一种集成固体电蓄热的压缩空气储能系统

本技术属于可再生能源技术以及压缩气体储能，具体而言，涉及一种集成固体电蓄热的压缩空气储能系统。

背景技术：

1、压缩空气储能技术具有效率高、对环境友好、生命周期长等优点，是保证可再生能源大规模安全并网的有效技术之一。人工储罐的应用使压缩空气储能系统摆脱了地理限制，但相应的储罐的价格非常昂贵。传统压缩空气储能系统均为恒容的，储气装置的容积利用率低，导致所需的工质多，所使用的储罐容积大、压力高、价格昂贵，恒压压缩空气储能可以提高储气装置的利用率，从而降低储罐的价格，并且可以使膨胀机在其高效状态下稳定运行。另一方面，现有压缩空气储能大都采用绝热压缩方案，但受限于压缩机技术，现有工业压缩机的实际出口温度最高只能达到400℃，导致储能系统单位工质质量的功量较低，需要的高压储气罐体积较大，而且系统比较复杂，需要一套热能存储系统，投资成本较高。

2、因此，亟需一种经济价值高的压缩空气储能技术。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种集成固体电蓄热的压缩空气储能系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本实用新型提供的储能系统，利用固体电蓄热装置存储高温的热能(800-1600℃)，大幅度增加单位工质的做功量，减小同等功率级下储能系统所需要的高压储罐体积。本实用新型的压缩空气储能系统，具有不受地理条件限制、部件设计简单、投资成本低等优点。

2、为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、本实用新型的一种集成固体电蓄热的压缩空气储能系统，包括：空气压缩单元、恒压储罐、稳压单元、回热器、电蓄热器、空气膨胀机；

4、所述空气压缩单元用于将来自环境的空气压缩至高压状态；

5、所述恒压储罐用于存储压缩后的高压空气；

6、所述稳压单元用于使所述恒压储罐内的空气压力保持恒定不变；

7、所述回热器用于回收所述空气膨胀机排气的废热；

8、所述电蓄热用于将输入电转化为高温热量并存储；

9、所述空气膨胀机用于高温高压空气膨胀做功。

10、本实用新型的进一步改进在于，所述空气压缩单元包括：依次交替连接的多个空气压缩机和多个冷却器，在最前的所述空气压缩机与环境相连接，位于最后的所述冷却器与所述恒压储罐进口相连接；

11、更进一步地，所述空气压缩单元包括依次连接的第一空气压缩机、第一冷却器、第二空气压缩机、第二冷却器、第三空气压缩机、第三冷却器、第四空气压缩机、第四冷却器、第五空气压缩机、第五冷却器、第六空气压缩机、第六冷却器；

12、所述稳压单元包括：柔性气囊、二氧化碳压缩机、冷凝器、节流阀、液态二氧化碳储罐、蒸发器；所述柔性气囊出口经过所述二氧化碳压缩机、所述冷凝器热侧通道、所述节流阀连接至所述液态二氧化碳储罐进口，所述液态二氧化碳储罐出口经过所述蒸发器冷侧通道连接至所述柔性气囊进口；

