本發(fā)明屬于空氣儲(chǔ)能，具體涉及一種利用地下含水層的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)及其工作方法。
背景技術(shù)：
1、隨著對(duì)溫室氣體排放的日益關(guān)注，風(fēng)能和太陽能等可再生能源最近在能源市場(chǎng)上的份額迅速增長(zhǎng)。然而，這些可再生能源具有波動(dòng)性、隨機(jī)性和不可預(yù)測(cè)性的特性，難以滿足居民用戶穩(wěn)定用能需求。因此，亟需一種高效的儲(chǔ)能技術(shù)來調(diào)節(jié)清潔能源的間歇性問題，確保電力供應(yīng)穩(wěn)定。
2、壓縮空氣儲(chǔ)能(caes)是一種潛在的儲(chǔ)能技術(shù)，近年來在全球獲得了廣泛關(guān)注。caes通過在電力供應(yīng)過剩時(shí)壓縮空氣儲(chǔ)存，電力不足時(shí)釋放壓縮空氣發(fā)電，能夠在供需波動(dòng)之間實(shí)現(xiàn)平衡，從而為間歇性可再生能源提供可靠的后備支持。caes技術(shù)已成為全球僅有的兩種商業(yè)化大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)之一，并被證實(shí)是一種有效的解決方案，能夠緩解清潔能源利用過程中的電力供應(yīng)不平衡問題。
3、目前，地下壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)所利用的儲(chǔ)存介質(zhì)有許多種，比如鹽穴、枯竭油氣儲(chǔ)層或地下洞穴等；關(guān)于在上述儲(chǔ)存介質(zhì)中或其他介質(zhì)中進(jìn)行壓縮空氣儲(chǔ)能已經(jīng)有相關(guān)文獻(xiàn)公開，但是關(guān)于利用地下含水層的空氣壓縮儲(chǔ)能技術(shù)尚無相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)公開。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用地下含水層的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)及其工作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中巖石洞穴或鹽腔的地質(zhì)壓縮空氣儲(chǔ)能的局限性問題，本發(fā)明通過保持系統(tǒng)運(yùn)行過程中的等溫特性，控制系統(tǒng)的熱量散失，提高了空氣壓縮系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
3、本發(fā)明的一種利用地下含水層的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括：空氣壓縮單元、空氣膨脹單元、熱儲(chǔ)存及循環(huán)單元及空氣注入單元，其中；
4、空氣壓縮單元，包含依次連接的空氣壓縮儲(chǔ)能渦輪機(jī)、壓縮側(cè)熱交換裝置及壓縮空氣暫存裝置；其中，空氣壓縮儲(chǔ)能渦輪機(jī)的出氣端與壓縮側(cè)熱交換裝置的進(jìn)氣端連接，壓縮側(cè)熱交換裝置的出氣端與壓縮空氣暫存裝置的進(jìn)氣端連接；
5、空氣膨脹單元，包含依次連接的空氣膨脹釋能渦輪機(jī)、膨脹側(cè)熱交換裝置及膨脹空氣暫存裝置；其中，空氣膨脹釋能渦輪機(jī)的進(jìn)氣端與膨脹側(cè)熱交換裝置的出氣端連接，膨脹側(cè)熱交換裝置的進(jìn)氣端與膨脹空氣暫存裝置的出氣端連接；
