闭，以对水罐供气；

其中，当水罐压力低于水罐最低允许压力时，自动补气阀开启，启动运行补气管路，储气罐开始补气；当水罐压力高于水罐最高允许压力时，自动补气阀关闭，关闭运行补气管路，储气罐停止补气；

根据检测的气罐压力，当气罐压力低于气罐最低允许压力时，由储气罐补气模块给储气罐补气，当气罐压力高于气罐最高允许压力时，储气罐补气模块停止补气；

其中，所述储气罐补气模块包括空压机供气管路、压缩机供气管路和膨胀机供气管路，压缩机供气管路和膨胀机供气管路不同时运行，当压缩机供气管路和膨胀机供气管路均不运行时，由空压机供气管路进行补气。

实施例3

本实施例提供一种压缩空气储能系统，包括实施例1所述的水罐保压装置、压缩机和膨胀机；

所述压缩机用于对水罐进行补气；

所述压缩机和膨胀机用于对储气罐补气，且对储气罐补气时，压缩机和膨胀机不同时运行。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。