专利摘要

本实用新型公开了一种变压比等温压缩空气储能系统，包括压缩机组、膨胀机组、水蓄热系统及储气库，所述压缩机组包括水环压缩机、压缩机、电动机、前置三通阀、后置三通阀；其中，水环压缩机的主轴连接至电动机，水环压缩机的气侧进出口分别与前置三通阀第一出口和后置三通阀第一进口相连，前置三通阀第二出口和后置三通阀第二进口相连形成旁路，后置三通阀出口与储气库进口相连通，水环压缩机与压缩机间设置水蓄热系统的气水冷却器，所述气水冷却器气侧进出口分别与压缩机出口和所述前置三通阀进口相连，气水冷却器水侧进出口分别与水蓄热系统的低温蓄热罐出口和高温蓄热罐进口相连通。优点：减小了单位工质的压缩功，提高了系统整体效率。

权利要求

1.一种变压比等温压缩空气储能系统，包括压缩机组、膨胀机组、水蓄热系统及储气库，压缩机组在储能阶段制备高压空气并输送至储气库进行存储，膨胀机组在释能阶段对外做功，水蓄热系统在储能阶段回收压缩热并存储于蓄热罐，在释能阶段通过换热器将压缩热传递给膨胀机进口空气，增加做功能力，其特征在于，所述压缩机组包括水环压缩机、压缩机、电动机、前置三通阀、后置三通阀；

其中，水环压缩机的主轴连接至电动机，水环压缩机的气侧进出口分别与前置三通阀第一出口和后置三通阀第一进口相连，前置三通阀第二出口和后置三通阀第二进口相连形成旁路，后置三通阀出口与储气库进口相连通，水环压缩机与压缩机间设置水蓄热系统的气水冷却器，所述气水冷却器气侧进出口分别与压缩机出口和所述前置三通阀进口相连，气水冷却器水侧进出口分别与水蓄热系统的低温蓄热罐出口和高温蓄热罐进口相连通。

2.根据权利要求1所述的变压比等温压缩空气储能系统，其特征在于，所述水环压缩机的排气孔处设置可调的排气孔挡板和相应的驱动机构。

3.根据权利要求2所述的变压比等温压缩空气储能系统，其特征在于，所述储气库进口管路上设置有压力变送器。

4.根据权利要求3所述的变压比等温压缩空气储能系统，其特征在于，所述驱动机构包括控制器和驱动电机，控制器信号输入口连接至所述压力变送器，信号输出口连接至驱动电机，驱动电机带动排气孔挡板转动。

5.根据权利要求1所述的变压比等温压缩空气储能系统，其特征在于，所述水蓄热系统包括高温蓄热罐、低温蓄热罐、气水冷却器、气水加热器、气液分离器、节流阀、高温泵以及低温泵；

气水加热器气侧进口与节流阀出口相连，气水加热器水侧进出口分别与高温蓄热罐出口和低温蓄热罐进口相连通，节流阀进口与储气库出口相连，水环压缩机水侧进口与低温蓄热罐出口相连通，水环压缩机水侧出口连接至气液分离器进口，气液分离器的分离水出口与高温蓄热罐进口相连通，气水冷却器进出口分别与低温蓄热罐出口和高温蓄热罐进口相连通，形成循环回路，高温泵和低温泵分别设置在高温蓄热罐和低温蓄热罐出口。

6.根据权利要求5所述的变压比等温压缩空气储能系统，其特征在于，所述膨胀机组包括膨胀机，所述膨胀机进口与气水加热器气侧出口相连通，膨胀机出口与大气相连通。

7.根据权利要求6所述的变压比等温压缩空气储能系统，其特征在于，所述压缩机为一级或多级的压缩机；所述膨胀机为一级或多级的膨胀机。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种变压比等温压缩空气储能系统，属于发电和储能技术领域。

背景技术

生产和使用的平衡是传统电力系统电能生产的最大特点，电能是其他能量转化过来的，且难以大量存储，这使得电能必须被同时生产和消费。风电、太阳能发电等并网产生的问题正随着装机容量的增大逐渐突现出来，在我国部分地区，弃风、弃光限电现象尤为突出。而储能技术是解决上述风电、太阳能等可再生能源问题的有效途径。

如今应用比较广泛的储能技术大致可以分为三种：机械储能、电磁储能和化学储能。其中机械储能技术是指将电能转化为机械能进行储存，主要有抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能三种技术。抽水蓄能电站的建造受到地理条件的制约，会对地理环境造成较大的破坏，也会造成生态破坏；飞轮储能系统虽然效率髙、能运行时间较长，但该系统维护麻烦，维护费用很髙且能量密度不够高、自放电率高。而压缩空气储能（CAES）技术因具有规模大、效率高、灵活性强等特点，被认为具有较大的发展潜力和应用前景，近年来发展迅速。国内外研究相继开拓出了多种新型储能系统如绝热式压缩空气储能系统、超临界压缩空气储能系统、等温压缩空气储能系统等，旨在提高系统整体循环效率。