6、熱儲(chǔ)存及循環(huán)單元，包含高溫油儲(chǔ)存箱、第一儲(chǔ)熱油循環(huán)泵、低溫油儲(chǔ)存箱及第二儲(chǔ)熱油循環(huán)泵；其中，低溫油儲(chǔ)存箱的出口端與壓縮側(cè)熱交換裝置的儲(chǔ)熱油進(jìn)口端相連，低溫油儲(chǔ)存箱的進(jìn)口端與膨脹側(cè)熱交換裝置的出口端相連；高溫油儲(chǔ)存箱的進(jìn)口端與壓縮側(cè)熱交換裝置的儲(chǔ)熱油出口端相連，高溫油儲(chǔ)存箱的出口端與膨脹側(cè)熱交換裝置的進(jìn)口端相連；第一儲(chǔ)熱油循環(huán)泵位于高溫油儲(chǔ)存箱和膨脹側(cè)熱交換裝置之間的管路上，用于提供儲(chǔ)熱油循環(huán)動(dòng)力，使儲(chǔ)熱油能夠在管路中按照一定的流速流動(dòng)；第二儲(chǔ)熱油循環(huán)泵位于低溫油儲(chǔ)存箱和壓縮側(cè)熱交換裝置之間的管路上，用于提供儲(chǔ)熱油循環(huán)動(dòng)力，使儲(chǔ)熱油能夠在管路中按照一定的流速流動(dòng)；
7、空氣注入單元，包含氣體注入管道，其上端分別與所述壓縮空氣暫存裝置的出氣端、膨脹空氣暫存裝置的進(jìn)氣端相連，下端與儲(chǔ)氣氣囊相連。
8、進(jìn)一步地，所述空氣壓縮單元還包括：壓縮側(cè)第一閥門，所述壓縮側(cè)第一閥門設(shè)置于壓縮側(cè)熱交換裝置與壓縮空氣暫存裝置之間，所述空氣壓縮儲(chǔ)能渦輪機(jī)、壓縮側(cè)熱交換裝置及壓縮空氣暫存裝置通過管道依次連接。
9、進(jìn)一步地，所述空氣膨脹單元還包括：膨脹側(cè)第一閥門，所述膨脹側(cè)第一閥門設(shè)置于膨脹側(cè)熱交換裝置與膨脹空氣暫存裝置之間，所述空氣膨脹釋能渦輪機(jī)、膨脹側(cè)熱交換裝置及膨脹空氣暫存裝置通過管道依次連接。
10、進(jìn)一步地，所述空氣注入單元還包括：壓縮側(cè)第二閥門、注入控制閥門、膨脹側(cè)第二閥門及三通管道；
11、所述三通管道，用于連接氣體注入管道、壓縮空氣暫存裝置及所膨脹空氣暫存裝置；
12、所述壓縮側(cè)第二閥門，設(shè)置于壓縮空氣暫存裝置與三通管道之間；
13、所述注入控制閥門，設(shè)置于氣體注入管道與三通管道之間；
14、所述膨脹側(cè)第二閥門，設(shè)置于膨脹空氣暫存裝置與三通管道之間。
15、進(jìn)一步地，所述熱儲(chǔ)存及循環(huán)單元還包括：第一儲(chǔ)熱油循環(huán)閥門和第二儲(chǔ)熱油循環(huán)閥門，所述第一儲(chǔ)熱油循環(huán)閥門設(shè)置于膨脹側(cè)熱交換裝置及第一儲(chǔ)熱油循環(huán)泵之間；所述第二儲(chǔ)熱油循環(huán)閥門設(shè)置于低溫油存儲(chǔ)箱及第二儲(chǔ)熱油循環(huán)泵之間。
16、本發(fā)明還提供一種利用地下含水層的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作方法，基于上述系統(tǒng)，方法包括儲(chǔ)能過程和釋能過程，如下：
17、儲(chǔ)能過程：空氣壓縮儲(chǔ)能渦輪機(jī)將大氣中的空氣壓縮，通過管道輸送到壓縮側(cè)熱交換裝置，空氣在壓縮側(cè)熱交換裝置中充分地與壓縮側(cè)熱交換裝置中儲(chǔ)熱油交換熱量，壓縮側(cè)熱交換裝置中冷卻后的壓縮空氣通過管道輸送并儲(chǔ)存在壓縮空氣暫存裝置中，待壓縮空氣暫存裝置中的壓縮空氣壓力穩(wěn)定后通過氣體注入管道注入地下含水層；
18、空氣在壓縮側(cè)熱交換裝置中與壓縮側(cè)熱交換裝置中儲(chǔ)熱油交換熱量的過程中，低溫油儲(chǔ)存箱中的儲(chǔ)熱油通過第二儲(chǔ)熱油循環(huán)泵抽取至壓縮側(cè)熱交換裝置中，壓縮側(cè)熱交換裝置中的壓縮空氣與儲(chǔ)熱油溫度交換完全后，抽取低溫油儲(chǔ)存箱中的低溫儲(chǔ)熱油至壓縮側(cè)熱交換裝置中，壓縮側(cè)熱交換裝置中油溫升高的儲(chǔ)熱油被壓入至高溫油儲(chǔ)存箱；
19、釋能過程：通過氣體注入管道將儲(chǔ)氣氣囊中的高壓空氣注入膨脹空氣暫存裝置，空氣通過管道輸送至膨脹側(cè)熱交換裝置與膨脹側(cè)熱交換裝置中的儲(chǔ)熱油交換熱量，加熱后的空氣通過管道進(jìn)入空氣膨脹釋能渦輪機(jī)，將壓縮空氣中的能量轉(zhuǎn)化為電能；
