一种压缩空气储能系统以及多级接力储气方法

1.本发明涉及压缩空气储能技术领域，具体涉及一种压缩空气储能系统以及多级接力储气方法。


背景技术：

2.在压缩空气储能系统中，由于压缩机和膨胀机的变工况范围有限，导致储气室压力变化范围较小，系统能量密度较低。
3.中国专利文献cn108895017a公开了一种多级恒压压缩空气储能装置，设置有多个存在高度差的储存室，上方蓄水池分别连接每个储存室，利用蓄水池与储存室的压差提供水压，存储室高度不同水压也不同，可以根据电力调控规模选择合适压力下的存储室进行存储。
4.然而，采用上述方案，还是不能解决对储气室进行压缩空气储能时，由于压缩机和膨胀机的变工况范围有限，导致的储气室内能量密度低的问题。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的压缩空气储能系统的储气室内能量密度低的缺陷，从而提供一种压缩空气储能系统及采用该压缩空气储能系统的多级接力储气方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供一种压缩空气储能系统，包括：至少一个储气室和若干分别与该储气室连通的分级压缩机；其中，用于先向所述储气室内充入压缩空气的第一分级压缩机的压缩比，小于后向所述储气室内充入压缩空气的第二分级压缩机的压缩比。
7.可选地，所述储气室包括多个，每个所述储气室均分别与若干所述分级压缩机连通。
8.可选地，若干所述分级压缩机并联设置，所述分级压缩机的进口端设置有至少一台主压缩机。
9.可选地，所述主压缩机具有串联的至少两台。
10.可选地，还包括：若干具有不同膨胀比的分级膨胀机，每台所述分级膨胀机分别与所述储气室连通。
11.可选地，若干所述分级压缩机并联设置，所述分级膨胀机的出口端设置有至少一台主膨胀机。
12.可选地，所述主膨胀机具有串联的至少两台。
13.可选地，所述分级膨胀机的进口端设有再热器。
14.可选地，所述分级压缩机的出口端设有间冷器。
15.本发明提供一种多级接力储气方法，采用上述方案中任一项所述的压缩空气储能系统，包括以下步骤：
16.通过第一分级压缩机朝向储气室内充气，使储气室内的气体压力达到第一级别压力范围；
17.然后通过第二分级压缩机朝向储气室内充气，使储气室内的气体压力达到第二级别压力范围。
18.本发明技术方案，具有如下优点：
19.1.本发明提供的压缩空气储能系统，在向储气室内充气的初期，可采用压缩比较小的第一压缩机进行工作，在对储气室内充气一段时间后，可采用压缩比较大的第二压缩机继续进行工作，从而保持每台压缩机的工况保持较小的变化，并通过多台压缩机的接力，提高第一储气室内的能量密度。
20.2.本发明提供的压缩空气储能系统，可以避免压缩机和膨胀机在低工况下效率明显下降的缺陷。
21.3.本发明提供的多级接力储气方法，通过多台压缩机分级接力朝向储气罐内充气，从而提高了储气罐的储能密度，并且避免单台压缩机工况变化过大的问题。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明的实施例中提供的压缩空气储能系统的一种实施方式的原理图。
24.附图标记说明：
25.1、第一分级压缩机；2、第二分级压缩机；3、第三分级压缩机；4、第一储气室；5、第二储气室；6、第三储气室；7、主压缩机；8、主膨胀机；9、间冷器；10、再热器；11、外界热源；12、分级膨胀机。
具体实施方式
26.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.在本发明的描述中，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
30.本实施例提供的压缩空气储能系统，用于通过压缩空气进行储能。