但是现有技术中的压缩空气储能（CAES）技术有以下问题：系统效率有待进一步提高。大多数压缩空气储能系统采用的是离心式压缩机，压缩热的回收在压缩过程结束之后，空气压缩过程中能量的耗散更大；末级采用定压运行即压缩机压比不可变，储气室从最低工作压力充气至最高压力的过程中产生不必要的功耗。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种变压比等温压缩空气储能系统, 分利用水环压缩机的优势，实现高压末级准等温压缩的同时进行变压比运行，减少单位工质压缩功，通过蓄热装置回收利用压缩热，并对储气库排出的气体进行预热，提高整体系统的循环效率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种变压比等温压缩空气储能系统，包括压缩机组、膨胀机组、水蓄热系统及储气库，压缩机组在储能阶段制备高压空气并输送至储气库进行存储，膨胀机组在释能阶段对外做功，水蓄热系统在储能阶段回收压缩热并存储于蓄热罐，在释能阶段通过换热器将压缩热传递给膨胀机进口空气，增加做功能力，所述压缩机组包括水环压缩机、压缩机、电动机、前置三通阀、后置三通阀；

其中，水环压缩机的主轴连接至电动机，水环压缩机的气侧进出口分别与前置三通阀第一出口和后置三通阀第一进口相连，前置三通阀第二出口和后置三通阀第二进口相连形成旁路，后置三通阀出口与储气库进口相连通，水环压缩机与压缩机间设置水蓄热系统的气水冷却器，所述气水冷却器气侧进出口分别与压缩机出口和所述前置三通阀进口相连，气水冷却器水侧进出口分别与水蓄热系统的低温蓄热罐出口和高温蓄热罐进口相连通。

进一步的，所述水环压缩机的排气孔处设置可调的排气孔挡板和相应的驱动机构。

进一步的，所述储气库进口管路上设置有压力变送器。

进一步的，所述驱动机构包括控制器和驱动电机，控制器信号输入口连接至所述压力变送器，信号输出口连接至驱动电机，驱动电机带动排气孔挡板转动。

进一步的，所述水蓄热系统包括高温蓄热罐、低温蓄热罐、气水冷却器、气水加热器、气液分离器、节流阀、高温泵以及低温泵；

气水加热器气侧进口与节流阀出口相连，气水加热器水侧进出口分别与高温蓄热罐出口和低温蓄热罐进口相连通，节流阀进口与储气库出口相连，水环压缩机水侧进口与低温蓄热罐出口相连通，水环压缩机水侧出口连接至气液分离器进口，气液分离器的分离水出口与高温蓄热罐进口相连通，气水冷却器进出口分别与低温蓄热罐出口和高温蓄热罐进口相连通，形成循环回路，高温泵和低温泵分别设置在高温蓄热罐和低温蓄热罐出口。

进一步的，所述膨胀机组包括膨胀机，所述膨胀机进口与气水加热器气侧出口相连通，膨胀机出口与大气相连通。

进一步的，所述压缩机为一级或多级的压缩机；所述膨胀机为一级或多级的膨胀机。

本实用新型所达到的有益效果：

采用水环压缩机，通过工作液吸收压缩过程中的压缩热，使水环压缩机中的压缩过程明显地偏离绝热过程，获得接近等温的“准等温压缩”过程，同时回收利用压缩热，运行过程中不产生动静部件摩擦问题，减小了单位工质的压缩功，提高了系统整体效率。

附图说明

图1为本发明的变压比等温压缩空气储能系统结构示意图；

图2为本发明中的水环压缩机结构示意图；

图3为本发明中水环压缩机挡板驱动结构示意图。

图中：1-压缩机、2-气水冷却器、3-前置三通阀、4-水环压缩机、5-电动机、6-气液分离器、7-后置三通阀、8-压力变送器、9-储气库、10-高热蓄热罐、11-节流阀、12-高温泵、13-气水加热器、14-膨胀机、15-低温蓄热罐、16-低温泵、601-气液分离器滤网；401-水环压缩机壳体、402-水环、403-吸气口、404-排气口、405-叶轮；410-控制器、420-排气孔挡板、430-驱动电机。

具体实施方式

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本申请所述的一种变压比等温压缩空气储能系统，主要由压缩机组、膨胀机组、水蓄热系统以及储气库9组成。其中压缩机组由表示一级或多级的压缩机1、水环压缩机4及其附属设备电动机5等组成，膨胀机组由表示一级或多级的膨胀机14及其附属设备组成，水蓄热系统则包括高温蓄热罐10、低温蓄热罐15、气水冷却器2、气水加热器13、气液分离器6及高温泵12、低温泵16等设备，应该说明的是，多级压缩机和多级膨胀机结构中采用的其它气水冷却器和加热器均包含在水蓄热系统中，在本发明保护范围内。