20、膨脹側(cè)熱交換裝置的空氣與膨脹側(cè)熱交換裝置中的儲(chǔ)熱油交換熱量過程中，高溫油儲(chǔ)存箱的儲(chǔ)熱油通過第一儲(chǔ)熱油循環(huán)泵抽取至膨脹側(cè)熱交換裝置中，膨脹側(cè)熱交換裝置中的壓縮空氣與儲(chǔ)熱油溫度交換完全后，抽取高溫油儲(chǔ)存箱中的高溫儲(chǔ)熱油至膨脹側(cè)熱交換裝置中，膨脹側(cè)熱交換裝置中油溫降低的儲(chǔ)熱油被壓入低溫油儲(chǔ)存箱。
21、本發(fā)明的有益效果：
22、本發(fā)明利用了廣泛分布的地下含水層作為儲(chǔ)氣庫進(jìn)行儲(chǔ)能，利用空氣注入系統(tǒng)將壓縮后的空氣注入含水層，使其中形成儲(chǔ)氣氣囊，減少了儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)地質(zhì)條件的限制，同時(shí)使得項(xiàng)目的開發(fā)成本更加經(jīng)濟(jì)。
23、本發(fā)明利用比熱容較大的耐高溫?zé)嵊停訌?qiáng)壓縮空氣的熱交換，輔助空氣壓縮膨脹系統(tǒng)，保持系統(tǒng)運(yùn)行過程中的等溫特性，控制系統(tǒng)的熱量散失，提高了空氣壓縮系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
24、本發(fā)明中使熱能利用效率大大增加，不需要使用化石燃料補(bǔ)燃，更加環(huán)保高效。
1.一種利用地下含水層的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，包括：空氣壓縮單元、空氣膨脹單元、熱儲(chǔ)存及循環(huán)單元及空氣注入單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地下含水層的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣壓縮單元還包括：壓縮側(cè)第一閥門，其設(shè)置于壓縮側(cè)熱交換裝置與壓縮空氣暫存裝置之間，所述空氣壓縮儲(chǔ)能渦輪機(jī)、壓縮側(cè)熱交換裝置及壓縮空氣暫存裝置通過管道依次連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地下含水層的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣膨脹單元還包括：膨脹側(cè)第一閥門，其設(shè)置于膨脹側(cè)熱交換裝置與膨脹空氣暫存裝置之間，所述空氣膨脹釋能渦輪機(jī)、膨脹側(cè)熱交換裝置及膨脹空氣暫存裝置通過管道依次連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地下含水層的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣注入單元還包括：壓縮側(cè)第二閥門、注入控制閥門、膨脹側(cè)第二閥門及三通管道；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用地下含水層的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述熱儲(chǔ)存及循環(huán)單元還包括：第一儲(chǔ)熱油循環(huán)閥門和第二儲(chǔ)熱油循環(huán)閥門，所述第一儲(chǔ)熱油循環(huán)閥門設(shè)置于膨脹側(cè)熱交換裝置及第一儲(chǔ)熱油循環(huán)泵之間；所述第二儲(chǔ)熱油循環(huán)閥門設(shè)置于低溫油存儲(chǔ)箱及第二儲(chǔ)熱油循環(huán)泵之間。
6.一種利用地下含水層的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作方法，基于權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，方法包括儲(chǔ)能過程和釋能過程，如下：