一種壓縮空氣儲(chǔ)能裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種新型的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，特別是一種適合變工況運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，該壓縮空氣儲(chǔ)能裝置將輸入電能的變工況輸入功率范圍劃分為若干等級(jí)，各功率等級(jí)與壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的壓力等級(jí)對(duì)應(yīng)。當(dāng)輸入的電能功率變化較大時(shí)，通過(guò)改變壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的壓縮空氣壓力等級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)變工況運(yùn)行，并存儲(chǔ)電能；當(dāng)輸入的電能功率變化較小時(shí)，壓縮空氣的壓力等級(jí)保持不變，通過(guò)調(diào)整壓縮空氣的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)變工況運(yùn)行，并存儲(chǔ)電能。不同壓力的壓縮空氣通過(guò)定壓存儲(chǔ)方式分別存儲(chǔ)。采用該發(fā)明進(jìn)行壓縮空氣儲(chǔ)能，可以保證在電能輸入功率大幅度頻繁變化的情況下，系統(tǒng)的各主要設(shè)備始終在額定工況附近運(yùn)行，因而大大提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種壓縮空氣儲(chǔ)能裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種使用壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，尤其涉及一種通過(guò)綜合控制壓縮空氣的壓力和流量，來(lái)適應(yīng)輸入電能的變工況性能，實(shí)現(xiàn)電能存儲(chǔ)裝置，特別適用于輸入功率大范圍頻繁變化的情況，比如風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電等。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)是一種電力儲(chǔ)能技術(shù)，傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的原理是:在儲(chǔ)能過(guò)程中，電能驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)壓縮空氣，將電能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣的內(nèi)能，并儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣室內(nèi)；在釋能過(guò)程中，壓縮空氣從儲(chǔ)氣室內(nèi)放出，通過(guò)空氣膨脹機(jī)膨脹，空氣膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而向外界輸出電能。
[0003]壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)可以解決目前風(fēng)力發(fā)電中存在的問(wèn)題。近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電得到了迅速發(fā)展，但是風(fēng)電輸出功率隨著風(fēng)向和強(qiáng)度隨時(shí)變化，波動(dòng)范圍大，變化頻繁，導(dǎo)致其輸入電網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很大沖擊。為了保護(hù)大電網(wǎng)的安全可靠，很多地方對(duì)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行了限制，甚至出現(xiàn)了風(fēng)電不允許上網(wǎng)的現(xiàn)象，阻礙了風(fēng)電的發(fā)展。壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)可以存儲(chǔ)功率不斷變化的風(fēng)電，然后將其以指定的功率輸入電網(wǎng)，從而解決了風(fēng)電沖擊電網(wǎng)的難題。
[0004]雖然傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能可以解決上述問(wèn)題，但是系統(tǒng)效率仍然較低，主要源于兩方面原因。
[0005]首先，當(dāng)儲(chǔ)能過(guò)程輸入電能的功率大幅度頻繁變化時(shí)，空氣壓縮機(jī)一直處于變工況條件下工作，遠(yuǎn)離額定工作條件，設(shè)備效率低。尤其情況嚴(yán)重時(shí)，很可能出現(xiàn)設(shè)備不能正常工作，甚至損壞的嚴(yán)重后果。
[0006]其次，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)往往是向一定容積的儲(chǔ)氣室存儲(chǔ)空氣，導(dǎo)致其在儲(chǔ)能過(guò)程中空氣壓縮機(jī)的背壓不斷上升。這使得空氣壓縮機(jī)始終處于部分負(fù)載的工作狀態(tài)，不能在額定工況下穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)備的效率大大降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本實(shí)用新型提出了一種適合變工況的新型壓縮空氣儲(chǔ)能裝置。與傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能方法相比，本實(shí)用新型的裝置可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的各主要設(shè)備在工作過(guò)程中始終在額定工況附近工作，從而大大提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能效率。