该系统中压缩机组高压末级采用的是水环压缩机4，水环压缩机4排气孔处设置可调挡板并有相应的驱动机构，如图2和3所示，通过改变吸气孔和排气孔面积比改变压缩比；水环压缩机4主轴连接至电动机5；在水环压缩机的进出口设置有前置三通阀3和后置三通阀7，用以形成旁路，以便水环压缩机4停机维修或作备用时系统能正常运行；储气库9进口管路上设置有压力变送器8，用于测量储气库进口处的压力并反馈给其它设备；水环压缩机4与前一级压缩机间设置气水冷却器2，所述气水冷却器2气侧进出口分别与压缩机1出口和所述前置三通阀3进口相连，水侧进出口分别与低温蓄热罐15出口和高温蓄热罐10进口相连通。

膨胀机组第一级膨胀机14进口设置气水加热器13，气水加热器13气侧进口与节流阀11出口相连，水侧进出口分别与高温蓄热罐10出口和低温蓄热罐15进口相连通，节流阀11进口与储气库9出口相连，膨胀机14出口与大气相连通。水环压缩机4水侧进口与低温蓄热罐15出口相连通，水侧出口连接至气液分离器6进口，气液分离器6分离水出口与高温蓄热罐10进口相连通，气水冷却器2进出口分别与低温蓄热罐15出口和高温蓄热罐10进口相连通，形成循环回路，高温泵12和低温泵16分别设置在高温蓄热罐15和低温蓄热罐10出口。

本申请的一种变压比等温压缩空气储能系统的控制原理是：

压缩储能过程正常运行时若水环压缩机4正常投运，则前置三通阀3进口、第一出口阀门、后置三通阀7第一进口和出口阀门均处于打开状态，旁路关闭。按照气水流程，若前级压缩机1采用离心式且压缩比较大时，环境空气经过前级压缩机1压缩后获得较高压力且出口温度较高，为防止气体温度过高导致压缩机功率增大以及金属热变形，需要启动低温泵16，将低温蓄热罐15的冷却水一部分送入气水冷却器2冷却空气，降温后的空气继续进入水环压缩机4压缩，另一部分进入水环压缩机4用作工作液，水环压缩机4出口工作液排向采用不锈钢滤芯的汽水分离器6进行气水分离后存储到高温蓄热罐10，水环压缩机4出口空气排向储气库9。由于在压缩过程中压缩热被工作液吸收，因此水环压缩机4中近似等温压缩，大大减小了压缩机的功率。

随着储气库压力不断身高，压力变送器8将测量到的压力信号时时反馈到水环压缩机4吸排气孔挡板驱动机构，挡板驱动机构通过改变吸排气孔面积比改变压缩比，使水环压缩机4出口压力随储气库9压力不断升高，且始终略高于储气库4压力。当水环压缩机4需要停机维修或作备用时，开启前置三通阀3第二出口和后置三通阀7第二进口，旁路投入运行。

如图2和3所示，本实施例中，所述水环压缩机包括水环压缩机壳体401、吸气口403、排气口404、叶轮405，水环压缩机转动至一定转速后形成水环402，在排气孔处设有通过驱动机构调节的排气孔挡板420。

所示驱动机构包括控制器410和驱动电机430，控制器410的信号输入口连接至所述压力变送器8，控制器410的信号输出口连接至驱动电机430，驱动电机430带动排气孔挡板420转动，从而改变排气孔面积。

释能膨胀过程中，若采用定压运行则调整节流阀11开度保持其出口压力不变，储气库9排出的气体经节流后进入气水加热器13，启动高温泵12，高温蓄热罐10中的水进入气水换热器13将压缩热传给高压空气后排向低温蓄热罐15，预热后的空气进入后续的膨胀机14做功；若采用滑压运行则节流阀11全开，膨胀机14进口压力随储气库9压力降低而降低。需要说明的是，当压缩机出口温度较高时可以先采用导热油等作为介质的换热器进行一级冷却，同样膨胀机进口也可以设置导热油等作为介质的换热器进一步提高其进口空气温度，此时需要单独配置一套油蓄热系统。

本申请的一种变压比等温压缩空气储能系统，采用水环压缩机，通过工作液吸收压缩过程中的压缩热，使水环压缩机中的压缩过程明显地偏离绝热过程，获得接近等温的“准等温压缩”过程，同时回收利用压缩热，运行过程中不产生动静部件摩擦问题，减小了单位工质的压缩功，提高了系统整体效率。

通过改变水环压缩机吸排气孔面积比改变压缩比，实现变压比运行，减少了压缩储能过程中不必要的压缩功耗，最终提高系统整体效率；同时系统结构简单，投资成本相对较小。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

一种变压比等温压缩空气储能系统专利购买费用说明

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》。