一种分布式热电联供压缩空气储能系统
技术领域
本发明涉及一种分布式热电联供压缩空气储能系统，属于储能技术领域。
背景技术
压缩空气储能系统具有建设成本低、地理条件要求不高等特点，具有广泛的发展前景。该技术在储能阶段，将低谷电或者新能源余电转变为高压空气的机械能进行储存；在释能阶段，精确控制膨胀机入口空气的压力及流量，驱动膨胀机做功，进而驱动发电机输出稳定电能。
目前，国内开发的先进压缩空气储能系统中加入余热利用技术，通过蓄热介质回收压缩热，用于预热膨胀前的空气，增强压缩空气的做功能力，提高系统的发电效率。但是，该系统中仍然存在两部分能量浪费，一部分是蓄热介质完成对空气的预热后，其本身仍含有部分热量未利用；另一部分是膨胀机出口排放的空气，其本身依旧存在部分热量。如果将这两部分的余热再充分利用，那么系统的总效率将会显著提高。
发明内容
本发明的目的是为解决提高压缩空气储能系统余热充分利用的技术问题。
为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种分布式热电联供压缩空气储能系统，包括压缩机、冷却器、高压空气储罐、减压阀、再热器、膨胀机、常温储热罐、高温储热罐、中温储热罐、换热器和热泵；所述压缩机设有空气入口；压缩机与冷却器热端进口连接，再通过冷却器设有的冷端出口连接高压空气储罐，高压空气储罐通过减压阀连接再热器，再热器通过膨胀机连接热泵；所述冷却器设有的热端出口通过高温储热罐与再热器连接，再热器通过中温储热罐与换热器连接，换热器通过常温储热罐与所述冷却器设有的冷端进口连接；所述换热器设有空气入口，换热器与所述热泵连接；热泵设有排气管和供水回水管。
优选地，所述的常温储热罐中设有蓄热介质。
优选地，所述的蓄热介质为导热油或水。
优选地，所述的蓄热介质的输送通过泵实现。
优选地，所述的压缩机由电动机或高压蒸汽驱动。
本发明还提供一种分布式热电联供压缩空气储能系统使用方法，包括以下步骤：
步骤1：储能时，常压空气由压缩机压缩后，通过冷却器冷却降温，随后存储于高压空气储罐中；从常温储热罐输出的蓄热介质在冷却器中冷却压缩后的空气后从冷却器中流出，存储于高温储热罐中；
步骤2：释能时，高压空气储罐排出压缩空气，压缩空气经过减压阀后，进入再热器中；高温储热罐输出的蓄热介质在再热器中加热进入膨胀机前的压缩空气，再从再热器中流出，储存于中温储热罐中；升温后的高压空气进入膨胀机中膨胀做功，随后进入空气源热泵中进行余热利用，最后排入大气；
步骤3：在非释能阶段，空气进入换热器中吸收从中温储热罐中流出的蓄热介质的热量，空气被加热后进入空气源热泵，最后排入大气；从换热器中流出的蓄热介质再存储于常温储热罐中。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过设置换热器和空气源热泵，回收了系统中的低品位热量，提高了压缩空气储能系统能量利用的总效率；
(2)本发明可以很好地解决北方严寒地区空气源热泵热效率低、供热温度低等问题；
(3)通过调整释能阶段膨胀机排气温度与中温储热罐的温度，本发明可以实现用电高峰时段释能发电和全天候供暖。。
附图说明
图1是本发明提供的一种分布式热电联供压缩空气储能系统示意图；
附图标记：1.压缩机 2.冷却器 3.高压空气储罐 4.减压阀 5.再热器 6.膨胀机7.常温储热罐 8.高温储热罐 9.中温储热罐 10.换热器 11.热泵；
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