[0008]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0009]一種壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，包括空氣壓縮機(jī)組和若干臺(tái)定壓存儲(chǔ)設(shè)備，其特征在于，所述空氣壓縮機(jī)組包括若干臺(tái)空氣壓縮機(jī)，各空氣壓縮機(jī)按照設(shè)計(jì)壓力由低到高的順序通過(guò)管道串聯(lián)連接，第一臺(tái)空氣壓縮機(jī)進(jìn)口與大氣相通，其后每臺(tái)空氣壓縮機(jī)的進(jìn)口通過(guò)主連接管道連通前面一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的出口 ；相鄰兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)之間的連接管道上還設(shè)有分支管路，分支管路與對(duì)應(yīng)壓力的定壓儲(chǔ)氣設(shè)備的進(jìn)氣口相連；最后一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的出口通過(guò)管路直接與一對(duì)應(yīng)壓力的定壓儲(chǔ)氣設(shè)備相連。[0010]優(yōu)選地，相鄰兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)之間的主連接管道上均設(shè)有控制閥門(mén)，且所述控制閥門(mén)設(shè)置于相應(yīng)的分支管路連接點(diǎn)的下游的主連接管道上；與各定壓儲(chǔ)氣設(shè)備相連的管路上也設(shè)有控制閥門(mén)。
[0011]優(yōu)選地，每臺(tái)空氣壓縮機(jī)均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且各電機(jī)均配有變頻器。
[0012]優(yōu)選地，所有空氣壓縮機(jī)的額定流量一致。
[0013]優(yōu)選地,第一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的額定功率對(duì)應(yīng)最小電能輸入功率等級(jí),前兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)的額定功率之和對(duì)應(yīng)第二電能輸入功率等級(jí)……以此類(lèi)推，所有空氣壓縮機(jī)額定功率之和對(duì)應(yīng)最大電能輸入功率等級(jí)；第一臺(tái)空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)口壓力為大氣壓力，其后每臺(tái)空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)口壓力為前面一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的出口壓力，第一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的出口壓力為第一壓力等級(jí)，第二臺(tái)空氣壓縮機(jī)的出口壓力為第二壓力等級(jí)……以此類(lèi)推，最后一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的出口壓力為最大壓力等級(jí)；根據(jù)不同電能輸入功率等級(jí)，啟動(dòng)相應(yīng)臺(tái)數(shù)的空氣壓縮機(jī)，空氣通過(guò)這些空氣壓縮機(jī)后，即可得到對(duì)應(yīng)輸入電能功率等級(jí)的壓力等級(jí)的壓縮空氣，得到的壓縮空氣引入對(duì)應(yīng)壓力等級(jí)的定壓儲(chǔ)氣設(shè)備。
[0014]優(yōu)選地，當(dāng)輸入的電能功率變化較大，在不同功率等級(jí)間變化時(shí)，通過(guò)改變空氣壓縮機(jī)組的壓力等級(jí)來(lái)存儲(chǔ)電能。
[0015]優(yōu)選地，當(dāng)輸入的電能功率變化較小，在同一功率等級(jí)內(nèi)變化時(shí)，保持空氣壓縮機(jī)組的壓力等級(jí)不變，通過(guò)調(diào)整壓縮空氣的流量來(lái)存儲(chǔ)電能。
[0016]優(yōu)選地，所述空氣壓縮機(jī)為活塞式壓縮機(jī)、軸流式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)或螺桿式壓縮機(jī)中的一種或其組合。
[0017]優(yōu)選地，所述定壓儲(chǔ)氣設(shè)備為定壓儲(chǔ)氣柜，或采用能夠保證背壓穩(wěn)定的空氣液化裝置。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是:1.可以存儲(chǔ)輸入功率大幅度頻繁變化的電能，特別適合用于風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電的存儲(chǔ)；2.裝置的各主要設(shè)備始終在額定工況附近運(yùn)行，裝置的儲(chǔ)能效率大大提高。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中1.一級(jí)空氣壓縮機(jī)，2.—級(jí)變頻器，3.—級(jí)定壓儲(chǔ)氣裝置，4.二級(jí)空氣壓縮機(jī)，5.二級(jí)變頻器，6.二級(jí)定壓儲(chǔ)氣裝置，7.三級(jí)空氣壓縮機(jī)，8.三級(jí)變頻器，9.三級(jí)定壓儲(chǔ)氣裝置，10-14.