權(quán)利要求書： 1.一種高效利用低品位熱能的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括一壓縮空氣儲(chǔ)能單元，所述壓縮空氣儲(chǔ)能單元包括一儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、一儲(chǔ)能膨脹機(jī)組、一高壓儲(chǔ)氣室、一電動(dòng)機(jī)和一發(fā)電機(jī)，其中，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的低壓進(jìn)氣管線與大氣連通，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的高壓排氣管線與所述高壓儲(chǔ)氣室的進(jìn)氣口連通，所述儲(chǔ)能膨脹機(jī)組的高壓進(jìn)氣管線與所述高壓儲(chǔ)氣室的排氣口連通，所述電動(dòng)機(jī)與所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的動(dòng)力輸入端傳動(dòng)連接，所述儲(chǔ)能膨脹機(jī)組的動(dòng)力輸出端與所述發(fā)電機(jī)傳動(dòng)連接，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一低品位熱能輸入單元和一高溫?zé)崮芾脝卧?，其中，所述低品位熱能輸入單元，包括一低溫蓄熱裝置和一第一換熱器，其中，所述低溫蓄熱裝置中設(shè)置有蓄熱材料及用以引入低品位熱能的結(jié)構(gòu)，所述低溫蓄熱裝置中還設(shè)置有換熱盤管，所述第一換熱器的熱側(cè)通過管路與低溫蓄熱裝置中的換熱盤管連通形成一低溫?zé)崮苎h(huán)回路，所述第一換熱器的冷側(cè)設(shè)置在所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的低壓進(jìn)氣管線上；

所述高溫?zé)崮芾脝卧?，包括一熱機(jī)、一第二換熱器、一高溫蓄熱裝置和一熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組，其中，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的高壓排氣管線依次經(jīng)所述第二換熱器的熱側(cè)、所述高溫蓄熱裝置的第一換熱盤管后與所述高壓儲(chǔ)氣室的進(jìn)氣口連通，所述第二換熱器的冷側(cè)設(shè)置在所述熱機(jī)的氣體工質(zhì)進(jìn)氣管線上，所述熱機(jī)的第一輸出軸驅(qū)動(dòng)連接所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組，所述熱機(jī)的第二輸出軸通過一離合器驅(qū)動(dòng)連接所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組，所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組的進(jìn)氣口與大氣連通、排氣口通過管路經(jīng)所述高溫蓄熱裝置的第二換熱盤管后與所述高壓儲(chǔ)氣室的進(jìn)氣口連通，且所述高溫蓄熱裝置的第二換熱盤管與所述高壓儲(chǔ)氣室的進(jìn)氣口之間的連通管路上至少設(shè)置一調(diào)壓閥，所述高壓儲(chǔ)氣室的排氣口通過管路經(jīng)所述高溫蓄熱裝置的第三換熱盤管與所述儲(chǔ)能膨脹機(jī)組的高壓進(jìn)氣管線連通，且在所述高壓儲(chǔ)氣室的排氣管路上至少設(shè)置一控制閥；

