专利摘要

本发明提供一种含超临界压缩空气储能的冷热电联产系统及方法，涉及冷热电联产系统优化技术领域。本发明包括发电机、超临界压缩空气储能模块、压缩热利用模块、太阳能预热模块、电制冷机、吸收式制冷机、余热锅炉和电锅炉；发电机为系统中的装置和用户供电；超临界压缩空气储能模块将空气压缩后释放电能，输出端与电制冷机、电锅炉和用户输入端连接；压缩热利用模块将空气冷却，储存吸收热能的水，输出端与超临界压缩空气储能模块和用户连接；太阳能预热模块对空气进行升温后输出至超临界压缩空气储能模块；余热锅炉、吸收式制冷机、电制冷机和电锅炉的输出端与用户连接。本发明充分满足系统中能量需求的变化，提高系统在变工况条件下的稳定性。

权利要求

1.一种含超临界压缩空气储能的冷热电联产系统，其特征在于：包括发电机、超临界压缩空气储能模块、压缩热利用模块、太阳能预热模块、电制冷机、吸收式制冷机、余热锅炉和电锅炉；

所述超临界压缩空气储能模块包括压缩机1、压缩机2、后冷器、蓄冷回热器、液体膨胀机、液态空气存储罐、低温泵、透平1、透平2；所述压缩机1的输出端与压缩热利用模块相连接；所述压缩机2的输入端与压缩热利用模块相连接，其输出端与压缩热利用模块相连接；所述后冷器的输入端与压缩热利用模块相连接，其输出端与蓄冷回热器的1号端口相连接；蓄冷回热器的2号端口与液体膨胀机的输入端相连接，其4号端口与太阳能预热模块相连接；所述液体膨胀机的输出端与液态空气存储罐的输入端相连接；液态空气存储罐的输出端与低温泵的输入端相连接；低温泵的输出端与蓄冷回热器的3号端口相连接；所述透平1的输入端与太阳能预热模块相连接，其输出端与太阳能预热模块相连接，透平2的输入端与太阳能预热模块相连接，其电能输出端分别与电制冷机的输入端、电锅炉的输入端、用户的输入端相连接；

所述压缩热利用模块包括冷却水阀、换热器1、换热器2、热能存储罐；所述冷却水阀的输出端分别与换热器1的3号端口和换热器2的3号端口相连接；换热器1的1号端口与压缩机1的输出端相连接，换热器1的2号端口与压缩机2的输入端相连接,换热器1的4号端口与热能存储罐的输入端相连接；所述换热器2的1号端口与压缩机2的输出端相连接，换热器2的2号端口与后冷器的输入端相连接,换热器2的4号端口与热能存储罐的输入端相连接；所述热能存储罐的输出端与用户相连接；

所述太阳能预热模块，包括太阳能集热/蓄热系统、换热器3、换热器4；所述太阳能集热/蓄热系统的输入端分别与换热器3的4号端口和换热器4的4号端口相连接，其输出端分别与换热器3的3号端口和换热器4的3号端口相连接；所述换热器3的1号端口与蓄冷回热器的4号端口相连接，换热器3的2号端口与透平1的输入端相连接；所述换热器4的1号端口与透平1的输出端相连接，换热器4的2号端口与透平2的输入端相连接；

所述电制冷机的输入端分别与发电机的输出端和透平2的输出端相连接，其输出端与用户相连接；

所述吸收式制冷机的输入端与发电机相连接，其输出端与用户相连接；

所述余热锅炉的输入端与发电机相连接，其输出端与用户相连接；

所述电锅炉的输入端分别与发电机的输出端和透平2的输出端相连接，其输出端与用户相连接；

所述发电机的高温烟气输出端与余热锅炉的输入端和吸收式制冷机的输入端相连接，电能输出端与用户相连。

2.一种含超临界压缩空气储能的冷热电联产方法，通过权利要求1所述的一种含超临界压缩空气储能的冷热电联产系统实现，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：初始运行时将电制冷机和电锅炉的开关断开，根据负荷预测或者前K天的负荷历史数据获取当前热负荷的需求，热负荷由发电机的高温尾气驱动余热锅炉来供应，从而确定发电机的出力；