如图1所示，本发明提供了一种分布式热电联供压缩空气储能系统，包括压缩机1、冷却器2、高压空气储罐3、减压阀4、再热器5、膨胀机6、常温储热罐7、高温储热罐8、中温储热罐9、换热器10和热泵11；压缩机1设置有空气入口；压缩机1与冷却器2热端进口连接，再通过冷却器2设有的冷端出口连接高压空气储罐3，高压空气储罐3通过减压阀4连接再热器5，再热器5通过膨胀机6连接热泵11；冷却器2设有的热端出口通过高温储热罐8与再热器5连接，再热器5通过中温储热罐9与换热器10连接，换热器10通过常温储热罐7与冷却器2设有的冷端进口连接；换热器10设有空气入口，换热器10与热泵11连接；热泵11设有排气管和供水回水管。常温储热罐中设有蓄热介质为导热油或水；蓄热介质的输送通过泵实现。压缩机1由电动机或高压蒸汽驱动。
一种分布式热电联供压缩空气储能系统使用方法，包括以下步骤：
步骤1：储能时，常压空气由压缩机1压缩后，通过冷却器2冷却降温，随后存储于高压空气储罐3中；从常温储热罐7输出的蓄热介质在冷却器2中冷却压缩后的空气后从冷却器2中流出，存储于高温储热罐8中；
步骤2：释能时，高压空气储罐3排出压缩空气，压缩空气经过减压阀4后，进入再热器5中；高温储热罐8输出的蓄热介质在再热器5中加热进入膨胀机前的压缩空气，再从再热器5中流出，储存于中温储热罐9中；升温后的高压空气进入膨胀机6中膨胀做功，随后进入空气源热泵11中进行余热利用，最后排入大气；
步骤3：在非释能阶段，空气进入换热器10中吸收从中温储热罐9中流出的蓄热介质的热量，空气被加热后进入空气源热泵11，最后排入大气；从换热器10中流出的蓄热介质再存储于常温储热罐7中。
本发明实施例提供的分布式热电联供压缩空气储能系统，包括储能、释能和供热三个部分，下面以1MW/3MWh分布式热电联供压缩空气储能系统为例，对该系统的使用方法进行说明：
储能时，利用电网低谷电驱动压缩机1，并将常温储热罐7中储存的蓄热介质持续输送至冷却器2中。压缩机级后空气温度为120-200℃，该压缩空气直接进入冷却器2中，不断释放热量给蓄热介质，压缩空气被冷却至15-30℃后，再进行下一级压缩。经过多级压缩、多级冷却后，压缩机末级出口空气压力5-30Mpa，随后进入高压空气储罐3中储存。蓄热介质吸热升温至100-180℃后流入高温储热罐8中以备释能阶段使用。
释能时，高压空气储罐3中持续输出常温高压的空气，其经过减压阀4降压至1-8Mpa后输送至多级再热器5中，被高温储热罐8中储存的高温蓄热介质加热至80-160℃后进入膨胀机6中膨胀做功，最终排出空气温度0-80℃。高温蓄热介质放热降温至40-100℃后储存于中温储热罐9中。
供热时，在释能阶段，膨胀机6出口排出的空气直接进入空气源热泵11中，进行余热利用，最后排入大气。在非释能阶段，中温储热罐9中的蓄热介质进入换热器10中，与大气进行热量交换，使大气升温至30-80℃，随后升温空气作为热源进入空气源热泵11中，最后排入大气。蓄热介质降温至5-20℃并存储于常温储热罐7中。
本系统各项技术指标如下表所示：
本发明提供的分布式热电联供压缩空气储能系统，结构简单，通过设置换热器、空气源热泵，回收了系统中的低品位热量，实现余热利用和热电联供，提高了压缩空气储能系统能量利用的总效率。在非释能阶段，储存于中温储热罐中的蓄热介质在换热器中与大气进行热交换，再将升温后的大气作为空气源热泵的热源，有效避免了能源的浪费，大大提高了系统的总效率，同时实现全天不间断供暖。此外，该系统还能良好的解决北方严寒地区空气源热泵热效率低、供热温度低等问题。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