31.如图1所示，为本实施例提供的压缩空气储能系统的一种具体实施方式，包括：储气室和若干分别与该储气室连通的分级压缩机。其中，第一分级压缩机1用于先向该储气室内充入压缩空气，第二分级压缩机2用于后向该储气室内充入压缩空气。所述第一分级压缩机1的压缩比，小于的第二分级压缩机2的压缩比。在向储气室内充气的初期，可采用压缩比较小的第一压缩机进行工作，在对储气室内充气一段时间后，可采用压缩比较大的第二压缩机继续进行工作，从而保持每台压缩机的工况保持较小的变化，并通过多台压缩机的接力，提高第一储气室4内的能量密度。
32.如图1所示，本实施例提供的压缩空气储能系统中，所述储气室包括多个，每个所述储气室均分别与若干所述分级压缩机连通。其中，所述储气室可以为地下洞穴、储气罐、出气管道、气囊等多种形式。在进行充气储能时，首先通过第一分级压缩机1将第一储气室4内的压力充至p1～p2范围，然后再通过第二分级压缩机2对第一储气室4进行接力充气。所述第一分级压缩机1通过阀门切换可朝向第二储气室5内充气，同样将第二储气室5内的压力充至p1～p2范围。如此往复，可提高对多个储气室进行充气储能的效率，并充分利用每一级压缩机的功率，避免某个压力等级的压缩机停运造成设备浪费。
33.如图1所示，若干所述分级压缩机并联设置，所述分级压缩机的进口端设置有主压缩机7。通过该主压缩机7用于为分级压缩机的进口提供一定的压力，从而提高分级压缩机的进气量。优选的，所述主压缩机7具有串联的至少两台，从而进一步提高各分级压缩机的进口空气量。
34.如图1所示，本实施例提供的压缩空气储能系统中，还包括：若干具有不同膨胀比的分级膨胀机12，每台所述分级膨胀机12分别与所述储气室连通。具体的，本实施例中，所述分级膨胀机12与所述分级压缩机一一对应设置。通过若干所述分级压缩机，用于释放储气室内的压缩空气能量。在释能过程中，同样采用接力形式，从而达到充分利用能量的效果。另外，作为一种可替换实施方式，所述分级膨胀机12和所述分级压缩机也可以不相等。
35.如图1所示，若干所述分级压缩机并联设置，所述分级膨胀机12的出口端设置有至少一台主膨胀机8。通过给主膨胀机8进一步提高对压缩空气能的利用率。进一步的，所述主膨胀机8可以设置串联的至少两台。
36.如图1所示，本实施例提供的压缩空气储能系统中，所述分级膨胀机12的进口端设有再热器10，通过该再热器10用于提升释能的压缩空气的温度，从而能够更好的利用压缩空气储能。
37.如图1所示，本实施例提供的压缩空气储能系统中，所述分级压缩机的出口端设有间冷器9，通过该间冷器9充分利用压缩空气的压缩热。
38.如图1所示，通过间冷器9从压缩机后吸收的热量，可进入外界热源11加热，然后再在释能时，通过再热器10对压缩空气进行加热，从而提升压缩空气能的利用效果。其中外界热源11可以是填充床蓄热，也可以是相变蓄热、热化学蓄热等多种形式。
39.需要说明的是，本实施例的压缩空气储能系统中，所述分级压缩机和所述分级膨胀机12的设置数量不限于三台，可以是四台及四台以上。所述储气室的数量也不限于三个，
可以是四个及四个以上，例如可以是10个。理论上，储气室的数量越多，系统的能量密度越大。
40.本实施还提供一种多级接力储气方法，采用上述所述的压缩空气储能系统，包括以下步骤：
41.首先，通过第一分级压缩机1朝向第一储气室4内充气，使第一储气室4内的气体压力达到第一级别压力范围。
42.然后，通过第二分级压缩机2朝向该第一储气室4内充气，使第一储气室4内的气体压力达到第二级别压力范围。
43.同时，通过第一分级压缩机1朝向第二储气室5内充气，使第二储气室5内的气体压力同样达到第一级别压力范围。
44.当第一储气室4内的气体压力达到第二级别压力范围后，通过第三分级压缩机3充气，使该第一储气室4内的气体压力达到第三级别压力范围。
45.同样的，当第二储气室5内的气体压力达到第一级别压力范围后，通过第二分级压缩机2朝向该第二储气室5内充气，使第二储气室5内的气体压力达到第二级别压力范围。
46.同时，通过第一分级压缩机1朝向第三储气室6内充气，使第三储气室6内的气体压力同样达到第一级别压力范围。
47.如此，通过以分级接力的方式，对若干储气室进行充气，即能够提高每个储气室内的能量密度，又能够提高系统效率和设备利用率。
48.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。