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一种压缩空气储能发电系统及控制方法

文献发布时间:2023-06-19 19:21:53


一种压缩空气储能发电系统及控制方法

技术领域

本发明公开了一种压缩空气储能发电系统及控制方法,属于压缩空气储能发电技术领域。

背景技术

压缩空气储能是最具发展潜力的大规模电力储能技术之一。压缩空气储能发电技术,是利用设备将空气压缩成高压高密度气体储存起来,待需要发电时候将高压气体释放出来,再通过设备完成气到电的转化。由于空气是无穷无尽的,并可循环使用,既不消耗更多的能源,又不污染环境,而且不受自然条件的限制,推广前景广阔。

压缩空气储能的储气室一般为有限容积的封闭式刚性压力容器,在放气过程中,随着高压空气的排出,储气室内的空气量减少、空气压力降低。当储气室的压力高于额定压力时,系统正常工作;低于额定压力时,就无法正常工作,这时储气室中的残存压力气体就只能当作库存无法使用,浪费了空气压缩机的电耗,还占用了储气室宝贵的空间,造成压缩空气储能方式能效转换效率低。为保证放气稳定,进气也应保持稳定,一般采用在储气室出口设置降压设备的方式保障进气稳定,以损失一部分压力势能的代价将储气装置排气至稳定压力向外输出;但是,当储气室内的压力下降至稳压设备设定的出口额定压力时,储气室就不能再继续向外输出压缩空气,不得不停止工作,导致储气利用率低。故,现有技术中的压缩空气储能发电系统面临着压力损失和储气利用率低下的技术问题,同时,由于储气室达到额定压力的充气过程所需时间较长,若不能及时的保障储气室中的气体压力,也会影响发电的稳定性。

发明内容

本申请的目的在于,提供一种压缩空气储能发电系统及控制方法,以解决现有技术中的压缩空气储能发电系统存在压力损失和储气利用率低的技术问题。

本发明的第一方面提供了一种压缩空气储能发电系统,包括送气设备、第一储气室、第二储气室、第三储气室和发电设备;

所述送气设备与所述第一储气室通过管路连通;

所述第二储气室和所述第三储气室均通过管路与所述第一储气室和所述发电设备连通;

每条所述管路上均设置有控制阀和压力计,且所述第一储气室的压力大于或等于所述第二储气室和所述第三储气室的压力之和,第二储气室的压力和第三储气室的压力均为对应发电设备中发电机组的额定压力。

优选地,所述第二储气室和所述第三储气室内均设置有弹簧和活动板;

所述活动板设置于对应储气室的一端,并通过弹簧与该端的内壁连接;

所述活动板的形状与对应储气室的截面形状相同,尺寸匹配。

优选地,还包括密封条;

所述密封条设置于所述活动板上,并位于所述活动板与对应储气室侧壁的接触面上。

优选地,所述第一储气室、第二储气室和第三储气室均为由钢板或钢筋混凝土形成的压力容器。

本发明的第二方面提供了一种压缩空气发电控制方法,包括:

开启送气设备和所有管路上的控制阀,并调整送气设备和第一储气室之间的控制阀,使流入第一储气室的气体的压力值为P1;

调整第一储气室和第二储气室之间的控制阀,使流入第二储气室的气体的压力值为P2,P2为第二储气室对应发电机组的额定压力;

调整第一储气室和第三储气室之间的控制阀,使流入第三储气室的气体的压力值为P3,P3为第三储气室对应发电机组的额定压力,P1≥P2+P3且P2

优选地,还包括储能控制方法,所述储能控制方法包括:

开启送气设备和第一储气室之间管路上的控制阀以及第一储气室和第二储气室之间管路上的控制阀,关闭其余管路上的控制阀;

送气设备以P2的压力值给第一储气室和第二储气室充气,直至所述第二储气室的压力值达到P2;

关闭第一储气室和第二储气室之间管路上的控制阀,开启第一储气室和第三储气室之间管路上的控制阀;

送气设备以P3的压力值给第一储气室和第三储气室充气,直至所述第三储气室的压力值达到P3;

关闭第一储气室和第三储气室之间管路上的控制阀,增大所述送气设备的出气压力值至P1,继续给第一储气室充气加压,直至第一储气室的压力值达到P1。

本发明的压缩空气储能发电系统及控制方法,相较于现有技术,具有如下有益效果:

本发明只需要配置一组充气设备,只需要给第一储气室充气,通过第一储气室再给第二储气室、第三储气室充气用以发电,使空气压缩机组整体耗功较小。

进一步地,本发明通过储气室和弹簧势能的相互配合,使得发电需要的额定压力比较稳定,并且多个储气室的联合调用,可以保证发电连续,同时,可以根据机组发电容量,配置不同的压力需求。

本发明系统检修便捷,当出现单侧弹簧检修、全部弹簧检修、设备检修等各种偶然状况时,通过各储气室进气管和出气管上控制阀的相互配合,可以将高压气体存储到第一储气室,进行检修,当再次发电时候,可以迅速的达到额定压力,减少充气时间。虽然第一储气室的压力比较高,但是第一储气室是完全封闭的,除了充放气管道,不需要额外预留检修通道,分散第二储气室和第三储气室的压力,有利于结构体型及检修通道的布置。

附图说明

图1为本发明实施例中的压缩空气储能发电系统的结构示意图。

图中1为送气设备;2为第一储气室;3为第二储气室;4为第三储气室;5为发电设备;6为活动板;7为弹簧;8为第一进气管;9为第二进气管;10为第三进气管;11为第一出气管;12为第二出气管。

具体实施方式

以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

本发明实施例的第一方面提供了一种压缩空气储能发电系统,如图1所示,包括送气设备1、第一储气室2、第二储气室3、第三储气室4和发电设备5;