所述低溫蓄熱裝置、高溫蓄熱裝置中的蓄熱材料為水、砂石或土壤。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述熱機(jī)為燃?xì)廨啓C(jī)、活塞式內(nèi)燃機(jī)、朗肯循環(huán)熱機(jī)或斯特林機(jī)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述低品位熱能來自太陽能低溫蓄熱、工業(yè)余熱或跨季節(jié)蓄熱。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組、膨脹機(jī)組為活塞式、離心式、軸流式或轉(zhuǎn)子式中的一種或幾種的組合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一換熱器、第二換熱器為管殼式、板翅式、板式、螺旋管式、套管式、板殼式、管翅式、熱管式中的一種或幾種的組合。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)的電能來自風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、電網(wǎng)中的一種或多種組合。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述的儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、膨脹機(jī)組為單級或多級。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述高溫蓄熱裝置、低溫蓄熱裝置為雙罐間接蓄熱、填充床蓄熱或熔融鹽單罐蓄熱。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括儲(chǔ)能工作模式和釋能工作模式。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述系統(tǒng)處于儲(chǔ)能工作模式時(shí)，啟動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、熱機(jī)、熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組，關(guān)閉所述高壓儲(chǔ)氣室排氣管路上的控制閥，所述低溫蓄熱裝置中的低品位熱能通過所述第一換熱器傳輸至所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的進(jìn)口空氣中，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組排出的高溫高壓壓縮空氣在所述第二換熱器中釋放熱量以加熱進(jìn)入所述熱機(jī)的氣體工質(zhì)，之后進(jìn)入所述高溫蓄熱裝置進(jìn)一步釋放熱量后以接近常溫狀態(tài)儲(chǔ)存在所述高壓儲(chǔ)氣室中；同時(shí)，所述熱機(jī)驅(qū)動(dòng)所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組排出的高溫高壓壓縮空氣在進(jìn)入高溫蓄熱裝置釋放熱量后，經(jīng)所述調(diào)壓閥調(diào)壓后儲(chǔ)存在所述高壓儲(chǔ)氣室中。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)的輸入功率不能滿足需求時(shí)，關(guān)閉所述離合器，使所述熱機(jī)為所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組提供部分功，以滿足儲(chǔ)能需求。

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述系統(tǒng)處于釋能模式時(shí)，打開所述高壓儲(chǔ)氣室排氣管路上的控制閥，關(guān)閉所述電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、熱機(jī)、熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組，所述高壓儲(chǔ)氣室中的高壓壓縮空氣進(jìn)入所述高溫蓄熱裝置吸熱后通入所述膨脹機(jī)組中膨脹做功，帶動(dòng)所述發(fā)電機(jī)工作并對外輸出電能。

13.一種權(quán)利要求1至12任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，當(dāng)需要儲(chǔ)能時(shí)，啟動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、熱機(jī)、熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組，關(guān)閉所述高壓儲(chǔ)氣室排氣管路上的控制閥，所述低溫蓄熱裝置中的低品位熱能通過所述第一換熱器傳輸至所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的進(jìn)口空氣中，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組排出的高溫高壓壓縮空氣在所述第二換熱器中釋放熱量以加熱進(jìn)入所述熱機(jī)的氣體工質(zhì)，之后進(jìn)入所述高溫蓄熱裝置進(jìn)一步釋放熱量后以接近常溫狀態(tài)儲(chǔ)存在所述高壓儲(chǔ)氣室中；同時(shí)，所述熱機(jī)驅(qū)動(dòng)所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組排出的高溫高壓壓縮空氣在進(jìn)入高溫蓄熱裝置釋放熱量后，經(jīng)所述調(diào)壓閥調(diào)壓后儲(chǔ)存在所述高壓儲(chǔ)氣室中。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)的輸入功率不能滿足需求時(shí)，關(guān)閉所述離合器，使所述熱機(jī)為所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組提供部分功，以滿足儲(chǔ)能需求。

15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，當(dāng)需要釋能時(shí)，打開所述高壓儲(chǔ)氣室排氣管路上的控制閥，關(guān)閉所述電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、熱機(jī)、熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組，所述高壓儲(chǔ)氣室中的高壓壓縮空氣進(jìn)入所述高溫蓄熱裝置吸熱后通入所述膨脹機(jī)組中膨脹做功，帶動(dòng)所述發(fā)電機(jī)工作并對外輸出電能。

說明書： 一種高效利用低品位熱能的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于壓縮空氣儲(chǔ)能等技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，特別涉及一種高效利用低品位熱能的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)及其控制方法，可以實(shí)現(xiàn)低品位熱能高效利

用，提高系統(tǒng)效率和運(yùn)行工況范圍。

背景技術(shù)[0002] 能源和環(huán)境問題的可持續(xù)發(fā)展是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，而解決電力行業(yè)中的能源環(huán)境問題是保證我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。電力儲(chǔ)能是調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu)、大

規(guī)模發(fā)展可再生能源、提高能源安全的關(guān)鍵技術(shù)之一，大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的研究具有重要理

