本技術(shù)涉及壓縮空氣儲能，具體涉及一種用戶側(cè)壓縮空氣儲能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的動力源之一，由于其具有安全、環(huán)保、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點，使其在冶金領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在鋼鐵生產(chǎn)的各個工序，如原料、煉鐵、煉鋼、軋鋼中，無論是儀表閥門控制、設(shè)備吹掃、氣動設(shè)備驅(qū)動還是氣力輸送等，都需要使用壓縮空氣。壓縮空氣站是壓縮空氣的生產(chǎn)單元，也是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)中不可缺少的供能單位。鋼鐵企業(yè)中的壓縮空氣需求量大，大型鋼鐵企業(yè)中壓縮空氣的使用量可以達(dá)到12萬-20萬m3/h。鋼鐵行業(yè)是用電大戶，年用電量占總發(fā)電量的9.4％以上，其中壓縮空氣系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)主要用電單業(yè)之一，占整個工廠總耗能的15％～30％，耗能巨大。同時，當(dāng)前鋼鐵企業(yè)由于產(chǎn)能過剩等原因，往往出現(xiàn)壓縮機(jī)設(shè)計氣量與實際壓縮空氣用量不匹配的情況，造成了設(shè)備閑置，占地過大而且維修費用高等問題。

2、針對以上問題，現(xiàn)有技術(shù)中存在一種壓縮空氣儲能與供氣耦合的裝置系統(tǒng)及供氣方法，其記載了：將壓縮空氣儲能與供氣相耦合，可儲存低價谷電，降低鋼鐵廠用電成本，而且將壓縮空氣儲能系統(tǒng)產(chǎn)生的壓縮空氣應(yīng)用與鋼鐵廠各工藝領(lǐng)域，滿足其對壓縮空氣的需求，大幅度提高了鋼鐵廠運行的經(jīng)濟(jì)性，具有規(guī)?；茝V應(yīng)用前景。

3、該技術(shù)中表述不添加額外的壓縮機(jī)，在儲能階段僅利用鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有壓縮機(jī)對空氣進(jìn)行壓縮顯然是不現(xiàn)實的。由于現(xiàn)有壓縮機(jī)的設(shè)計條件是單臺運行，并聯(lián)供氣，所以是無法實現(xiàn)壓縮機(jī)串聯(lián)多級加壓過程的。如果僅把壓縮空氣壓縮到1.5mpa，而不是高壓狀態(tài)，那么儲氣裝置的體積將大幅增大，成本將大幅提升。

4、該技術(shù)中表述的壓縮空氣供氣方法是壓縮空氣用戶所需要的壓力等級，分級抽取壓縮空氣供應(yīng)。鋼鐵企業(yè)壓縮空氣的供應(yīng)方法主要有兩種，集中供應(yīng)和分散供應(yīng)。對于分散供應(yīng)的場景，此供氣方法可以使用，但是由于分散供應(yīng)氣量小，所以儲能效率會大幅降低。目前集中供應(yīng)壓縮空氣是鋼鐵企業(yè)空壓系統(tǒng)的趨勢，并且集中供應(yīng)氣量大，產(chǎn)生的壓縮空氣統(tǒng)一并入0.6-0.8mpa壓縮空氣管網(wǎng)，再分配給各用戶點，因此此種方法并不適用。

5、該技術(shù)中未考慮利用鋼鐵企業(yè)大量的余熱資源，由于壓縮空氣儲能技術(shù)存在多種能量形式得轉(zhuǎn)化，因此可以將鋼鐵企業(yè)得余熱應(yīng)用到壓縮空氣儲能系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)綜合效率。

6、此外，現(xiàn)有技術(shù)中還存在一種壓縮空氣儲能和電站鍋爐耦合運行系統(tǒng)，包括壓縮-冷卻設(shè)備、常溫儲氣設(shè)備、電站鍋爐和回?zé)?膨脹做功設(shè)備；壓縮-冷卻設(shè)備包括空氣壓縮機(jī)組和鍋爐進(jìn)風(fēng)加熱器；回?zé)?膨脹做功設(shè)備包括鍋爐尾氣余熱回收器和空氣渦輪發(fā)電機(jī)組；鍋爐進(jìn)風(fēng)加熱器將空氣壓縮機(jī)組產(chǎn)生的壓縮空氣與鍋爐進(jìn)風(fēng)充分換熱后導(dǎo)入常溫儲氣設(shè)備，將加熱后的鍋爐進(jìn)風(fēng)導(dǎo)入電站鍋爐參與燃燒；鍋爐尾氣余熱回收器回收鍋爐尾氣中的余熱，對加熱從常溫儲氣設(shè)備導(dǎo)出的常溫壓縮空氣；被加熱的壓縮空氣導(dǎo)入空氣渦輪發(fā)電機(jī)組，用于發(fā)電。通過本系統(tǒng)，能有效解決壓縮空氣儲能和鍋爐運行所各自造成的能源損失的問題。

