CN206957774U - 一种采用熔融盐蓄热的压缩空气储能发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种采用熔融盐蓄热的压缩空气储能发电系统，包括压缩单元、储气单元、熔盐蓄热单元、换热单元、膨胀单元和电能单元，压缩单元包括低压级压缩机组和高压级压缩机组，熔盐蓄热单元包括槽式太阳能集热器、高温蓄热罐和低温蓄热罐，膨胀单元包括低压级膨胀机组和高压级膨胀机组，电能单元包括电动机组和发电机组；本实用新型采用了压缩机的分级运行，减小了压缩机变工况运行的范围，提升了压缩机的运行效率，同时分级运行的膨胀机使得储气室内空气的压力能实现梯级利用；通过提高储热温度和涡轮机进口压力，可以显著提高系统的储能效率，同时利用太阳能代替传统补燃方式，节约资源，保护环境。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力存储技术领域，尤其是一种采用熔融盐蓄热的压缩空气储能发电系统。
背景技术
近年来，随着我国新能源技术的不断开发，风电、光伏发电等可再生能源发电的装机容量也在不断增加，但是由于风能、太阳能等间接式可再生能源发电存在不稳定的问题，不得不拉闸限电，造成能源的大量浪费，2016年仅甘肃、新疆、吉林、内蒙古四省的弃风率就达394亿千瓦时。由此可见，解决能源浪费的问题已刻不容缓。
为解决这一问题，常见的方法是利用储能技术。目前已有的储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能、飞轮储能和超导储能等。压缩空气储能和抽水储能由于储能能量大、转换效率高等优点，成为当下研究的重点。抽水蓄能需要建设高低两个水库，受到特殊的场地要求选址非常困难，而且厂址一般都远离大规模风电场和太阳能发电场，建设周期也较长，还会带来一定的生态和移民问题，在使用上存在一定限制，因此压缩空气储能技术显得尤为重要。传统的压缩空气储能为了提高发电效率，需要利用天然气等燃料进行补燃这在一方面增加了天然气的使用量，另一方面也会产生大量的二氧化碳等温室气体，带来环境污染等问题，得不偿失。
实用新型内容
针对上述存在的问题，本实用新型将高温蓄热技术和压缩空气储能发电技术相结合，提出了一种采用熔融盐蓄热的压缩空气储能发电系统。
本实用新型的技术方案是：一种采用熔融盐蓄热的压缩空气储能发电系统，包括电能单元、压缩单元、换热单元、蓄热单元、储气单元和膨胀单元；
所述电能单元包括电动机1和发电机18；
所述压缩单元包括低压级压缩机2和高压级压缩机3，所述电动机1分别与低压级压缩机2和高压级压缩机3相连，不可并网的弃风电、弃光电驱动电动机1做功，带动所述低压级压缩机2和高压级压缩机3工作；所述一级加热器10一端与储气室8连接，另一端与高压级膨胀机16连接，来自储气室8的压缩空气进入一级加热器10，经来自高温熔盐罐14的高温熔盐加热后流进高压级膨胀机16，所述二级加热器11一端与低压级膨胀机17连接，另一端与高压级膨胀机16相连，来自高压级膨胀机16的压缩空气进入二级加热器11，经来自高温熔盐罐14的高温熔盐加热后流进低压级膨胀机17；
所述换热单元包括一级冷却器4、二级冷却器5、一级加热器10和二级加热器11，所述一级冷却器4、二级冷却器5分别与低压级压缩机2、高压级压缩机3连接，两次换热后的高温热水汇合流向厂房6；
所述蓄热单元包括太阳能槽式集热器、高温熔盐罐14和低温熔盐罐12，蓄热工质为两种或两种以上无机盐混合物的熔融盐；
所述储气单元包括储气室8、报废矿井或过期油气井，所述储气室8前端装有进气阀门7，后端装有出气阀门9。
进一步的，所述低压级压缩机2为容积式压缩机，所述高压级压缩机3为螺旋杆式压缩机。
进一步的，所述一级冷却器4为带有外翅片的管壳式换热器，其管程流经冷却水，壳程流经一次压缩空气，所述二级冷却器5为带有外翅片的管壳式换热器，其管程流经冷却水，壳程流经二次压缩空气。
进一步的，所述压缩空气分别在低压级膨胀机和高压级膨胀机中膨胀做功，输出的膨胀工传递给所述电动机1发电。