論和實(shí)踐價(jià)值。

[0003] 目前的儲(chǔ)能系統(tǒng)有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、燃料電池等，抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能密度大、輸出功率大等特點(diǎn)，已被大規(guī)模利用。但抽水蓄能電站必須建設(shè)大壩，

耗水量大，對生態(tài)也會(huì)造成一定得破壞。而壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)不耗水，對生態(tài)環(huán)境基本沒有

影響，具有初始投資成本低、效率高、無毒、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，具有較大的發(fā)展前景。此外，目前

低品位熱源如工業(yè)余熱等的利用率低，可再生能源由于波動(dòng)性和間歇性利用率低，壓縮空

氣儲(chǔ)能系統(tǒng)工況運(yùn)行范圍有限。

發(fā)明內(nèi)容[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷和不足，本發(fā)明旨在提供一種高效利用低品位熱能的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)及其控制方法，通過在現(xiàn)有的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中增加低品位熱源輸入部

分和高溫?zé)崮芾貌糠郑玫推肺粺嵩磳M(jìn)入儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的入口空氣進(jìn)行加熱，由此

也提高了儲(chǔ)能壓縮機(jī)組出口氣體的壓縮空氣溫度，并且利用儲(chǔ)能壓縮機(jī)組出口部分的熱量

作為熱機(jī)氣體工質(zhì)的熱源，該熱機(jī)可同時(shí)為儲(chǔ)能壓縮機(jī)和熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)提供動(dòng)力。采用該

耦合系統(tǒng)，將低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位熱能，可以實(shí)現(xiàn)低品位熱能的高效利用，該系統(tǒng)具有

節(jié)能、高效、可再生能源適用強(qiáng)等特點(diǎn)。

[0005] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為：[0006] 一種高效利用低品位熱能的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括一壓縮空氣儲(chǔ)能單元，所述壓縮空氣儲(chǔ)能單元包括一儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、一儲(chǔ)能膨脹機(jī)組、一高壓儲(chǔ)氣室、一電動(dòng)機(jī)和一發(fā)

電機(jī)，其中，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的低壓進(jìn)氣管線與大氣連通，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的高壓排氣

管線與所述高壓儲(chǔ)氣室的進(jìn)氣口連通，所述儲(chǔ)能膨脹機(jī)組的高壓進(jìn)氣管線與所述高壓儲(chǔ)氣

室的排氣口連通，所述電動(dòng)機(jī)組與所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的動(dòng)力輸入端傳動(dòng)連接，所述儲(chǔ)能膨

脹機(jī)組的動(dòng)力輸出端與所述發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)連接，其特征在于，

[0007] 所述系統(tǒng)還包括一低品位熱能輸入單元和一高溫?zé)崮芾脝卧?，其中，[0008] 所述低品位熱能輸入單元，包括一低溫蓄熱裝置和一第一換熱器，其中，所述低溫蓄熱裝置中設(shè)置有蓄熱材料及用以引入低品位熱能的結(jié)構(gòu)，所述低溫蓄熱裝置中還設(shè)置有

換熱盤管，所述第一換熱器的熱側(cè)通過管路與低溫蓄熱裝置中的換熱盤管連通形成一低溫

熱能循環(huán)回路，所述第一換熱器的冷側(cè)設(shè)置在所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的低壓進(jìn)氣管線上；

[0009] 所述高溫?zé)崮芾脝卧?，包括一熱機(jī)、一第二換熱器、一高溫蓄熱裝置和一熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組，其中，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的高壓排氣管線依次經(jīng)所述第二換熱器的熱側(cè)、所述高

溫蓄熱裝置的第一換熱盤管后與所述高壓儲(chǔ)氣室的進(jìn)氣口連通，所述第二換熱器的冷側(cè)設(shè)

置在所述熱機(jī)的氣體工質(zhì)進(jìn)氣管線上，所述熱機(jī)的第一輸出軸驅(qū)動(dòng)連接所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)

組，所述熱機(jī)的第二輸出軸通過一離合器驅(qū)動(dòng)連接所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組，所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)

