基于熱泵技術(shù)和壓縮空氣蓄電技術(shù)的熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于能源利用領(lǐng)域，涉及一種基于壓縮空氣儲電和廢熱利用技術(shù)的熱電 冷三聯(lián)供系統(tǒng)及方法，尤其適用于熱源比較緊缺的地區(qū)或電網(wǎng)峰谷差較大地區(qū)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國電網(wǎng)中，相當(dāng)大比例的機組為熱電聯(lián)產(chǎn)機組，為了保證供熱需求，這些機組 采用"以熱定電"的方式運行，造成電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力降低，在電力需求低谷期造成了大量發(fā) 電能力的過剩和浪費，在電力需求高峰期又不得不在用電高峰時段限制用電。同時由于風(fēng) 電，太陽能光伏發(fā)電的電源輸出功率具有隨機性，波動范圍大，變化頻繁，導(dǎo)致其輸入電 網(wǎng)時對電網(wǎng)產(chǎn)生很大沖擊，為了保護大電網(wǎng)的安全可靠，很多地方對風(fēng)力發(fā)電和太陽能光 伏發(fā)電上網(wǎng)進行了限制，嚴(yán)重的阻礙了新能源的應(yīng)用。壓縮空氣儲電系統(tǒng)由于其具有在電 力負(fù)荷需求低谷期吸納多余發(fā)電能力，高峰期向電網(wǎng)饋電的能力，以及將風(fēng)電和光伏發(fā)電 等不穩(wěn)定電力供應(yīng)大規(guī)模長時間聚集儲存，然后將其以指定的功率輸入電網(wǎng)的能力，解決 了風(fēng)電等沖擊電網(wǎng)的難題，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 壓縮空氣儲電系統(tǒng)的工作原理如下：在儲能時，通過壓縮機將空氣從常溫常壓的 狀態(tài)壓縮為高溫高壓的狀態(tài)，儲存于儲氣罐中，這個過程中消耗了電力。在放能時，高壓縮 空氣從儲氣罐中流出，推動膨脹機做功，變?yōu)槌旱目諝?，膨脹機將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化 為輸出機械能輸出，帶動電動機將機械能轉(zhuǎn)化為電能輸入給電網(wǎng)。
[0004] 由于壓縮空氣儲電技術(shù)包括電能轉(zhuǎn)換為機械能儲存，再將機械能轉(zhuǎn)化為電能等 多個能量轉(zhuǎn)換過程，會產(chǎn)生大量的熱能。通常空氣從大氣環(huán)境下被壓縮至高壓儲氣狀態(tài) (5_20MPa)的壓縮過程會采用多級壓縮的方式，在空氣壓縮過程中，會產(chǎn)生大量廢熱，壓縮 機排氣溫度會比較高，為了提高壓縮效率需要在壓縮的若干級間設(shè)置級間冷卻器以降低進 入下一級壓縮機的氣體溫度。而在空氣膨脹過程中為了提高膨脹效率，需要對空氣進行預(yù) 熱，因此壓縮空氣儲電系統(tǒng)會回收壓縮產(chǎn)生的廢熱進行儲存，供膨脹時預(yù)熱使用。然而由于 過程的不可逆性和損失，仍然后產(chǎn)生大量的廢熱存在。目前國際上壓縮空氣儲電系統(tǒng)的電 能轉(zhuǎn)換效率（輸出的電量除以輸入的電量）一般為35%-65%之間，其余電能轉(zhuǎn)換為不同 品位的廢熱能，目前對于這部分廢熱能還沒有很好的利用途徑。
[0005] 同時在我國北方地區(qū)集中供熱比較高效的方式包括熱電聯(lián)供熱，水（地）源熱栗 供熱等方式。隨著城市的發(fā)展和燃煤鍋爐的取締，熱電聯(lián)產(chǎn)供熱熱量缺口越來越大。水 (地）源熱栗供熱是熱電聯(lián)產(chǎn)的重要補充，然而（地）源熱栗供熱對于地質(zhì)條件要求較高， 只能在條件適合的地方應(yīng)用。部分電力峰谷差較大的地區(qū)在采用低谷期電鍋爐供熱的方 式，這種方式將高品位的電能直接轉(zhuǎn)換為低品位的熱能，能量利用效率較低，供熱成本較 尚。
[0006] 因此回收利用壓縮空氣儲電過程中產(chǎn)生的大量廢熱進行供熱或供冷，不僅提高了 能量轉(zhuǎn)換效率，而且供熱成本較低，對環(huán)境沒有特殊需求，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0007] 壓縮空氣過程中產(chǎn)生大量的廢熱，這些廢熱溫度較高，例如，典型的級間預(yù)熱器出 口的水溫通常為115°C，而供熱所需水溫通常為60°C，直接將級間預(yù)熱器出口的水用于供 熱能利用的溫降115°C至65°C (5°C的傳熱溫差），共50°C溫降，65°C的冷卻水還需要通過冷 卻塔等方式進一步散熱降溫至30°C (受環(huán)境溫度/濕度限制）左右才能用于壓縮空氣的級 間冷卻，而且30°C左右的冷卻水溫仍然偏高。因此直接采用這些廢熱供熱會造成大量的能 源浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對上述問題，提出一種基于熱栗技術(shù)和壓縮空氣蓄電技術(shù)的熱電冷三聯(lián) 供系統(tǒng)。本系統(tǒng)不僅能夠提高能源利用效率，大幅減少運行成本，還使得壓縮空氣儲電轉(zhuǎn)換 效率提尚。