其中送气设备1与第一储气室2通过管路连通;送气设备1的作用是将空气压缩到需要的压力并可以连续输出。本发明实施例中的送气设备1可以为空气压缩机。

第二储气室3和第三储气室4均通过管路与第一储气室2和发电设备5连通;发电设备5的作用是实现气能与电能的转化,即将储气室释放出来的压缩空气通过一定的设备带动发电机机组发电,如膨胀机。

每条管路上均设置有控制阀和压力计,且第一储气室2的压力大于或等于第二储气室3和第三储气室4的压力之和,第二储气室3的压力和第三储气室4的压力均为对应发电设备5中发电机组的额定压力。本发明实施例中第一储气室2、第二储气室3和第三储气室4是有限容积的封闭式刚性压力容器,用来存储具有一定压力的空气。

为提高发电设备5发电需要的额定压力的稳定性,本发明实施例在第二储气室3和第三储气室4内均设置有可以存储一定势能的弹簧7和活动板6;

其中活动板6设置于对应储气室的一端,并通过弹簧7与该端的内壁连接;

活动板6的形状与对应储气室的截面形状相同,尺寸匹配,活动板6将对应的储气室分为不连通的两部分。

本发明实施例中,位于第二储气室3内的压缩弹簧7存储的势能最大可提供的压力值为P2;位于第三储气室4内的压缩弹簧7存储的势能最大可提供的压力值为P3。

由于储气放气在实际运行中不能完全保持平衡,通过释放弹簧7的势能可以及时的补给压力差,确保了额定压力的稳定。

进一步地,为保证储气室的两部分不连通,本发明实施例还设置了密封条;

密封条设置于活动板6上,并位于活动板6与对应储气室侧壁的接触面上。

本发明实施例中的第一储气室2、第二储气室3和第三储气室4均为由钢板或钢筋混凝土形成的压力容器。其可承受的压强较大。

本发明的第二方面提供了一种压缩空气发电控制方法,当进行首次储能时,首次储能的控制方法包括:

开启送气设备1和第一储气室2之间第一进气管路8上的控制阀以及第一储气室2和第二储气室3之间第二进气管路9上的控制阀,关闭其余管路上的控制阀,此处设定第二储气室3对应发电机组的额定压力P2小于第三储气室4的对应发电机组的额定压力P3。

送气设备1以P2的压力值给第一储气室2和第二储气室3充气,此时,第二储气室3中的弹簧7通过压缩空气存储势能,与P2压力平衡;持续充气直至第二储气室3的压力值达到P2。本发明实施例通过第二储气室3和发电设备5之间第一出气管路11上的压力计判断第二储气室3的压力值是否达到P2。

然后关闭第一储气室2和第二储气室3之间第二进气管路9上的控制阀,同时开启第一储气室2和第三储气室4之间第三进气管路10上的控制阀;

送气设备1以P3的压力值给第一储气室2和第三储气室4充气,此时,第三储气室4中的弹簧7通过压缩空气存储势能,与P3压力平衡;持续充气直至第三储气室4的压力值达到P3。本发明实施例通过第三储气室4和发电设备5之间第二出气管路12上的压力计判断第三储气室4的压力值是否达到P3。

然后关闭第一储气室2和第三储气室4之间第三进气管路10上的控制阀,增大送气设备1的出气压力值至P1,继续给第一储气室2充气加压,直至第一储气室2的压力值达到P1,完成首次储气,P1≥P2+P3。本发明实施例通过送气设备1和第一储气室2之间的第一进气管路8上的压力计判断第一储气室2的压力值是否达到P1。

本发明实施例中发电过程的控制方法包括:

开启送气设备1和所有管路上的控制阀,并调整送气设备1和第一储气室2之间的第一进气管路8上的控制阀,使流入第一储气室2的气体的压力值始终为P1;调整第一储气室2和第二储气室3之间的第二进气管路9上的控制阀,使流入第二储气室3的气体的压力值为P2;调整第一储气室2和第三储气室4之间第三进气管路10上的控制阀,使流入第三储气室4的气体的压力值为P3。

由于P1≥P2+P3,第二储气室3和第三储气室4可以一直稳定在额定压力。由于储气放气在实际运行中不能完全保持平衡,通过释放弹簧7的势能可以及时的补给压力差,确保了额定压力的稳定。另外,由于第一储气室2一直存在一定量的压缩空气,其给第二储气室3和第三储气室4的压缩空气补给连续、稳定。通过稳定的充放气过程,实现了空气能到电能的转化。

本发明只需要配置一组充气设备,只需要给第一储气室充气,通过第一储气室再给第二储气室、第三储气室充气用以发电,能够提高储气利用率、减少储气压力损失、提高充气效率,并能维持气体压力稳定,确保气体发电的能效转换效率及稳定性。

进一步地,本发明通过储气室和弹簧势能的相互配合,使得发电需要的额定压力比较稳定,并且多个储气室的联合调用,可以保证发电连续,同时,可以根据机组发电容量,配置不同的压力需求。

本发明系统检修便捷,当出现单侧弹簧检修、全部弹簧检修、设备检修等各种偶然状况时,通过各储气室进气管和出气管上控制阀的相互配合,可以将高压气体存储到第一储气室,进行检修,当再次发电时候,可以迅速的达到额定压力,减少充气时间。虽然第一储气室的压力比较高,但是第一储气室是完全封闭的,除了充放气管道,不需要额外预留检修通道,分散第二储气室和第三储气室的压力,有利于结构体型及检修通道的布置。

以上所述,仅是本申请的几个实施例,并非对本申请做任何形式的限制,虽然本申请以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限制本申请,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本申请技术方案的范围内,利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例,均属于技术方案范围内。

技术分类

06120115884292