7、但上述系統(tǒng)并沒有對壓縮空氣儲能過程中產(chǎn)生的壓縮空氣進(jìn)行合理的再利用，一定程度上造成了能源的浪費，且未考慮利用耦合對象現(xiàn)有設(shè)備。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本技術(shù)實施例提供一種用戶側(cè)壓縮空氣儲能系統(tǒng)，能夠至少部分地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

2、本技術(shù)實施例提供一種用戶側(cè)壓縮空氣儲能系統(tǒng)，包括：

3、空壓系統(tǒng)，對原料空氣進(jìn)行壓縮并將生成的壓縮空氣輸送至壓縮空氣管道和二級加壓系統(tǒng)；

4、二級加壓系統(tǒng)，與所述空壓系統(tǒng)連接，對所述空壓系統(tǒng)輸送的壓縮空氣進(jìn)行再次加壓后輸送至高壓儲氣系統(tǒng)；

5、儲熱及換熱系統(tǒng)，與所述二級加壓系統(tǒng)連接，收集并儲存所述二級加壓系統(tǒng)在對空氣進(jìn)行加壓時產(chǎn)生的壓縮熱；

6、高壓儲氣系統(tǒng)，與所述二級加壓系統(tǒng)連接，儲存所述二級加壓系統(tǒng)輸送的高壓空氣；

7、膨脹發(fā)電系統(tǒng)，與所述儲熱及換熱系統(tǒng)及所述高壓儲氣系統(tǒng)連接，利用所述儲熱及換熱系統(tǒng)儲存的壓縮熱對從所述高壓儲氣系統(tǒng)儲存的高壓空氣進(jìn)行加熱，利用加熱后的高壓空氣驅(qū)動空氣膨脹發(fā)電機(jī)發(fā)電，將空氣膨脹發(fā)電機(jī)出口的壓縮空氣引入壓縮空氣管道；

8、壓縮空氣管道，與所述空壓系統(tǒng)及所述膨脹發(fā)電系統(tǒng)連接，將所述空壓系統(tǒng)及所述膨脹發(fā)電系統(tǒng)輸送的壓縮空氣輸送給用氣設(shè)備。

9、在一些實施例中，所述空壓系統(tǒng)包括至少一空壓機(jī)構(gòu)，每一所述空壓機(jī)構(gòu)包括依次連接的空氣過濾器、空氣壓縮機(jī)組以及再熱式空氣干燥器；其中，每一所述空壓機(jī)構(gòu)的再熱式空氣干燥器與壓縮空氣管道以及二級加壓系統(tǒng)通過管道連接。

10、在一些實施例中，所述二級加壓系統(tǒng)包括至少一加壓機(jī)構(gòu)，每一加壓機(jī)構(gòu)包括離心空氣壓縮機(jī)組以及與所述離心空氣壓縮機(jī)組連接的帶流量調(diào)節(jié)閥的壓縮空氣旁路；其中，每一加壓機(jī)構(gòu)的離心空氣壓縮機(jī)組與所述空壓系統(tǒng)連接、帶流量調(diào)節(jié)閥的壓縮空氣旁路與高壓儲氣系統(tǒng)連接。

11、在一些實施例中，所述儲熱及換熱系統(tǒng)包括至少一儲熱機(jī)構(gòu)。每一所述儲熱機(jī)構(gòu)包括管式換熱器、汽水分離換熱器、冷水儲罐、熱水儲罐以及循環(huán)泵；其中，

12、所述管式換熱器分別與所述離心空氣壓縮機(jī)組、冷水儲罐、熱水儲罐連接，所述循環(huán)泵安裝在所述管式換熱器、冷水儲罐以及熱水儲罐形成的循環(huán)回路上，所述汽水分離換熱器安裝在所述離心空氣壓縮機(jī)組以及帶流量調(diào)節(jié)閥的壓縮空氣旁路之間。

13、在一些實施例中，所述管式換熱器、冷水儲罐以及熱水儲罐中的儲熱介質(zhì)包括加壓水、導(dǎo)熱油或熔鹽。

14、在一些實施例中，所述高壓儲氣系統(tǒng)包括壓縮空氣儲氣庫，所述壓縮空氣儲氣庫與所述二級加壓系統(tǒng)和所述膨脹發(fā)電系統(tǒng)連接。

