一種壓縮空氣儲能發電系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力領域的一種壓縮空氣儲能發電系統，尤其涉及一種可對壓縮空氣進行降溫儲藏、并將多余熱量進行二次利用的高效能壓縮空氣儲能發電系統。
【背景技術】
[0002]從目前的科技發展水平來看，壓縮空氣儲能技術(CAES)和抽水蓄能技術是能夠實現電能大規模儲存僅有的兩種技術。由于我國廣大的西部地區普遍干旱缺水，抽水蓄能技術暫無法采用，因此，壓縮空氣儲能技術成為我國，尤其是西部地區，對風電進行大規模儲存唯一可以采用的技術。
[0003]壓縮空氣儲能技術在國外已有30年以上的應用和發展歷史，今天仍在安全運行。目前，在運行的電站有美國的阿拉巴馬州電力公司在麥金托什(McIntosh)地區興建的壓縮空氣儲能電站和德國的Huntorf壓縮空氣儲能電站。
[0004]根據國外壓縮空氣儲能電站熱力系統的技術特點和發展歷史，大都采用如下第一代技術:電動機與發電機為同一驅動電機，系統中不帶燃氣輪機，電機、壓縮機和氣體膨脹機實行共軸轉動，透平發電機進氣加熱由低壓透平發電機排氣余熱和補燃裝置共同完成。
[0005]如圖1所示，其主要技術方案如下:該系統采用直鏈結構，壓縮機17與透平發電機3共軸，二者共用一個驅動電機60，分別通過聯軸器61與驅動電機60連接。在儲能過程中，透平發電機3與驅動電機60脫開，驅動電機為電動機，拖動壓縮機17工作，向儲氣罐I中輸送帶壓氣體；在發電過程中，壓縮機17與驅動電機60脫開，驅動電機60為發電機，發電機在地下帶壓氣體的推動下推動透平發電機3，帶動發電機工作，向電網輸電。
[0006]但是該系統存在如下缺點:需要采用外部熱源向系統補充熱量，但未對壓縮過程中產生的熱量加以回收利用。此外，該系統由于未采用燃氣透平，燃料含有的有效能量未被充分利用；系統的總轉換效率不會很高；由于機組采用的是直連形式，主機(壓縮機17和氣體透平發電機3選型受限，不利于設備的批量化生產。
[0007]有鑒于此，特提出本發明。

【發明內容】

[0008]本發明的目的在于提供一種壓縮空氣儲能發電系統，以實現對壓縮空氣降溫儲藏、降低儲藏成本和風險系數的目的；再一目的在于，該發電系統還具有循環水熱交換系統，以實現將壓縮空氣降溫過程釋放的熱量二次利用、提高發電效率的目的。
[0009]本發明中，為了實現上述目的所采用的具體技術方案如下:
[0010]一種壓縮空氣儲能發電系統，包括:對空氣進行壓縮生成高壓氣體的壓縮機組，與壓縮機組相連接的、儲存高壓氣體的儲氣罐I ;與儲氣罐I相連的、將空氣進行加熱生成高溫高壓氣體的空氣加熱器2 ;與空氣加熱器2相連的、利用空氣加熱器2生成的高溫高壓氣體發電的發電設備；
[0011]還包括依次首尾相連構成循環水路的冷水儲存罐20、中間冷卻器18、熱水儲存罐19和空氣預熱器4 ;壓縮機組的出氣口經中間冷卻器18與儲氣罐I的進氣口相連，將流經氣體與冷水進行熱交換；儲氣罐I的出氣口經空氣預熱器4與空氣加熱器2的進氣口相連，將流經氣體與熱水進行熱交換。
[0012]進一步，所述的中間冷卻器18包括相互獨立的、可進行熱交換的兩個通道；中間冷卻器18的第一通道兩端分別與冷水儲存罐20的出水口和熱水儲存罐19的進水口相連通；中間冷卻器18的第二通道兩端分別與壓縮機組的出氣口和儲氣罐I的進氣口相連通。
[0013]進一步，所述的空氣預熱器4包括相互獨立的、可進行熱交換的兩個通道；空氣預熱器4的第一通道兩端分別與冷水儲存罐20的進水口和熱水儲存罐19的出水口相連通；空氣預熱器4的第二通道兩端分別與儲氣罐I的出氣口和空氣加熱器2的進氣口相連通。
[0014]進一步，所述的空氣預熱器4與空氣加熱器2之間設有回熱器30，所述的回熱器30包括相互獨立的、可進行熱交換的兩個通道；回熱器30的第一通道的兩端分別與大氣和發電設備的出氣口相連通；回熱器30的第二通道兩端分別與空氣預熱器4的出氣口和空氣加熱器2的進氣口相連通。
[0015]進一步，壓縮機組由一個壓縮機17、或多個依次相串連的壓縮機17構成。
[0016]進一步，各壓縮機17上分別設有對壓縮機17進行冷卻的、供冷卻水流動的換熱管路，換熱管路的兩端分別與冷水儲存罐20的出水口和熱水儲存罐19的進水口相連通。