步骤2：根据发电机所发出的电量调节超临界压缩空气储能模块的工作状态，超临界压缩空气储能模块的工作状态分为充能与释能状态，两种工作状态不能同时开启，工作状态为充能时，发电机将除去提供给用户和系统各装置的电能以外多余的电能驱动压缩机1压缩空气，形成高温高压的空气，将高温高压空气输出至换热器1，经过冷却水的降温后传输至压缩机2，将高压空气进行第二次压缩，将二次压缩后的的高温高压空气输出至换热器2进行降温；同时换热器1和换热器2中的冷却水通过吸收高压空气中的压缩热变为热水，并储存至热能储存罐中；将降温后的压缩空气通过后冷器再进行冷却，冷却后的高压空气进入蓄冷回热器中冷却至接近常压对应的饱和温度，再经液体膨胀机降压液化，储存在液态空气储存罐中；当工作状态为释能状态时，液态空气储存罐输出液态空气，将液态空气升压回热后经过换热器3进行升温，升温后的空气经过透平1进入到换热器4进行二次升温，将二次升温后的空气输出至透平2继续发电；当发电量能够满足用户的需求时，将多余的电量驱动超临界压缩空气储能模块；当发电量无法满足用户的需求时，将超临界压缩空气储能模块的工作状态调整为释能状态，优先释放超临界压缩空气储能模块进行发电，不足的电负荷由电网供应；

电网的供电量为：

Egrid＝Ed-Epgu-ECAES

其中，Egrid表示电网提供的电量，Ed表示用户所需的电量，Epgu表示发电机在满足热负荷时所发的电量，ECAES表示超临界压缩空气储能系统所发的电量；

步骤3：系统运行过程中冷负荷或热负荷发生变化时，根据冷热负荷的改变情况判断发电机的出力是否随之改变；若发电机的出力不变，则以当前状态继续运行；若发电机的出力随负荷改变，执行步骤2；

所述冷热负荷的变化分以下六种情景和两种极端情景：

情景1：冷负荷和热负荷同时增加；释放被压缩的空气发电，启动电制冷机，将电制冷机的开关a闭合，增加冷负荷的供应，利用热能存储罐中存储的热能增加热负荷的供应，若所存储的热能不足以满足热负荷的增量时启动电锅炉，将电锅炉的开关b闭合，进行热负荷的补足；当电制冷机和电锅炉提供的冷负荷和热负荷不能满足用户的要求时，发电机的出力随负荷改变；

情景2：冷负荷增加，热负荷不变；增加的冷负荷由电制冷机提供，若超临界压缩空气储能模块存储的电量不足以满足电制冷机的需求，则发电机的出力随负荷改变；

情景3：冷负荷增加，热负荷减少；将冷负荷的增加量折算为热负荷，再与热负荷的减少量进行比较；当经过折算的热负荷大于热负荷的减少量时，折算后的热负荷减去热负荷的减少量，剩余的折算后热负荷返回为冷负荷，由电制冷机提供，若超临界压缩空气储能模块存储的电量不足以满足电制冷机的需求，则发电机的出力随负荷改变；当经过折算的热负荷小于热负荷的减少量时，发电机出力随负荷改变；当经过折算的热负荷等于热负荷的减少量时，发电机的出力保持不变；

所述冷负荷的变量折算为热负荷是通过吸收式制冷机来折算的，具体折算的公式表示为：

其中，Qdc表示通过冷负荷折算而来的热负荷，Qac表示当前时刻所需的冷负荷，COP表示吸收式制冷机的制冷系数；

吸收式制冷机的运行约束表示为：

0≤PAC≤PAC，MAX

其中，PAC表示吸收式制冷机运行的功率；PAC，MAX表示吸收式制冷机运行的最大功率；

情景4：冷负荷减少，热负荷增加；将冷负荷的减少量折算为热负荷，再与热负荷的增加量进行比较，当经过折算后的热负荷大于热负荷的增加量时，发电机出力随负荷改变；当经过折算的热负荷小于热负荷的增加量时，由热能存储罐储存的压缩热提供增加的热负荷，压缩热不满足时启动电锅炉；电锅炉无法满足时发电机出力随负荷改变；当经过折算的热负荷等于热负荷的增加量时，发电机的出力保持不变；