进一步的，所述低压级膨胀机17为容积式膨胀机，所述高压级膨胀机16为螺旋杆式压缩机。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用高温熔融盐代替天然气等传统燃料，可以节约天然气的使用量，同时利用槽式太阳能集热器加热熔融盐，可实现二氧化碳的零排放。
附图说明
图1为本实用新型的双罐熔融盐蓄热的压缩空气储能发电系统结构图。
图2是本实用新型的单罐熔融盐蓄热的压缩空气储能发电系统结构图。
图中：1-电动机，2-低压级压缩机，3-高压级压缩机，4-一级冷却器，5-二级冷却器，6-厂区，7-进气阀门，8-储气室，9-出气阀门，10-一级加热器，11-二级加热器，12-低温熔盐罐，13-低温熔盐泵，14-高温熔盐罐，15-高温熔盐泵，16-高压级膨胀机，17-低压级膨胀机，18-发动机，19-镜场，20-储盐单罐。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图所示，一种采用熔融盐蓄热的压缩空气储能发电系统，包括电能单元、压缩单元、换热单元、蓄热单元、储气单元和膨胀单元；
电能单元包括电动机1和发电机18；
压缩单元包括低压级压缩机2和高压级压缩机3，电动机1分别与低压级压缩机2和高压级压缩机3相连，不可并网的弃风电、弃光电驱动电动机1做功，带动低压级压缩机2和高压级压缩机3工作；一级加热器10一端与储气室8连接，另一端与高压级膨胀机16连接，来自储气室8的压缩空气进入一级加热器10，经来自高温熔盐罐14的高温熔盐加热后流进高压级膨胀机16，二级加热器11一端与低压级膨胀机17连接，另一端与高压级膨胀机16相连，来自高压级膨胀机16的压缩空气进入二级加热器11，经来自高温熔盐罐14的高温熔盐加热后流进低压级膨胀机17；
换热单元包括一级冷却器4、二级冷却器5、一级加热器10和二级加热器11，一级冷却器4、二级冷却器5分别与低压级压缩机2、高压级压缩机3连接，两次换热后的高温热水汇合流向厂房；
蓄热单元包括太阳能槽式集热器、高温熔盐罐14和低温熔盐罐12，蓄热工质为两种或两种以上无机盐混合物的熔融盐；
储气单元包括储气室8、报废矿井或过期油气井，储气室8前端装有进气阀门7，后端装有出气阀门9。
低压级压缩机2为容积式压缩机，所述高压级压缩机3为螺旋杆式压缩机。
一级冷却器4为带有外翅片的管壳式换热器，其管程流经冷却水，壳程流经一次压缩空气，二级冷却器5为带有外翅片的管壳式换热器，其管程流经冷却水，壳程流经二次压缩空气。
压缩空气分别在低压级膨胀机和高压级膨胀机中膨胀做功，输出的膨胀工传递给所述电动机1发电。
低压级膨胀机17为容积式膨胀机，高压级膨胀机16为螺旋杆式压缩机。
实施例1
如图1所示，电动机1由不可并网的弃风电、弃光电等提供电力，驱动低压级压缩机2和高压级压缩机3做功，将不可并网的电能转化为机械能，低压级压缩机2、高压级压缩机3做功后将空气进行两次压缩，又将机械能转化为压缩空气的内能；经低压级压缩机2压缩的空气进入一级冷却器4冷却，将热量传递给冷却水，换热后的压缩空气进入高压级压缩机3进行二次压缩，产生的高压空气又进入二级冷却器5冷却，将热量传递给冷却水，冷却时冷却水被加热。这时进气阀门打开，出气阀门关闭，高压压缩空气进入储气室8储存，而换热后的高温热水流向厂房，为厂区提供生活热水。此过程为整个系统的压缩储能过程。
当进气阀门7关闭，出气阀门9打开，储气室8内的高压压缩空气进入一级加热器10，进行一次加热过程，换热后的高压空气进入高压级膨胀机16，此时高压空气膨胀一次后变成中压空气，中压空气进入二级加热器11进行二次加热，然后再进入低压级膨胀机17；压缩空气分别在高压级膨胀机16、低压级膨胀机17中膨胀做功，驱动电动机发电。此过程为整个系统的膨胀做功过程。
集热镜场19白天集热，将管内的熔融盐加热至300至350℃，并储存在高温熔盐罐14中，高温熔盐泵15将高温熔盐罐14中的高温熔盐分别输送到一级加热器10、二级加热器11，对压缩空气进行补燃，换热后的低温熔盐则回流至低温熔盐罐12中，日间由低温熔盐泵13将低温熔盐罐12中的低温熔盐输送至集热镜场19加热并循环此过程。利用槽式光热熔盐储能技术可代替传统天然气补燃方式，起到节约资源，保护环境的作用。