閥門(mén)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，以下所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不因此而限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0022]該實(shí)施例為一中等規(guī)模的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，該裝置可以實(shí)現(xiàn)各主要設(shè)備在儲(chǔ)能功率范圍內(nèi)始終在額定工況附近工作。該裝置的輸入功率范圍為42.5-297.5kW，共分三個(gè)功率等級(jí)。其中，第一輸入功率等級(jí)為85kW，功率范圍在42.5-127.5kW之間，對(duì)應(yīng)的壓縮空氣的壓力為0.85MPa，即第一壓力等級(jí)；第二輸入功率等級(jí)為170kW，功率范圍在127.5-212.5kW之間，對(duì)應(yīng)的壓縮空氣的壓力為7MPa，即第二壓力等級(jí)；第三輸入功率等級(jí)為255kW，功率范圍在212.5-297.5kW之間，對(duì)應(yīng)的壓縮空氣的壓力為32MPa，即第三壓力等級(jí)。對(duì)應(yīng)三級(jí)輸入功率，裝置設(shè)有三臺(tái)空氣壓縮機(jī)，分別是一級(jí)空氣壓縮機(jī)1、二級(jí)空氣壓縮機(jī)4、三級(jí)空氣壓縮機(jī)7，和三臺(tái)定壓儲(chǔ)氣設(shè)備，分別是一級(jí)定壓儲(chǔ)氣裝置3、二級(jí)定壓儲(chǔ)氣裝置6、三級(jí)定壓儲(chǔ)氣裝置9?？諝鈮嚎s機(jī)1、4、7分別包括一級(jí)變頻器2、二級(jí)變頻器5、三級(jí)變頻器8。三臺(tái)空氣壓縮機(jī)1、4、7按照設(shè)計(jì)壓力由小到大的順序依次串聯(lián)，串聯(lián)管道上設(shè)有分支管道，分支管道與對(duì)應(yīng)管道壓力的定壓儲(chǔ)氣設(shè)備3、6、9的進(jìn)氣口相連。管道上設(shè)有閥門(mén)10-14，通過(guò)閥門(mén)控制壓縮空氣的流向。
[0023]在空氣壓縮機(jī)組中，一級(jí)空氣壓縮機(jī)I的額定輸入功率為85kW，供氣量為850Nm3/h，進(jìn)氣壓力為常壓，排氣壓力為0.85MPa。一級(jí)空氣壓縮機(jī)I為活塞式壓縮機(jī)，分為兩級(jí)進(jìn)行壓縮。二級(jí)空氣壓縮機(jī)4的額定輸入功率為85kW，供氣量為850Nm3/h，進(jìn)氣壓力為
0.85MPa，排氣壓力為7MPa。二級(jí)空氣壓縮機(jī)4為活塞式壓縮機(jī)，分為兩級(jí)進(jìn)行壓縮。三級(jí)空氣壓縮機(jī)7的額定輸入功率為85kW，供氣量為850Nm3/h，進(jìn)氣壓力為7MPa，排氣壓力為32MPa。三級(jí)空氣壓縮機(jī)7為活塞式壓縮機(jī)，分為兩級(jí)進(jìn)行壓縮。
[0024]在定壓儲(chǔ)氣設(shè)備中，一級(jí)定壓儲(chǔ)氣設(shè)備3使用恒壓儲(chǔ)罐進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)壓力為
0.85MPa，最大儲(chǔ)氣容積為2000m3 ;二級(jí)定壓儲(chǔ)氣設(shè)備6為恒壓儲(chǔ)罐，存儲(chǔ)壓力為7MPa，最大儲(chǔ)氣容積為200m3 ;三級(jí)定壓儲(chǔ)氣設(shè)備9為為恒壓儲(chǔ)罐，存儲(chǔ)壓力為32MPa，最大儲(chǔ)氣容積為40m3。
[0025]依據(jù)本實(shí)用新型的壓縮空氣儲(chǔ)能方法，該壓縮空氣儲(chǔ)能裝置的具體工作過(guò)程如下:
[0026]在外界電能輸入功率為42.5-127.5kff的功率范圍內(nèi)，啟動(dòng)一級(jí)空氣壓縮機(jī)1，關(guān)閉閥門(mén)10，打開(kāi)閥門(mén)11，空氣通過(guò)空氣一級(jí)壓縮機(jī)I壓縮后，壓力升高至0.85MPa，被引入一級(jí)定壓儲(chǔ)氣設(shè)備3進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)輸入功率在該功率范圍內(nèi)變化時(shí)，壓縮空氣出口壓力穩(wěn)定在0.85MPa，通過(guò)一級(jí)變頻器2調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)I的流量來(lái)適應(yīng)功率的變化。對(duì)應(yīng)該功率的變化范圍，壓縮空氣的供氣量在425-1275Nm3/h的范圍內(nèi)變化。在外界電能輸入功率為127.5-212.5kff的功率范圍內(nèi)，啟動(dòng)一級(jí)空氣壓縮機(jī)1、4，關(guān)閉閥門(mén)11、12、14，打開(kāi)閥門(mén)10、13，空氣依次通過(guò)一級(jí)空氣壓縮機(jī)1、二級(jí)空氣壓縮機(jī)4壓縮后，壓力升高至7MPa，被引入二級(jí)定壓儲(chǔ)氣設(shè)備6。當(dāng)輸入功率在該功率范圍內(nèi)變化時(shí)，壓縮空氣出口壓力穩(wěn)定在7MPa，通過(guò)一級(jí)變頻器2、二級(jí)變頻器5調(diào)節(jié)一級(jí)空氣壓縮機(jī)1、二級(jí)空氣壓縮機(jī)4的流量來(lái)適應(yīng)功率的變化。對(duì)應(yīng)該功率等級(jí)的變化范圍，壓縮空氣的供氣量在637.5-1062.5Nm3/h的范圍內(nèi)變化。在外界電能輸入功率為212.5-297.5kff的功率范圍內(nèi)，啟動(dòng)一級(jí)空氣壓縮機(jī)1、二級(jí)空氣壓縮機(jī)4、三級(jí)空氣壓縮機(jī)7，關(guān)閉閥門(mén)11、13，打開(kāi)閥門(mén)10、12、14，空氣依次通過(guò)一級(jí)空氣壓縮機(jī)1、二級(jí)空氣壓縮機(jī)4、三級(jí)空氣壓縮機(jī)7壓縮后，被引入三級(jí)定壓儲(chǔ)氣設(shè)備
