【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電力系統場景應用的大容量儲能，具體涉及一種鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統及其調控方法。
技術介紹
1、壓縮空氣儲能系統（compressed?air?energy?storage，caes）是一種高效、環保的大規模儲能解決方案，其基本原理是利用多余的電能（例如在夜間用電低峰期）壓縮空氣，并將壓縮后的空氣存儲在地下洞穴、儲氣罐或其他高壓容器中。在用電高峰期，這些存儲的高壓空氣被釋放出來，通過推動渦輪機來產生電能，從而實現了電能的有效儲存和供應。
2、為了提高整個系統的儲能效果和能量轉換效率，壓縮空氣儲能系統通常采用多級壓縮和多級膨脹的技術。多級壓縮是指將空氣分多次逐步壓縮到所需的高壓狀態，這樣做的好處是可以減少每次壓縮所需的能量，同時也有利于控制壓縮過程中的溫度升高。相應地，多級膨脹則是指在釋放高壓空氣時，通過逐步減壓的方式將空氣膨脹到接近大氣壓的狀態，這樣可以更有效地利用空氣的壓力勢能，提高能量的回收率。
3、在空氣壓縮和膨脹的過程中，利用儲熱液體（如水、油或其他專用的熱存儲材料）來吸收或釋放熱量，是提高系統效率的關鍵措施。在壓縮階段，儲熱液體可以吸收壓縮過程中產生的熱量，防止空氣溫度過高；而在膨脹階段，儲熱液體則可以釋放之前吸收的熱量，對膨脹過程中的空氣進行加熱，這樣不僅可以提高空氣的溫度，還可以增加其體積，從而提高渦輪機的做功能力和發電效率。
4、此外，通過精確控制儲熱液體的溫度和流量，可以優化整個儲能系統的運行條件，確保系統在不同工況下都能保持較高的能量轉換效率。因此，儲熱
5、然而，實際應用中，壓縮空氣儲能技術面臨一些挑戰，具體如下：
6、首先，壓縮空氣過程中產生的熱量（200~300度）相對較低，且在非接觸式換熱條件下，儲熱溫度會進一步降低，導致熱能品質較差。這限制了熱能的儲存周期，通常難以超過數周，從而影響了整體的儲能周期和效率。
7、其次，為了實現大容量儲能，通常需要采用地下鹽穴或人造大型儲氣室進行高壓空氣儲存。雖然這些自然或人造的條件可以在一定程度上滿足高壓空氣的儲存需求，但儲熱環節往往需要定制加工換熱器和儲熱罐，這不僅增加了成本，而且儲熱能量通常比儲氣壓力勢能小一個數量級以上，這使得儲熱單元成為壓縮空氣儲能系統中的一個瓶頸。
8、因此，在當前的百兆瓦級壓縮空氣儲能示范項目中，儲熱單元的限制問題尤為突出。由于儲熱量和儲熱時間難以突破月度周期，壓縮空氣長周期儲能的特點難以得到有效展現。如果減少對儲熱的需求，雖然可以降低成本和復雜性，但在釋能階段可能會導致輸出功率的大幅下降，從而影響技術的實際應用效果。
9、為了解決這一問題，未來的研究和發展需要集中在提高壓縮空氣儲能過程中的熱能利用效率，開發更高效的換熱器和儲熱技術，以及探索新的儲能材料和方法。此外，優化系統設計，提高能量轉換效率，也是提升壓縮空氣儲能技術性能和競爭力的重要方向。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統及其調控方法，用于解決大功率壓儲系統長儲釋能周期產生的效率下降的技術問題。
2、本專利技術采用以下技術方案：
3、一種鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，包括鹽穴儲氣室，鹽穴儲氣室的入口端連接多級壓縮裝置和第一熱交換器，鹽穴儲氣室的出口端連接多級膨脹發電裝置和第二熱交換裝置，第一熱交換器的儲熱液體出口端經高溫罐、第二熱交換裝置和低溫罐連接至第一熱交換器的儲熱液體入口端；鹽穴儲氣室和高溫罐分別連接壓力勢能-熱能耦合轉化裝置。
4、優選地，壓力勢能-熱能耦合轉化裝置包括裝置外殼，裝置外殼的一端設置有匯流頂蓋，另一端對應設置有分流底蓋，匯流頂蓋上設置有儲熱液體出口，分流底蓋上設置有儲熱液體入口；
5、裝置外殼靠近匯流頂蓋一側的側面設置有高壓入口，裝置外殼另一側靠近分流底蓋處設置有低壓出口；