[0009] 本發(fā)明提出的一種基于熱栗技術(shù)和壓縮空氣蓄電技術(shù)的熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)，其特 征在于，該系統(tǒng)包括由包括多個壓縮機、高壓儲氣罐、多個膨脹機組成的壓縮空氣儲電子系 統(tǒng)，由冷卻器組成的廢熱回收子系統(tǒng)，由多個儲水罐構(gòu)成的廢熱儲存子系統(tǒng)，預(yù)熱器構(gòu)成的 廢熱反饋子系統(tǒng)，由包括吸收式熱栗，換熱器，冷卻裝置組成的廢熱應(yīng)用子系統(tǒng)；其中，廢熱 回收子系統(tǒng)的冷卻器連接在壓縮空氣儲電子系統(tǒng)的壓縮機和高壓儲氣罐之間；廢熱反饋子 系統(tǒng)的預(yù)熱器連接在壓縮空氣儲電子系統(tǒng)的高壓儲氣罐和膨脹機之間；廢熱儲存子系統(tǒng)的 儲水罐連接在廢熱回收子系統(tǒng)和廢熱反饋子系統(tǒng)之間，廢熱反饋子系統(tǒng)還與廢熱應(yīng)用子系 統(tǒng)相連。
[0010] 本發(fā)明的特點及有益效果：
[0011] 采用熱栗技術(shù)深度利用壓縮空氣儲電過程中產(chǎn)生的廢熱，不僅能夠提高能源利用 效率，大幅減少運行成本，增加供熱/供冷面積，而且還進一步降低了用于冷卻壓縮空氣的 水溫，使得壓縮空氣儲電轉(zhuǎn)換效率提高。
[0012] 采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以利用的熱量為115°C至25°C之間，共90°C的溫降，大 幅的提升了供熱能力，而且使得冷卻水溫降低至25°C，提高了空氣壓縮過程的冷卻效率。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)實施例總體結(jié)構(gòu)及典型的工作流程示意圖；
[0015] 圖3為本實施例中級間冷卻器的不同組合形式，其中，（a)為級間冷卻器并聯(lián)形 式，（b)為級間冷卻器串聯(lián)形式；
[0016] 圖4為本實施例中級間廢熱器的不同組合形式，其中，（a)為級間預(yù)熱器并聯(lián)形 式，（b)為級間預(yù)熱器串聯(lián)形式；
[0017] 圖5為本實施例中直接采用廢熱進行供熱的形式。
[0018] 圖中各設(shè)備的標(biāo)號如下：
[0019] 1-壓縮機 2-級間冷卻器 3-壓縮機 4-級間冷卻器
[0020] 5-壓縮機 6-級間冷卻器 7-儲氣罐 8-級間預(yù)熱器
[0021] 9-膨脹機 10-級間預(yù)熱器11-膨脹機12-級間預(yù)熱器
[0022] 13-膨脹機14-高溫蓄熱罐15-低溫蓄熱罐16-吸收式熱栗的發(fā)生器
[0023] 17-吸收式熱栗的蒸發(fā)器18-吸收式熱栗的冷凝器19-換熱器20-冷卻器
[0024] 21，22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 32, 33-閥門 30-熱水驅(qū)動型吸收式熱栗，34-換 熱器
【具體實施方式】
[0025] 基于熱栗技術(shù)和壓縮空氣蓄電技術(shù)的熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)結(jié)合附圖及實施例進一 步說明如下：
[0026] 本發(fā)明提出的基于熱栗技術(shù)和壓縮空氣蓄電技術(shù)的熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)，如圖1所 示，該系統(tǒng)包括由包括多個壓縮機、高壓儲氣罐、多個膨脹機組成的壓縮空氣儲電子系統(tǒng) I，由冷卻器組成的廢熱回收子系統(tǒng)II，由多個儲水罐構(gòu)成的廢熱儲存子系統(tǒng)III，預(yù)熱器構(gòu) 成的廢熱反饋子系統(tǒng)IV，由包括吸收式熱栗，換熱器，冷卻裝置組成的廢熱應(yīng)用子系統(tǒng)V五 個子系統(tǒng)；其中，廢熱回收子系統(tǒng)II的冷卻器連接在壓縮空氣儲電子系統(tǒng)I的壓縮機和高 壓儲氣罐之間；廢熱反饋子系統(tǒng)IV的預(yù)熱器連接在壓縮空氣儲電子系統(tǒng)I的高壓儲氣罐和 膨脹機之間；廢熱儲存子系統(tǒng)III的儲水罐連接在廢熱回收子系統(tǒng)和廢熱反饋子系統(tǒng)IV之 間，廢熱反饋子系統(tǒng)IV還與廢熱應(yīng)用子系統(tǒng)V相連。
[0027] 本發(fā)明的工作原理：當(dāng)電力需求低谷期時，來自電網(wǎng)的電力驅(qū)動壓縮空氣儲電系 統(tǒng)I的壓縮機將空氣進行壓縮，壓縮過程中產(chǎn)生的廢熱被廢熱回收子系統(tǒng)回收II，并進入 廢熱儲存子系統(tǒng)III中進行儲存。當(dāng)電力需求高峰期時，通過廢熱反饋子系統(tǒng)IV對膨脹的空 氣進行預(yù)熱，提高電力轉(zhuǎn)換效率；多余的廢熱進入廢熱應(yīng)用子系統(tǒng)V中用于建筑的供熱或 供冷。由于廢熱應(yīng)用子系統(tǒng)中采用了熱栗技術(shù)，因此相對于直接利用廢熱供熱的方式，通過 這種方式提高了