[发明专利]压缩空气发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种利用压缩空气进行发电的发电装置。 

背景技术

化石能源不断枯竭与环境日益恶化已成为制约全球经济与社会发展的重要瓶颈问题。为解决这一问题，除了广泛开展节约用能与提高化石能源利用效率外，大规模开发利用可再生能源成为全球能源发展的重要选择与必然趋势。

然而，很多形式的可再生能源，例如水电和风电，具有不稳定性、季节性和间歇性，尤其是风电，对电网的调度、运行方式、可靠性、电能品质和运行成本都带来巨大的冲击，必须将其进行适时储存，在需要时加以释放。例如，可采用压缩空气储能系统，其具体工作原理是，在用电低谷，将空气压缩并存于储气室中，使电能转化为空气的内能存储起来，在用电高峰，将高压空气从储气室释放，进入发电系统，然后驱动发电机发电。

目前已有的电力储能系统有抽水蓄能电站、压缩空气储能系统、蓄电池、超导磁能、飞轮和电容等，其中，抽水蓄能和压缩空气储能是比较适合大规模储能系统的两种储能技术。抽水蓄能电站具有技术成熟、效率高、容量大、储能周期长等优点，是目前广泛使用的大规模电力储能系统，但受地理条件等因素制约，开发利用受到很大限制。压缩空气储能是另一种能够实现大容量和长时间电能存储的储能技术。它通过压缩空气储存多余的电能，在需要时，高压空气从储气室释放，进入发电系统，驱动发电机发电。

目前，世界上已有两座大型压缩空气储能电站投入商业运行。第一座是1978年投入商业运行的德国Huntorf电站，目前仍在运行中。机组的压缩机功率60 MW，释能输出功率为290 MW，系统将压缩空气存储在地下600米的废弃矿洞中，矿洞总容积达3.1×10⁵ m³，压缩空气的压力最高可达100 bar。机组可连续充气8小时，连续发电2小时。该电站在1979年至1991年期间共启动并网5000多次，平均启动可靠性97.6%。第二座是于1991年投入商业运行的美国Alabama州的McIntosh压缩空气储能电站。其地下储气洞穴在地下450米，总容积为5.6×10⁵ m³，压缩空气储气压力为7.5 MPa。该储能电站压缩机组功率为50 MW，发电功率为110 MW，可以实现连续41小时空气压缩和26小时发电。该电站由Alabama州电力公司的能源控制中心进行远距离自动控制。

压缩空气发电系统利用压缩空气释放时所产生的推力作为一种动力源，然后将其推力转化为机械能或者电能，目前已公开了多种利用压缩空气来获得动力的发电装置。然而，压缩空气发电系统与常规发电系统存在明显区别，也一直是本领域研究的重点和难点。

CN103174598A公开了一种风能存储技术，其特点是通过重物储能和压缩空气储能两种储能方法，实现高密度的风能存储，其特点是通过风机风轮的转动带动重物上升，当重物上升到达一定高度后，固定待用，当高密度空气存储容器内空气压力减少到一定程度，则释放重物储存的势能，通过重物的拉力压缩空气进入空气存储容器，保持空气存储容器内的压力在一定的范围内，从而可以通过被压缩的空气推动发电机发出稳定可控的电力。然而，该专利文献并未公开具体的发电方式。

CN101413403A公开了一种空气动力发动机总成，包括储气罐、空气阀、空气分配器、进气管、凸轮轴、进气装置、排气控制装置、气缸、活塞、曲轴、联动器、离合器、自动变速器以及与外界连接的差速器，其特征在于：所述储气罐与空气分配器之间设有空气阀、恒压室和压力控制器，空气分配器连接气缸床上的数个气缸，每个气缸的通过排气总管连接排气室，排气室内设有叶轮发电机，发电机连接蓄电池，气缸上设置可控制气缸进气和排气凸轮轴，气缸内安装有驱动曲轴转动的活塞，凸轮轴与曲轴通过链条连接，曲轴依次通过联动器、离合器、变速器连接差速器。因此本发明利用压缩空气做功具有不用任何燃料，没有废气排放、不污染环境、且运行可靠、操作方便经济实用等优点；此外重复利用废气进行发电，节省了能源，降低了成本。然而，该专利文献的空气动力发动机总成的气路设置并不合理，导致压缩空气利用效率偏低，另外，该空气动力发动机是推动活塞运动做功，功率浪费严重。

《工程热物理学报》，2007年03期公开了一种压缩空气蓄能(CAES)电站所用的设备，其中该设备燃气轮机机组基本相同，包括压缩空气源、电动机/发电机、地下贮气室、换热器、燃烧室、燃气轮机等常用设备，可分为蓄能和发电两个子系统。然而，将燃气轮机用于压缩系统时，其能量效率明显偏低。