組的進(jìn)氣口與大氣連通、排氣口通過管路經(jīng)所述高溫蓄熱裝置的第二換熱盤管后與所述高

壓儲(chǔ)氣室的進(jìn)氣口連通，且所述高溫蓄熱裝置的第二換熱盤管與所述高壓儲(chǔ)氣室的進(jìn)氣口

之間的連通管路上至少設(shè)置一調(diào)壓閥，所述高壓儲(chǔ)氣室的排氣口通過管路經(jīng)所述高溫蓄熱

裝置的第三換熱盤管與所述儲(chǔ)能膨脹機(jī)組的高壓進(jìn)氣管線連通，且在所述高壓儲(chǔ)氣室的排

氣管路上至少設(shè)置一控制閥。

[0010] 本發(fā)明的上述系統(tǒng)中，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組前方設(shè)置第一換熱器，所述第一換熱器與所述低溫蓄熱裝置進(jìn)行熱量交換，所述低溫蓄熱裝置引入并存儲(chǔ)低品位熱能，通過對進(jìn)

入所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的空氣進(jìn)行預(yù)熱實(shí)現(xiàn)對低品位熱源中熱量的利用。由于利用低品位熱

源對進(jìn)入儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的入口空氣進(jìn)行了加熱，由此也提高了儲(chǔ)能壓縮機(jī)組出口氣體的壓

縮空氣溫度，實(shí)現(xiàn)了將低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位熱能利用。

[0011] 本發(fā)明的上述系統(tǒng)中，所述熱機(jī)的氣體工質(zhì)進(jìn)氣管線上設(shè)置第二換熱器，通過與所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組排出的高溫高壓壓縮空氣進(jìn)行換熱，提高進(jìn)入所述熱機(jī)的氣體工質(zhì)的入

口溫度，為所述熱機(jī)提供熱源，同時(shí)降低所述高壓儲(chǔ)氣室存儲(chǔ)空氣的溫度。

[0012] 本發(fā)明的上述系統(tǒng)中，所述熱機(jī)驅(qū)動(dòng)所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組，所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組將空氣壓縮至所述高溫蓄熱裝置的臨近溫度和所述高壓儲(chǔ)氣室的臨近壓力，高溫高壓空氣

經(jīng)所述高溫蓄熱裝置蓄熱后儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)氣室，實(shí)現(xiàn)更多空氣的儲(chǔ)存。

[0013] 本發(fā)明的上述系統(tǒng)中，所述熱機(jī)的第二輸出軸上設(shè)置有離合器，所述離合器連接所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組和熱機(jī)，通過離合器的開啟和關(guān)閉實(shí)現(xiàn)接入負(fù)荷的變化。

[0014] 本發(fā)明的上述系統(tǒng)中，所述高溫蓄熱裝置的第二換熱盤管與所述高壓儲(chǔ)氣室的進(jìn)氣口之間的連通管路上設(shè)置有調(diào)壓閥門，用于調(diào)節(jié)來自所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組的壓縮空氣的

壓力。

[0015] 優(yōu)選的，所述熱機(jī)為燃?xì)廨啓C(jī)、活塞式內(nèi)燃機(jī)、朗肯循環(huán)熱機(jī)或斯特林機(jī)。[0016] 優(yōu)選的，所述低品位熱能來自太陽能低溫蓄熱、工業(yè)余熱或跨季節(jié)蓄熱。[0017] 優(yōu)選的，所述低溫蓄熱裝置、高溫蓄熱裝置中的蓄熱材料為水、砂石或土壤。[0018] 優(yōu)選的，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組、膨脹機(jī)組為活塞式、離心式、軸流式、螺桿式或轉(zhuǎn)子式中的一種或幾種的組合。

[0019] 優(yōu)選的，所述第一換熱器、第二換熱器為管殼式、板翅式、板式、螺旋管式、套管式、板殼式、管翅式、熱管式中的一種或幾種的組合。

[0020] 優(yōu)選的，所述電動(dòng)機(jī)的電能來自風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、電網(wǎng)中的一種或多種組合。