9。當(dāng)外界電能輸入功率在該功率范圍內(nèi)變化時(shí)，壓縮空氣出口壓力保持在32MPa，通過(guò)一級(jí)變頻器2、二級(jí)變頻器5、三級(jí)變頻器8調(diào)節(jié)一級(jí)空氣壓縮機(jī)1、二級(jí)空氣壓縮機(jī)4、三級(jí)空氣壓縮機(jī)7的流量來(lái)適應(yīng)功率的變化。對(duì)應(yīng)該功率等級(jí)的變化范圍，壓縮空氣的供氣量在705.5-991.7Nm3/h的范圍內(nèi)變化。
[0027]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，包括空氣壓縮機(jī)組和若干臺(tái)定壓存儲(chǔ)設(shè)備，其特征在于，所述空氣壓縮機(jī)組包括若干臺(tái)空氣壓縮機(jī)，各空氣壓縮機(jī)按照設(shè)計(jì)壓力由低到高的順序通過(guò)管道串聯(lián)連接，第一臺(tái)空氣壓縮機(jī)進(jìn)口與大氣相通，其后每臺(tái)空氣壓縮機(jī)的進(jìn)口通過(guò)主連接管道連通前面一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的出口 ；相鄰兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)之間的連接管道上還設(shè)有分支管路，分支管路與對(duì)應(yīng)壓力的定壓儲(chǔ)氣設(shè)備的進(jìn)氣口相連；最后一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的出口通過(guò)管路直接與一對(duì)應(yīng)壓力的定壓儲(chǔ)氣設(shè)備相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，其特征在于:相鄰兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)之間的主連接管道上均設(shè)有控制閥門(mén)，且所述控制閥門(mén)設(shè)置于相應(yīng)的分支管路連接點(diǎn)的下游的主連接管道上；與各定壓儲(chǔ)氣設(shè)備相連的管路上也設(shè)有控制閥門(mén)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，其特征在于:每臺(tái)空氣壓縮機(jī)均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且各電機(jī)均配有變頻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，其特征在于:所有空氣壓縮機(jī)的額定流量一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，其特征在于:第一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的額定功率對(duì)應(yīng)最小電能輸入功率等級(jí),前兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)的額定功率之和對(duì)應(yīng)第二電能輸入功率等級(jí)……以此類(lèi)推，所有空氣壓縮機(jī)額定功率之和對(duì)應(yīng)最大電能輸入功率等級(jí)；第一臺(tái)空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)口壓力為大氣壓力，其后每臺(tái)空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)口壓力為前面一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的出口壓力，第一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的出口壓力為第一壓力等級(jí)，第二臺(tái)空氣壓縮機(jī)的出口壓力為第二壓力等級(jí)……以此類(lèi)推，最后一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的出口壓力為最大壓力等級(jí)；根據(jù)不同電能輸入功率等級(jí)，啟動(dòng)相應(yīng)臺(tái)數(shù)的空氣壓縮機(jī)，空氣通過(guò)這些空氣壓縮機(jī)后，即可得到對(duì)應(yīng)輸入電能功率等級(jí)的壓力等級(jí)的壓縮空氣，得到的壓縮空氣引入對(duì)應(yīng)壓力等級(jí)的定壓儲(chǔ)氣設(shè)備。`
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，其特征在于:當(dāng)輸入的電能功率變化較大，在不同功率等級(jí)間變化時(shí)，通過(guò)改變空氣壓縮機(jī)組的壓力等級(jí)來(lái)存儲(chǔ)電能。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，其特征在于:當(dāng)輸入的電能功率變化較小，在同一功率等級(jí)內(nèi)變化時(shí)，保持空氣壓縮機(jī)組的壓力等級(jí)不變，通過(guò)調(diào)整壓縮空氣的流量來(lái)存儲(chǔ)電能。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述空氣壓縮機(jī)為活塞式壓縮機(jī)、軸流式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)或螺桿式壓縮機(jī)中的一種或其組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓縮空氣儲(chǔ)能裝置，其特征在于，所述定壓儲(chǔ)氣設(shè)備為定壓儲(chǔ)氣柜，或采用能夠保證背壓穩(wěn)定的空氣液化裝置。
【文檔編號(hào)】F04B41/06GK203584748SQ201320788470
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】楊征, 陳海生, 李文, 王亮, 盛勇, 譚春青 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所