15、在一些實施例中，所述膨脹發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的管式換熱器、余熱換熱器以及空氣膨脹發(fā)電機(jī)，所述管式換熱器還與所述儲熱及換熱系統(tǒng)連接，所述余熱換熱器還與外部余熱資源連接，所述空氣膨脹發(fā)電機(jī)還與所述壓縮空氣管道連接。

16、在一些實施例中，在用電低谷期，所述空壓系統(tǒng)壓縮原料空氣并將一部分壓縮空氣輸送給壓縮空氣管道，將另一部分壓縮空氣引入所述二級加壓系統(tǒng)，所述二級加壓系統(tǒng)對所述壓縮空氣進(jìn)行再次壓縮，得到高壓空氣并將所述高壓空氣輸送至所述高壓儲氣系統(tǒng)中儲存；在上述過程中，利用所述儲熱及換熱系統(tǒng)將各級壓縮熱通過換熱器回收并儲存在蓄熱介質(zhì)中；

17、在用電高峰期，將高壓空氣從高壓儲氣系統(tǒng)中引出，利用儲存在蓄熱介質(zhì)中的壓縮熱預(yù)熱高壓空氣，同時可以利用外部余熱資源再熱高壓空氣，經(jīng)再熱后的高壓空氣驅(qū)動膨脹發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)發(fā)電，膨脹發(fā)電系統(tǒng)出口輸出的空氣并入壓縮空氣管道供氣。

18、在一些實施例中，在用電低谷期，將空壓系統(tǒng)中空氣壓縮機(jī)組全部滿負(fù)荷運行，每個所述空壓機(jī)構(gòu)在工作時，原料空氣通過第一管道吸入所述空壓機(jī)構(gòu)的空氣過濾器，再通過第二管道進(jìn)入空氣壓縮機(jī)組，第二管道上設(shè)有第一流量調(diào)節(jié)閥；經(jīng)過壓縮后的空氣通過第三管道進(jìn)入再熱式空氣干燥器，再熱式空氣干燥器輸出的干燥凈化壓縮空氣匯到壓縮空氣管道中，通過壓縮空氣管道上設(shè)置的第二流量調(diào)節(jié)閥控制一部分壓縮空氣進(jìn)入壓縮空氣管道中，另一部分則進(jìn)入二級加壓系統(tǒng)中。

19、在一些實施例中，在用電高峰期，高壓空氣從高壓儲氣系統(tǒng)中引入膨脹發(fā)電系統(tǒng)，通過流量調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入膨脹發(fā)電系統(tǒng)中的高壓空氣流量，通過節(jié)流閥控制進(jìn)入膨脹發(fā)電系統(tǒng)中的高壓空氣壓力，高壓空氣在管式換熱器中利用儲存在儲熱介質(zhì)中的壓縮熱預(yù)熱高壓空氣，然后進(jìn)入余熱換熱器，利用外部余熱資源再熱高壓空氣，再進(jìn)入空氣膨脹發(fā)電機(jī)中驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，再通過控制空氣膨脹發(fā)電機(jī)出口空氣壓力并入壓縮空氣管道供氣，若此時供氣量滿足用氣需求，則可將所述空壓系統(tǒng)卸載，若此時供氣量不足以滿足用氣需求，則可以將所述空壓系統(tǒng)部分空氣壓縮機(jī)組卸載或低負(fù)荷運行。

20、本技術(shù)實施例提供的用戶側(cè)壓縮空氣儲能系統(tǒng)，在用電低谷期，所述空壓系統(tǒng)壓縮原料空氣并將一部分壓縮空氣輸送給壓縮空氣管道，將另一部分壓縮空氣引入所述二級加壓系統(tǒng)，所述二級加壓系統(tǒng)對所述壓縮空氣進(jìn)行再次壓縮，得到高壓空氣并將所述高壓空氣輸送至所述高壓儲氣系統(tǒng)中儲存；在上述過程中，利用所述儲熱及換熱系統(tǒng)將各級壓縮熱通過換熱器回收并儲存在蓄熱介質(zhì)中；在用電高峰期，將高壓空氣從高壓儲氣系統(tǒng)中引出，利用儲存在蓄熱介質(zhì)中的壓縮熱預(yù)熱高壓空氣，同時可以利用外部余熱資源再熱高壓空氣，經(jīng)再熱后的高壓空氣驅(qū)動膨脹發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)發(fā)電，膨脹發(fā)電系統(tǒng)出口輸出的空氣并入壓縮空氣管道供氣。這樣，可以將鋼鐵企業(yè)空壓系統(tǒng)在用電高峰期的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到用電低谷期，在保證連續(xù)供氣的情況下，還可以實現(xiàn)高壓空氣膨脹發(fā)電，以及鋼鐵企業(yè)余熱資源的利用。