[0021] 優(yōu)選的，所述的儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、膨脹機(jī)組為單級或多級。[0022] 優(yōu)選的，所述高溫蓄熱裝置、低溫蓄熱裝置為雙罐間接蓄熱、填充床蓄熱或熔融鹽單罐蓄熱。

[0023] 優(yōu)選的，所述系統(tǒng)包括儲(chǔ)能工作模式和釋能工作模式。[0024] 進(jìn)一步地，當(dāng)所述系統(tǒng)處于儲(chǔ)能工作模式時(shí)，啟動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、熱機(jī)、熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組，關(guān)閉所述高壓儲(chǔ)氣室排氣管路上的控制閥，所述低溫蓄熱裝置中的低

品位熱能通過所述第一換熱器傳輸至所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組的進(jìn)口空氣中，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組

排出的高溫高壓壓縮空氣在所述第二換熱器中釋放熱量以加熱進(jìn)入所述熱機(jī)的氣體工質(zhì)，

之后進(jìn)入所述高溫蓄熱裝置進(jìn)一步釋放熱量后以接近常溫狀態(tài)儲(chǔ)存在所述高壓儲(chǔ)氣室中；

同時(shí)，所述熱機(jī)驅(qū)動(dòng)所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組排出的高溫高壓壓縮空氣在

進(jìn)入高溫蓄熱裝置釋放熱量后，經(jīng)所述調(diào)壓閥調(diào)壓后儲(chǔ)存在所述高壓儲(chǔ)氣室中。

[0025] 進(jìn)一步地，當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)的輸入功率不能滿足需求時(shí)，關(guān)閉所述離合器，使所述熱機(jī)為所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組提供部分功，以滿足儲(chǔ)能需求。

[0026] 進(jìn)一步地，當(dāng)所述系統(tǒng)處于釋能模式時(shí)，打開所述高壓儲(chǔ)氣室排氣管路上的控制閥，關(guān)閉所述電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、熱機(jī)、熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組，所述高壓儲(chǔ)氣室中的高壓壓縮

空氣進(jìn)入所述高溫蓄熱裝置吸熱后通入所述膨脹機(jī)組中膨脹做功，帶動(dòng)所述發(fā)電機(jī)工作并

對外輸出電能。

[0027] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種上述系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，當(dāng)需要儲(chǔ)能時(shí)，啟動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、熱機(jī)、熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組，關(guān)閉所述高壓儲(chǔ)氣室排氣

管路上的控制閥，所述低溫蓄熱裝置中的低品位熱能通過所述第一換熱器傳輸至所述儲(chǔ)能

壓縮機(jī)組的進(jìn)口空氣中，所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組排出的高溫高壓壓縮空氣在所述第二換熱器中

釋放熱量以加熱進(jìn)入所述熱機(jī)的氣體工質(zhì)，之后進(jìn)入所述高溫蓄熱裝置進(jìn)一步釋放熱量后

以接近常溫狀態(tài)儲(chǔ)存在所述高壓儲(chǔ)氣室中；同時(shí)，所述熱機(jī)驅(qū)動(dòng)所述熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組所述

熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組排出的高溫高壓壓縮空氣在進(jìn)入高溫蓄熱裝置釋放熱量后，經(jīng)所述調(diào)壓閥

調(diào)壓后儲(chǔ)存在所述高壓儲(chǔ)氣室中。

[0028] 進(jìn)一步地，當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)的輸入功率不能滿足需求時(shí)，關(guān)閉所述離合器，使所述熱機(jī)為所述儲(chǔ)能壓縮機(jī)組提供部分功，以滿足儲(chǔ)能需求。

[0029] 進(jìn)一步地，當(dāng)需要釋能時(shí)，打開所述高壓儲(chǔ)氣室排氣管路上的控制閥，關(guān)閉所述電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能壓縮機(jī)組、熱機(jī)、熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組，所述高壓儲(chǔ)氣室中的高壓壓縮空氣進(jìn)入所述

