一种串联式多参数换热器的压缩空气储能电站系统及控制方法与流程

本发明属于压缩空气储能，具体涉及一种串联式多参数换热器的压缩空气储能电站系统及控制方法。

背景技术：

1、“双碳”背景下，可再生能源成为能源的主力，高比例新能源的加入使得电力系统呈现出“双高”特征，带来发电不平衡问题，大容量储能技术对构建新型电力系统和实现双碳目标具有重要的意义。压缩空气储能作为一种长时储能技术，具有规模大、效率高、成本低、安全性高、环保等优点，可提供调频、调频、调相、旋转备用等储能服务，有效提升电力系统的稳定性、安全性。

2、压缩空气储能系统包括压缩系统、换热系统、储气系统、储热系统、膨胀发电系统。储能过程中，利用光伏、风电等弃风弃光电或低谷电驱动压缩系统电动机，电动机带动压缩机将环境中的空气压缩。压缩过程中，空气压力和温度不断增高，受限于压缩机材料性能，不能无限的压缩。为了控制压缩机排气温度，同时提高压缩效率，通常采用多段压缩机串联的方式实现空气压缩，在压缩机之间设置换热系统实现空气温度的冷却，实现空气温度的回收。因此，换热器作为换热系统的重要设备，能够有效回收压缩热，提升电站效率。

3、以某实际工程为例，一段压缩机排气温度为190℃，二段压缩机进气温度为40℃，这就要求换热器将空气温度从190℃降低到40℃。常规工艺系统是通过一个换热器将空气温度从190℃降至40℃，但这种处理方式导致进出口空气温度差较大，对管束和外壳带来较大的热冲击，降低设备寿命，影响换热器效果。同时，只设置一个换热器，为了达到预期换热效果，对此换热器的性能要求较高，设备尺寸将大大增大，重量也将提升，提高工程造价。

4、为此，在当前工艺系统基础上，提出一种串联式的换热系统，不同系统设置不同的参数，提高换热效果。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种压缩空气储能电站系统及运行方法。

2、一种串联式多参数换热器的压缩空气储能电站系统，所述系统包括：压缩机、换热组件、储气库、冷却器、热水罐和冷水罐，其中，

3、第一压缩机和第二压缩机之间连接设置有第一换热组件；

4、第二压缩机和第三压缩机之间连接设置有第二换热组件；

5、第三压缩机连接所述储气库；

6、所述第一换热组件和第二换热组件同时连接所述热水罐和冷水罐。

7、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一换热组件和第二换热组件结构相同，均包括数个串联连接的换热器，所述换热器的个数与第一压缩机和第二压缩机之间的温差相关。

8、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述数个为三个，分别为一段一级换热器、一段二级换热器和一段三级换热器，所述第一压缩机连接第一换热组件的一段一级换热器，所述一段一级换热器通过多个支路连接一段二级换热器；所述一段二级换热器通过多个支路连接一段三级换热器。

9、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第二压缩机连接第二换热组件的二段一级换热器，所述二段一级换热器通过多个支路连接二段二级换热器；所述二段二级换热器通过多个支路连接二段三级换热器。

10、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述一段二级换热器水侧出口与一段一级换热器水侧入口连接，所述一段一级换热器水侧出口与所述热水罐连接。

11、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述一段二级换热器水侧入口与一段三级换热器水侧出口连接，所述一段三级换热器水侧入口与所述冷水罐连接。

12、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述数个为三个，分别为二段一级换热器、二段二级换热器和二段三级换热器，所述二段二级换热器水侧出口与二段一级换热器水侧入口连接，所述二段一级换热器水侧出口与所述热水罐连接。

13、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述二段二级换热器水侧入口与二段三级换热器水侧出口连接，所述二段三级换热器水侧入口与所述冷水罐连接。

14、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述换热组件中每个换热器之间的出口空气温度差为30～50℃。

15、本发明还提供了一种串联式多参数换热器的压缩空气储能电站系统的控制方法，所述方法采用所述的系统来实现，包括储能过程，该储能过程包括：环境的空气进入第一压缩机进行压缩，压缩后的空气进入第一换热器组件进行换热后，进入第二压缩机继续进行压缩，压缩后的空气进入第二换热器组件进行换热，之后进入第三压缩机，第三段压缩机排气进入冷却器冷却后进入储气库。所述第一换热器组件和第二换热器组件换热所需的冷水来自冷水罐，换热后的热水储存至热水罐。