6、裝置外殼內部設置有多個儲熱液體管路，多個儲熱液體管路的一端連接儲熱液體出口，另一端連接儲熱液體入口。
7、優選地，多個儲熱液體管路陣列設置在裝置外殼內。
8、優選地，多個儲熱液體管路上間隔設置有復合釋熱結構。
9、優選地，復合釋熱結構沿裝置外殼周向設置。
10、優選地，多級壓縮裝置包括依次連接的第一壓縮裝置和第二壓縮裝置，第一熱交換器設置在第一壓縮裝置和第二壓縮裝置之間。
11、優選地，多級膨脹發電裝置包括依次連接的第一膨脹裝置和第二膨脹裝置，第二熱交換裝置設置在第一膨脹裝置和第二膨脹裝置之間。
12、本專利技術的另一技術方案是，鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統的調控方法，包括：
13、空氣經多級壓縮裝置和第一熱交換器回收多余熱量后高壓進入鹽穴儲氣室，儲熱液體經過第一熱交換器吸收空氣壓縮產生的熱量后由低溫罐轉移至高溫罐中；或者
14、鹽穴儲氣室中的高壓氣體經多級膨脹裝置和第二熱交換裝置吸熱和做功發電，期間高溫罐中的儲能液體通過第二熱交換裝置將熱能轉移給做功空氣后回流至低溫罐備用。
15、優選地，當鹽穴儲氣室內氣體充裕，但高溫罐中儲能液體溫度不達標時，聯通鹽穴儲氣室與壓力勢能-熱能耦合轉化裝置，將部分空氣勢能轉化為熱能，此時高溫罐中液體流經壓力勢能-熱能耦合轉化裝置后再流入第二熱交換裝置。
16、優選地，當系統完成釋能環節，進入下一次儲能周期備用態時，調整閥門使壓力勢能-熱能耦合轉化裝置聯通大氣恢復常壓。
17、與現有技術相比，本專利技術至少具有以下有益效果：
18、一種鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，可解耦壓縮空氣儲能系統儲熱和儲氣的匹配關系，通過提高儲氣規模與壓力勢能，來彌補甚至提升儲熱品味與總量，從而使壓縮空氣儲能技術突破現有低溫液體儲熱周期限制，充分發揮出壓縮空氣儲能系統長周期大容量的技術特點。本專利技術可量產并適用于所有先進多級壓縮空氣儲能系統中，能夠帶來顯著經濟效益與技術提升，通過此結構設計與創新運行方法，可動態調整大功率長時壓縮空氣儲能系統設計儲釋能比例，并在運行期間根據儲能周期需求與當地氣候、電網調度要求進行熱能-釋能靈活調節，并可以通過擴大投資提高壓力勢能-熱能耦合轉化裝置設計參數，實現熱循環裝置檢修或故障期間壓儲系統的正常運行。
19、進一步的，通過正向使用壓力勢能-熱能耦合轉化裝置，可將多余的壓縮空氣勢能轉化為熱能，用于壓儲系統釋能階段提高產出功率；通過逆向使用壓力勢能-熱能耦合轉化裝置，可將低壓空氣壓力勢能提升并吸收儲能階段熱能，用于減小壓儲系統儲能階段能耗，提高儲能效率。
20、進一步的，通過外殼內陣列設置多個儲熱液體管路，可以有效調節儲熱液體流量與熱交換效率，提高控制精度與單位時間最大換熱能力。
21、進一步的，通過復合釋熱結構設計能夠梯級利用熱能，實本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，其特征在于，包括鹽穴儲氣室（7），鹽穴儲氣室（7）的入口端連接多級壓縮裝置和第一熱交換器（3），鹽穴儲氣室（7）的出口端連接多級膨脹發電裝置和第二熱交換裝置（6），第一熱交換器（3）的儲熱液體出口端經高溫罐（8）、第二熱交換裝置（6）和低溫罐（9）連接至第一熱交換器（3）的儲熱液體入口端；鹽穴儲氣室（7）和高溫罐（8）分別連接壓力勢能-熱能耦合轉化裝置（10）。
2.根據權利要求1所述的鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，其特征在于，壓力勢能-熱能耦合轉化裝置（10）包括裝置外殼（11），裝置外殼（11）的一端設置有匯流頂蓋（16），另一端對應設置有分流底蓋（17），匯流頂蓋（16）上設置有儲熱液體出口（14），分流底蓋（17）上設置有儲熱液體入口（15）；
3.根據權利要求2所述的鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，其特征在于，多個儲熱液體管路（13）陣列設置在裝置外殼（11）內。