高溫蓄熱裝置吸熱后通入所述膨脹機(jī)組中膨脹做功，帶動(dòng)所述發(fā)電機(jī)工作并對外輸出電

能。

[0030] 本發(fā)明的高效利用低品位熱能的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其工作原理為：[0031] 儲(chǔ)能時(shí)，空氣在第一換熱器中吸收低品位熱能后進(jìn)入儲(chǔ)能壓縮機(jī)組，在多余電能的驅(qū)動(dòng)下，空氣壓縮到高溫高壓狀態(tài)，被壓縮后的氣體在第二換熱器中被冷卻，同時(shí)加熱熱

機(jī)的氣體工質(zhì)，冷卻后的空氣在高溫蓄熱裝置中再次冷卻，最終以常溫高壓形式存儲(chǔ)于高

壓存儲(chǔ)室。同時(shí)，被加熱的氣體工質(zhì)進(jìn)入熱機(jī)以熱機(jī)效率，熱機(jī)做的功驅(qū)動(dòng)熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組

壓縮空氣，被壓縮后的高溫高壓空氣進(jìn)入高溫蓄熱裝置釋放熱量后進(jìn)入高壓儲(chǔ)氣室中儲(chǔ)

存，當(dāng)需要變動(dòng)負(fù)荷時(shí)，通過關(guān)閉離合器，使熱機(jī)為儲(chǔ)能壓縮機(jī)組提供部分功，減少外界負(fù)

荷。釋能時(shí)，高壓儲(chǔ)氣室中的氣體經(jīng)過高溫蓄熱裝置被加熱后，被輸送至膨脹機(jī)組膨脹做

功。

[0032] 通過上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的有益效果在于：在壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將壓縮空氣儲(chǔ)能、余熱利用和熱機(jī)相結(jié)合，利用低品位熱能加入壓縮機(jī)入口前的空

氣，實(shí)現(xiàn)了低品位能量的利用，將壓縮空氣儲(chǔ)能與熱機(jī)相結(jié)合，提高了系統(tǒng)的能量利用效

率，拓寬系統(tǒng)工作范圍。

附圖說明[0033] 圖1為本發(fā)明的高效利用低品位熱能的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖。具體實(shí)施方式[0034] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

[0035] 如圖1所示，本發(fā)明的高效利用低品位熱能的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括一壓縮空氣儲(chǔ)能單元，壓縮空氣儲(chǔ)能單元包括一儲(chǔ)能壓縮機(jī)組C1、一儲(chǔ)能膨脹機(jī)組12、一高壓儲(chǔ)氣室

10、一電動(dòng)機(jī)3和一發(fā)電機(jī)13，其中，儲(chǔ)能壓縮機(jī)組C1的低壓進(jìn)氣管線與大氣連通，儲(chǔ)能壓縮

機(jī)組C1的高壓排氣管線與高壓儲(chǔ)氣室10的進(jìn)氣口連通，儲(chǔ)能膨脹機(jī)組12的高壓進(jìn)氣管線與

高壓儲(chǔ)氣室10的排氣口連通，電動(dòng)機(jī)組3與儲(chǔ)能壓縮機(jī)組C1的動(dòng)力輸入端傳動(dòng)連接，儲(chǔ)能膨

脹機(jī)組12的動(dòng)力輸出端與發(fā)電機(jī)組13傳動(dòng)連接。作為一種優(yōu)選，電動(dòng)機(jī)組3電能來自可再生

能源如風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電、電網(wǎng)等的一種或多種組合。儲(chǔ)能壓縮機(jī)組C1可為單級或多

級壓縮機(jī)，儲(chǔ)能膨脹機(jī)組12可為單級或多級膨脹機(jī)。儲(chǔ)能壓縮機(jī)組C1可為活塞式、離心式、

軸流式、螺桿式或轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)中的一種或幾種的組合，儲(chǔ)能膨脹機(jī)組12可為活塞式、軸流