[0017]進一步，還包括利用利用高壓氣體進行發電的預膨脹裝置50;儲氣罐I的出氣口與預膨脹裝置50的進氣口相連，預膨脹裝置50的出氣口與空氣預熱器4的進氣口相連通。
[0018]進一步，中間冷卻器18與冷水儲存罐20之間相連接的管路上設有第一水泵62 ;熱水儲存罐19與空氣預熱器4之間相連接的管路上設有第二水泵63。
[0019]進一步，所述的空氣加熱器2包括軸線水平延伸的罐體；罐體內部空間的兩端分別設有燃燒室和混合室，燃燒室與混合室的靠近側相連通；燃燒室遠離混合室的一端為前端，該端設有供燃氣和高壓空氣進入的進氣噴嘴；燃燒室的側壁上排布由多列沿罐體軸線間隔設置的、調整燃燒室內火焰方向的、供高壓氣體流入的導向噴嘴；至少靠近燃燒室后端一列的各導向噴嘴軸線相交于罐體軸線處，使燃燒室噴入混合室的火焰沿罐體軸線方向噴射。
[0020]進一步，空氣預熱器4的第一通道的兩端分別設有三通閥，其中一個三通閥分別與冷水儲存罐20的進水口和發電設備的出氣口相連，另一三通閥分別與熱水儲存罐19的出水口和大氣相連。
[0021]本發明的另一目的在于提供一種壓縮空氣儲能發電系統，以實現對空氣的多級、多程度壓縮，以提高發電效率的目的；還一目的在于，該發電系統還具有多個并和/或串聯的多個發電設備，達到依據壓縮空氣工況令各發電設備進行對應工作的目的，以實現提高壓縮空氣使用效率、增大發電效率的目的。
[0022]為實現上述發明目的，采用如下技術方案:
[0023]一種壓縮空氣儲能發電系統，包括:對空氣進行壓縮生成高壓氣體的壓縮機組，與壓縮機組相連接的、儲存高壓氣體的儲氣罐I ;與儲氣罐I相連的、將空氣進行加熱生成高溫高壓氣體的空氣加熱器2 ;與空氣加熱器2相連的、利用空氣加熱器生成的高溫高壓氣體發電的發電設備；壓縮機組由多個依次相串連的壓縮機17構成；發電設備由多個依次相串連和/或并聯的透平發電機3構成。
[0024]進一步，還包括依次首尾相連構成循環水路的冷水儲存罐20、中間冷卻器18、熱水儲存罐19和空氣預熱器4 ;壓縮機組的出氣口經中間冷卻器18與儲氣罐I的進氣口相連，將流經氣體與冷水進行熱交換；儲氣罐I的出氣口經空氣預熱器4與空氣加熱器2的進氣口相連，將流經氣體與熱水進行熱交換。
[0025]進一步，各壓縮機17的進氣口分別與上一級壓縮機17的出氣口相連通、出氣口分別與下一級壓縮機17的進氣口相連通；最上級的壓縮機17的進氣口與大氣相連通，最下級的壓縮機17的出氣口與中間冷卻器18相連通。
[0026]進一步，各壓縮機17的出氣口均分別經三通閥與中間冷卻器18的進氣口和下一級壓縮機17的進氣口相連通；各壓縮機17的進氣口均分別經三通閥與中間冷卻器18的出氣口和上一級壓縮機17的出氣口相連通。
[0027]進一步，構成壓縮機組的多個壓縮機17共用同一驅動電機60。
[0028]進一步，壓縮機17上分別設有對壓縮機進行冷卻的、供冷卻水流動的換熱管路，換熱管路的兩端分別與冷水儲存罐20的出水口和熱水儲存罐19的進水口相連通。
[0029]進一步，各透平發電機3的進氣口分別與上一級透平發電機3的出氣口相連通；最上級的透平發電機3的進氣口與空氣加熱器2的出氣口相連通，最下級的透平發電機17的出氣口與排氣裝置和/或大氣相連通。
[0030]進一步，各透平發電機3上分別設有對透平發電機3進行冷卻的、供冷卻水流動的換熱管路，換熱管路的兩端分別為冷卻水進口和冷卻水出口。
[0031]進一步，所述的空氣預熱器4與空氣加熱器2之間設有回熱器30，所述的回熱器30包括相互獨立的、可進行熱交換的兩個通道；回熱器30的第一通道的兩端分別與冷水儲存罐20的進水口和各透平發電機3的冷卻水出口相連通，或回熱器30的第一通道的兩端分別與各透平發電機3的出氣口和大氣相連通；回熱器30的第二通道兩端分別與空氣預熱器4的出氣口和空氣加熱器2的進氣口相連通。
[0032]進一步，各透平發電機3的冷卻水進口分別與冷水儲存罐20相連通。
[0033]采用上述技術方案，本發明較現有技術的優勢在于:
[0034]在系統中加入了一個冷水儲存罐和一個熱水儲存罐、一個預膨脹器、一個回熱器，壓縮空氣儲能系統與傳統儲能系統的最大區別在于最大限度地減低系統對外界排放熱量中所含的有效能量，回收壓縮機壓縮過程中放出的熱量。該系統可以獲得更高的能量轉換