4.根據權利要求2所述的鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，其特征在于，多個儲熱液體管路（13）上間隔設置有復合釋熱結構（12）。p>
5.根據權利要求4所述的鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，其特征在于，復合釋熱結構（12）沿裝置外殼（11）周向設置。
6.根據權利要求1所述的鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，其特征在于，多級壓縮裝置包括依次連接的第一壓縮裝置（1）和第二壓縮裝置（2），第一熱交換器（3）設置在第一壓縮裝置（1）和第二壓縮裝置（2）之間。
7.根據權利要求1所述的鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，其特征在于，多級膨脹發電裝置包括依次連接的第一膨脹裝置（4）和第二膨脹裝置（5），第二熱交換裝置（6）設置在第一膨脹裝置（4）和第二膨脹裝置（5）之間。
8.根據權利要求1至7中任一項所述鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統的調控方法，其特征在于，包括：
9.根據權利要求8所述鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統的調控方法，其特征在于，當鹽穴儲氣室內氣體充裕，但高溫罐中儲能液體溫度不達標時，聯通鹽穴儲氣室與壓力勢能-熱能耦合轉化裝置，將部分空氣勢能轉化為熱能，此時高溫罐中液體流經壓力勢能-熱能耦合轉化裝置后再流入第二熱交換裝置。
10.根據權利要求8所述鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統的調控方法，其特征在于，當系統完成釋能環節，進入下一次儲能周期備用態時，調整閥門使壓力勢能-熱能耦合轉化裝置聯通大氣恢復常壓。
...【技術特征摘要】
1.一種鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，其特征在于，包括鹽穴儲氣室（7），鹽穴儲氣室（7）的入口端連接多級壓縮裝置和第一熱交換器（3），鹽穴儲氣室（7）的出口端連接多級膨脹發電裝置和第二熱交換裝置（6），第一熱交換器（3）的儲熱液體出口端經高溫罐（8）、第二熱交換裝置（6）和低溫罐（9）連接至第一熱交換器（3）的儲熱液體入口端；鹽穴儲氣室（7）和高溫罐（8）分別連接壓力勢能-熱能耦合轉化裝置（10）。
2.根據權利要求1所述的鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，其特征在于，壓力勢能-熱能耦合轉化裝置（10）包括裝置外殼（11），裝置外殼（11）的一端設置有匯流頂蓋（16），另一端對應設置有分流底蓋（17），匯流頂蓋（16）上設置有儲熱液體出口（14），分流底蓋（17）上設置有儲熱液體入口（15）；
3.根據權利要求2所述的鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，其特征在于，多個儲熱液體管路（13）陣列設置在裝置外殼（11）內。
4.根據權利要求2所述的鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，其特征在于，多個儲熱液體管路（13）上間隔設置有復合釋熱結構（12）。
5.根據權利要求4所述的鹽穴儲氣用多級壓縮空氣儲能系統，其特征在于，復...
【專利技術屬性】
技術研發人員：白子為，宋潔，梁立曉，侯坤，朱玉婷，姚文卓，趙雪瑩，徐萬兵，梅生偉，陳來軍，崔森，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。