式、離心式、螺桿式或混合式膨脹機(jī)中的一種。

[0036] 為實(shí)現(xiàn)低品位熱能的高效利用，本發(fā)明的高效利用低品位熱能的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中，還設(shè)置一低品位熱能輸入單元和一高溫?zé)崮芾脝卧?br />
[0037] 參見圖1，低品位熱能輸入單元包括一低溫蓄熱裝置TS1和一第一換熱器H1，低溫蓄熱裝置TS1中設(shè)置諸如水、砂石、土壤等蓄熱材料，采用雙罐間接蓄熱、填充床蓄熱、熔融

鹽單罐蓄熱等類似結(jié)構(gòu)形式，用以存儲(chǔ)低品位熱能，低品位熱能來自于太陽能低溫蓄熱、工

業(yè)余熱，跨季節(jié)蓄熱等。低品位熱能輸入低溫蓄熱裝置TS1的方式多種多樣，例如可通過熱

水盤管的方式通入低溫蓄熱裝置TS1中，以熱水作為低品位熱能的載體，通過熱水與低溫蓄

熱裝置TS1中的蓄熱材料進(jìn)行熱交換，將熱量傳遞至蓄熱材料中進(jìn)行蓄熱，或者通過其他直

接或間接的方式將低品位熱能輸入低溫蓄熱裝置TS1，這些都屬于現(xiàn)有技術(shù)的范疇，本發(fā)明

在此不作詳細(xì)展開。低溫蓄熱裝置TS1中還設(shè)置有換熱盤管(圖中未示出)，第一換熱器H1的

熱側(cè)通過管路與低溫蓄熱裝置TS1中的換熱盤管形成低溫?zé)崮苎h(huán)回路，第一換熱器H1的

冷側(cè)設(shè)置在儲(chǔ)能壓縮機(jī)組C1的低壓進(jìn)氣管線上，通過低溫?zé)崮苎h(huán)回路將低溫蓄熱裝置

TS1中蓄積的低品位熱能輸送至第一換熱器H1的熱側(cè)中，并對通過第一換熱器H1的冷側(cè)進(jìn)

入儲(chǔ)能壓縮機(jī)組C1的空氣進(jìn)行加熱，從而實(shí)現(xiàn)對低品位熱能的利用。

[0038] 參見圖1，高溫?zé)崮芾脝卧ㄒ粺釞C(jī)6、一第二換熱器H2、一高溫蓄熱裝置TS2和一熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組C2，其中，儲(chǔ)能壓縮機(jī)組C1的高壓排氣管線依次經(jīng)第二換熱器H2的熱

側(cè)、高溫蓄熱裝置TS2的第一換熱盤管后與高壓儲(chǔ)氣室10的進(jìn)氣口連通，第二換熱器H2的冷

側(cè)設(shè)置在熱機(jī)6的氣體工質(zhì)進(jìn)氣管線上，熱機(jī)6的第一輸出軸驅(qū)動(dòng)連接熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組C2，

熱機(jī)6的第二輸出軸通過一離合器15驅(qū)動(dòng)連接儲(chǔ)能壓縮機(jī)組C1，熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組C2的進(jìn)氣