情景5：冷负荷不变，热负荷增加；压缩热供应增加的热负荷，压缩热无法满足时启动电锅炉，电锅炉无法满足则发电机的出力随负荷改变；

情景6：当冷负荷不变热负荷减少或冷负荷减少热负荷不变或冷负荷减少热负荷减少时，发电机的出力随负荷改变；

极端情景1：在上述情景1-6中，当发电机的出力达到额定功率时系统仍然无法满足用户冷热负荷的需求时，发电机以额定功率运行，启动电锅炉和电制冷进行负荷的供应，不足的电负荷由超临界压缩空气储能模块提供，电负荷仍然不足时，由电网提供；

所述发电机的出力是否小于发电机最小出力和发电机的出力是否大于发电机的额定功率由以下公式判定：

P＜α·PN

P＞PN

其中，α表示最小出力系数；PN表示发电机的额定功率；P表示发电机的出力；

极端情景2：在上述情景1-6中，当发电机的出力小于其最小出力时停止运行，由超临界压缩空气储能模块发电供应所需的电负荷以及驱动电制冷机和电锅炉供应所需的冷热负荷，不足的电负荷由电网提供。

3.根据权利要求2所述的一种含超临界压缩空气储能的冷热电联产方法，其特征在于：所述步骤2中的超临界压缩空气储能模块的液态空气存储罐在运行过程中的约束表示为：

PS，MIN＜PS＜PS，MAX

其中，PS表示储能压力，PS，MIN为储能系统的最小储气压力；PS，MAX为储能系统的最大储气压力。

4.根据权利要求2所述的一种含超临界压缩空气储能的冷热电联产方法，其特征在于：所述步骤2中当需要电锅炉运行时，电锅炉在运行过程中的约束如下：

0≤PEb≤PEb，MAX

其中，PEb表示电锅炉的运行功率；PEb，MAX表示电锅炉的最大运行功率；

所述步骤2中的当需要电制冷机运行时，电制冷机的运行约束如下：

0≤PEC≤PEC，MAX

其中，PEC表示电制冷机的运行功率；PEC，MAX表示电制冷机的最大功率。

5.根据权利要求2所述的一种含超临界压缩空气储能的冷热电联产方法，其特征在于：所述系统在运行过程中应满足系统所提供的电量大于等于用户所需的电量，系统所提供的热量和冷量应等于用户的需求；当系统在运行过程中冷负荷或热负荷突然增加且大于系统所能提供的最大冷负荷或热负荷时，从电网提供电量驱动电制冷机和电锅炉进行能量的补足；

系统在运行过程中的电负荷约束为：

Epgu+Egrid+ECAES≥Ed-EEC-EEb-EC

其中，Epgu表示发电机在满足热负荷时所发的电量；ECAES表示超临界压缩空气储能系统所发的电量；Egrid表示电网提供的电量，当不需要电网提供电量时Egrid＝0；Ed表示用户所需要的电量；EEC表示电制冷机所需要的电量，当不需要电制冷机出力时EEC＝0；EEb表示电锅炉所消耗的电量，当不需要电锅炉出力时EEb＝0；EC表示压缩空气储能系统中压缩机所消耗的电量；

系统运行过程的冷负荷约束为如下：

QEC+QAC≥QC+Qc，lose

其中，QEC表示电制冷机产生的冷量，QAC表示吸收式制冷机产生的冷量，QC表示用户所需的冷量，Qc，lose表示运行过程中产生的冷量损失；当系统所需的冷负荷大于系统所提供的最大冷负荷，不满足冷负荷的约束时，多余的冷负荷由电网供电驱动电制冷提供；

系统运行过程的热负荷约束如下：

QG+QEb≥Qh+Qbc+Qh，lose

其中，Qh表示用户所需的热量；QG表示发电机组产生的热量；Qbc表示吸收式制冷机用于制冷所需的热量，QEb表示电锅炉产生的热量；Qh，lose表示的是运行过程中产生的热量损失；当系统所需的热负荷大于系统所以提供的最大热负荷，不满足热负荷的约束时，多余的热负荷由电网供电驱动电锅炉提供。

一种含超临界压缩空气储能的冷热电联产系统及方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。