13、更进一步地，所述节流阀出口连接至所述二氧化碳压缩机进口；

14、更进一步地，所述柔性气囊置于所述恒压储罐内部，将空气和二氧化碳完全隔开；

15、所述恒压储罐出口经过所述回热器冷侧通道、所述电蓄热器空气通道、所述空气膨胀机、所述回热器热侧通道连接至外界大气。

16、本实用新型的进一步改进在于，所述一种集成固体电蓄热的压缩空气储能系统还包括蓄冷单元，所述蓄冷单元包括：第一水罐、第二水罐；

17、所述第一水罐出口经过所述冷凝器低温侧通道连接至所述第二水罐进口；所述第一水罐出口设有第一水泵；

18、所述第二水罐出口经过所述蒸发器高温侧通道连接至所述第一水罐进口；所述第二水罐出口设有第二水泵。

19、本实用新型的进一步改进在于，所述每个冷却器冷侧通道出口的热量并不存储，被其他用途直接利用或者直接耗散到大气中。

20、本实用新型的进一步改进在于，所述电蓄热器内部置有含空气通道的高温蓄热固体材料，固体材料之间设有高压电阻丝，外部设有耐高温保温绝缘陶瓷。

21、另外，本实用新型的一种集成固体电蓄热的压缩空气储能系统的运行方法，包括以下步骤：

22、蓄能过程：空气从环境进入压缩单元被压缩至高压状态，经冷却器冷却后存储在恒压储罐中，每个冷却器冷侧通道出口的热量并不存储，被其他用途直接利用或者直接耗散到大气中；与此同时，输入电蓄热器的电被电阻丝转化为高温热量并存储在固体蓄热材料中；进入恒压储罐的高压空气将柔性气囊中的二氧化碳排出，随后二氧化碳被压缩并被来自第一水罐的水冷凝然后节流到存储压力存储在液态二氧化碳储罐中，吸收热能后的水储存在第二水罐中；

23、释能过程：液态二氧化碳储罐排出的二氧化碳液体进入蒸发器中，被第二水罐中的热水加热成二氧化碳气体后进入柔性气囊存储；同时，空气从恒压储罐中排出，进入空气回热器进行预热后并经过电蓄热器进一步加热后进入空气膨胀机膨胀做功发电，膨胀后的空气进入空气回热器与恒压储罐排出的高压空气换热后排入大气。

24、本实用新型的进一步改进在于，所述储能系统运行过程中，恒压储罐和柔性气囊内的压力始终保持不变。

25、本实用新型的进一步改进在于，所述空气膨胀机前设有电蓄热器，使空气膨胀机入口温度达到800℃以上。

26、本实用新型的有益效果为：

27、1.本实用新型设有高温电蓄热器，大幅度增加空气膨胀机入口温度(800℃以上)，单位质量流量工质的做功能力增强，所需要存储的高压减少，高压储罐的投资成本有效减小；

28、2.压缩热不再需要存储，不再需要复杂的蓄热循环，系统更加简洁易操作，同时减去了液体蓄热材料和储罐投资。

技术特征：

1.一种集成固体电蓄热的压缩空气储能系统，其特征在于，包括：空气压缩单元、恒压储罐(13)、稳压单元、回热器(20)、电蓄热器(21)、空气膨胀机(22)；

2.根据权利要求1所述的一种集成固体电蓄热的压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气压缩单元包括：依次交替连接的多个空气压缩机和多个冷却器，在最前的所述空气压缩机与环境相连接，位于最后的所述冷却器与所述恒压储罐(13)进口相连接；

3.根据权利要求2所述的一种集成固体电蓄热的压缩空气储能系统，其特征在于，还包括蓄冷单元，所述蓄冷单元包括：第一水罐(23)、第二水罐(25)；

4.根据权利要求2所述的一种集成固体电蓄热的压缩空气储能系统，其特征在于，所述每个冷却器冷侧通道出口的热量并不存储，被其他用途直接利用或者直接耗散到大气中。

5.根据权利要求2所述的一种集成固体电蓄热的压缩空气储能系统，其特征在于，所述电蓄热器(21)内部置有含空气通道的高温蓄热固体材料，固体材料之间设有高压电阻丝，外部设有耐高温保温绝缘陶瓷。

技术总结
本技术提供了一种集成固体电蓄热的压缩空气储能系统，涉及能量储存技术领域，包括空气压缩单元、储气单元、二氧化碳压缩单元、二氧化碳液化单元、储液单元、二氧化碳蒸发单元、空气回热单元、空气膨胀单元。本发明提供的储能系统，利用二氧化碳相变的体积变化来使储气装置始终保持在恒定压力，且释能后的二氧化碳高压储存，极大减小了柔性气囊的尺寸。采用电蓄热器对进入空气膨胀机前的高压空气进行加热，提高空气膨胀机入口工质的温度，提升了单位质量流量工质的做功能力。本技术的压缩空气储能系统，具有不受地理条件限制、部件设计简单、投资成本低等优点。

技术研发人员：刘展,张遥
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：20231221
技术公布日：2024/9/23