16、本发明的有益效果

17、与现有技术相比，本发明有如下有益效果：

18、本发明的串联式多参数换热器的压缩空气储能电站系统，系统包括：压缩机、换热组件、储气库、冷却器、热水罐和冷水罐，其中，第一压缩机和第二压缩机之间连接设置有第一换热组件；第二压缩机和第三压缩机之间连接设置有第二换热组件；第三压缩机连接所述储气库；第一换热组件和第二换热组件同时连接所述热水罐和冷水罐。本发明能够根据压缩机排气温度与下一段压缩机进口温度，设置不同的换热器参数，提高换热效果，进而提高电站的转换效率。本发明提供的方法，能够实现冷水与高温空气的梯级换热，提高热资源的回收利用。本发明实现了不同级的换热器实现不同的换热要求，降低了对换热器外壳、管束的性能要求，降低了换热器制造复杂度，降低了换热系统的造价。

技术特征：

1.一种串联式多参数换热器的压缩空气储能电站系统，其特征在于，所述系统包括：压缩机、换热组件、储气库、冷却器、热水罐和冷水罐，其中，

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一换热组件和第二换热组件结构相同，均包括数个串联连接的换热器，所述换热器的个数与第一压缩机和第二压缩机之间的温差相关。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数个为三个，分别为一段一级换热器、一段二级换热器和一段三级换热器，其中，所述第一压缩机连接第一换热组件的一段一级换热器，所述一段一级换热器通过多个支路连接一段二级换热器；所述一段二级换热器通过多个支路连接一段三级换热器。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数个为三个，分别为二段一级换热器、二段二级换热器和二段三级换热器，所述第二压缩机连接第二换热组件的二段一级换热器，所述二段一级换热器通过多个支路连接二段二级换热器；所述二段二级换热器通过多个支路连接二段三级换热器。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述一段二级换热器水侧出口与一段一级换热器水侧入口连接，所述一段一级换热器水侧出口与所述热水罐连接。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述一段二级换热器水侧入口与一段三级换热器水侧出口连接，所述一段三级换热器水侧入口与所述冷水罐连接。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述二段二级换热器水侧出口与二段一级换热器水侧入口连接，所述二段一级换热器水侧出口与所述热水罐连接。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述二段二级换热器水侧入口与二段三级换热器水侧出口连接，所述二段三级换热器水侧入口与所述冷水罐连接。

9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述换热组件中每个换热器之间的出口空气温度差为30～50℃。

10.一种串联式多参数换热器的压缩空气储能电站系统的控制方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-9任一项所述的系统来实现，包括储能过程，该储能过程包括：环境的空气进入第一压缩机进行压缩，压缩后的空气进入第一换热器组件进行换热后，进入第二压缩机继续进行压缩，压缩后的空气进入第二换热器组件进行换热，之后进入第三压缩机，第三段压缩机排气进入冷却器冷却后进入储气库；所述第一换热器组件和第二换热器组件换热所需的冷水来自冷水罐，换热后的热水储存至热水罐。

技术总结
本发明涉及一种串联式多参数换热器的压缩空气储能电站系统及控制方法，系统包括：压缩机、换热组件、储气库、冷却器、热水罐和冷水罐，其中，第一压缩机和第二压缩机之间连接设置有第一换热组件；第二压缩机和第三压缩机之间连接设置有第二换热组件；第三压缩机连接储气库；第一换热组件和第二换热组件同时连接热水罐和冷水罐。本发明能够根据压缩机排气温度与下一段压缩机进口温度，设置相应个数的换热器，提高换热效果，进而提高电站的转换效率。本发明提供的方法，能够实现冷水与高温空气的梯级换热，提高热资源的回收利用。

技术研发人员：袁照威,张春琳,李峻,李季,徐志强,陈永安,叶慧蓉,吴苏日姑嘎,王金龙
受保护的技术使用者：中能建数字科技集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5