实施例2
如图2所示，电动机1由不可并网的弃风电、弃光电等提供电力，驱动低压级压缩机2、高压级压缩机3做功，将不可并网的电能转化为机械能，低压级压缩机2、高压级压缩机3做功后将空气进行两次压缩，又将机械能转化为压缩空气的内能；经低压级压缩机2压缩的空气进入一级冷却器4冷却，将热量传递给冷却水，换热后的中压压缩空气进入高压级压缩机3进行二次压缩，产生的高压空气又进入二级冷却器5冷却，将热量传递给冷却水，冷却时冷却水被加热。这时进气阀门打开，出气阀门关闭，高压压缩空气进入储气室储存，而换热后的高温热水流向厂房，为厂区提供生活热水。此过程为整个系统的压缩储能过程。
当进气阀门7关闭，出气阀门9打开，储气室8内的高压压缩空气进入一级加热器10，进行一次加热过程，换热后的高压空气进入高压级膨胀机16，此时高压空气膨胀一次后变成中压空气，中压空气进入二级加热器11进行二次加热，然后再进入低压级膨胀机17；压缩空气分别在高压级膨胀机16、低压级膨胀机17中膨胀做功，驱动电动机发电。此过程为整个系统的膨胀做功过程。
集热镜场19白天集热，将管内的熔融盐加热至300至350℃，并储存在熔盐单罐20中，此熔盐单罐同时储存有高温熔盐及低温熔盐，由于高、低温熔盐存在温差，导致两者密度不同，会出现明显的温度层，其中高温熔盐在上，低温熔盐在下；高温熔盐泵15将高温熔盐输送至一级加热器10、二级加热器11换热，换热后的低温熔盐则回流至熔盐罐底部，日间由低温熔盐泵13将熔盐罐中的低温熔盐输送至集热镜场19加热并循环此过程。利用槽式光热熔盐储能技术可代替传统天然气补燃方式，起到节约资源，保护环境的作用。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (4)
1.一种采用熔融盐蓄热的压缩空气储能发电系统，包括电能单元、压缩单元、换热单元、蓄热单元、储气单元和膨胀单元；
所述电能单元包括电动机(1)和发电机(18)；
所述压缩单元包括低压级压缩机(2)和高压级压缩机(3)，所述电动机(1)分别与低压级压缩机(2)和高压级压缩机(3)相连，不可并网的弃风电、弃光电驱动电动机(1)做功，带动所述低压级压缩机(2)和高压级压缩机(3)工作；一级加热器(10)一端与储气室(8)连接，另一端与高压级膨胀机(16)连接，来自储气室(8)的压缩空气进入一级加热器(10)，经来自高温熔盐罐(14)的高温熔盐加热后流进高压级膨胀机(16)，二级加热器(11)一端与低压级膨胀机(17)连接，另一端与高压级膨胀机(16)相连，来自高压级膨胀机(16)的压缩空气进入二级加热器(11)，经来自高温熔盐罐(14)的高温熔盐加热后流进低压级膨胀机(17)；
所述换热单元包括一级冷却器(4)、二级冷却器(5)、一级加热器(10)和二级加热器(11)，所述一级冷却器(4)、二级冷却器(5)分别与低压级压缩机(2)、高压级压缩机(3)连接，两次换热后的高温热水汇合流向厂房(6)；
所述蓄热单元包括太阳能槽式集热器(19)、高温熔盐罐(14)和低温熔盐罐(12)，蓄热工质为两种或两种以上无机盐混合物的熔融盐；
所述储气单元包括储气室(8)、报废矿井或过期油气井，所述储气室(8)前端装有进气阀门(7)，后端装有出气阀门(9)；
所述低压级压缩机(2)为容积式压缩机，所述高压级压缩机(3)为螺旋杆式压缩机。
2.根据权利要求1所述的一种采用熔融盐蓄热的压缩空气储能 发电系统，其特征在于，所述一级冷却器(4)为带有外翅片的管壳式换热器，其管程流经冷却水，壳程流经一次压缩空气，所述二级冷却器(5)为带有外翅片的管壳式换热器，其管程流经冷却水，壳程流经二次压缩空气。
3.根据权利要求1所述的一种采用熔融盐蓄热的压缩空气储能发电系统，其特征在于，所述压缩空气分别在高压级膨胀机和低压级膨胀机中膨胀做功，输出的膨胀工传递给所述电动机(1)发电。
4.根据权利要求1所述的一种采用熔融盐蓄热的压缩空气储能发电系统，其特征在于，所述低压级膨胀机(17)为容积式膨胀机，所述高压级膨胀机(16)为螺旋杆式压缩机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180202 |