口與大氣連通、排氣口通過管路經(jīng)高溫蓄熱裝置TS2的第二換熱盤管后與高壓儲(chǔ)氣室10的

進(jìn)氣口連通，且高溫蓄熱裝置TS2的第二換熱盤管與高壓儲(chǔ)氣室10的進(jìn)氣口之間的連通管

路上至少設(shè)置一調(diào)壓閥9，與高壓儲(chǔ)氣室10的排氣口通過管路經(jīng)高溫蓄熱裝置TS2的第三換

熱盤管與儲(chǔ)能膨脹機(jī)組12的高壓進(jìn)氣管線連通，且在高壓儲(chǔ)氣室10的排氣管路上至少設(shè)置

一控制閥。與低溫蓄熱裝置TS1類似，高溫蓄熱裝置TS2也可選擇諸如水、砂石、土壤等蓄熱

材料，并采用雙罐間接蓄熱、填充床蓄熱、熔融鹽單罐蓄熱等類似結(jié)構(gòu)形式，用以存儲(chǔ)高品

位的高溫?zé)崮堋釞C(jī)6可為燃?xì)廨啓C(jī)、活塞式內(nèi)燃機(jī)、朗肯循環(huán)熱機(jī)和斯特林機(jī)等，這些種類

的熱機(jī)在進(jìn)行工作時(shí)，都需要諸如空氣之類的氣體工質(zhì)參與工作，提高氣體工質(zhì)的進(jìn)氣溫

度可以提高熱機(jī)整體的工作效率，為此，本發(fā)明中的熱機(jī)6在進(jìn)行工作時(shí)，由于其氣體工質(zhì)

進(jìn)氣管線上經(jīng)過第二換熱器H2的冷側(cè)，而第二換熱器H2的熱側(cè)通入的則是從儲(chǔ)能壓縮機(jī)組

C1排出的高溫高壓的壓縮空氣，因而熱機(jī)6的氣體工質(zhì)在進(jìn)入熱機(jī)前通過在第二換熱器H2

中與儲(chǔ)能壓縮機(jī)組C1排出的高溫高壓的壓縮空氣進(jìn)行換熱，可提高熱機(jī)的氣體工質(zhì)的入口

溫度，為熱機(jī)提供熱源，同時(shí)也降低了后續(xù)高壓儲(chǔ)氣室10存儲(chǔ)空氣的溫度。此外，熱機(jī)6驅(qū)動(dòng)

熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組C2，熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組C2將空氣壓縮至高溫蓄熱裝置TS2的臨近溫度和高壓

儲(chǔ)氣室10的臨近壓力，高溫高壓空氣經(jīng)高溫蓄熱裝置TS2后儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)氣室10中，實(shí)現(xiàn)更

多壓縮空氣的儲(chǔ)存。進(jìn)一步地，熱機(jī)6的第二輸出軸通過離合器15驅(qū)動(dòng)連接儲(chǔ)能壓縮機(jī)組

C1，通過離合器15的開啟和關(guān)閉實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能壓縮機(jī)組C1接入負(fù)荷的變化。高溫蓄熱裝置TS2的

第二換熱盤管與高壓儲(chǔ)氣室10的進(jìn)氣口之間的連通管路上至少設(shè)置的調(diào)壓閥9，用于調(diào)節(jié)

來自熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組C2的壓縮空氣的壓力。

[0039] 本發(fā)明的高效利用低品位熱能的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，在工作過程中，包括儲(chǔ)能工作模式和釋能工作模式。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)處于儲(chǔ)能工作模式時(shí)，空氣1在第一換熱器H1吸收低品

位熱能后進(jìn)入壓縮機(jī)組C1被壓縮，被壓縮后的高溫高壓氣體在第二換熱器H2中釋放熱量后

進(jìn)入高溫蓄熱裝置TS2，高溫高壓空氣冷卻后以接近常溫狀態(tài)儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)氣室10中；同

時(shí)，熱機(jī)6的氣體工質(zhì)在第二換熱器H2吸熱后進(jìn)入熱機(jī)6參與做功，熱機(jī)6做功驅(qū)動(dòng)熱機(jī)側(cè)壓

縮機(jī)組C2，空氣7在熱機(jī)側(cè)壓縮機(jī)組C2中被壓縮，被壓縮后的氣體在進(jìn)入高溫蓄熱裝置TS2

釋放熱量后，經(jīng)調(diào)壓閥9調(diào)壓后儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)氣室10中。當(dāng)電動(dòng)機(jī)3的輸入功率(即外界負(fù)

荷)不大時(shí)，離合器15關(guān)閉，熱機(jī)6為儲(chǔ)能壓縮機(jī)組C1提供部分功，以滿足儲(chǔ)能需求。

[0040] 當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)處于釋能模式時(shí)，高壓儲(chǔ)氣室10中的高壓壓縮空氣進(jìn)入高溫蓄熱裝置TS2吸熱后進(jìn)入膨脹機(jī)組12膨脹做功，其排氣14與大氣連通。

[0041] 以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。