[发明专利]一种绝热压缩空气-高温差热泵耦合系统

说明书

本发明公开了一种绝热压缩空气‑高温差热泵耦合系统。在蓄能压缩阶段，利用温差将压缩机排出的高温超临界空气的热量传导至低温储热装置中；高温储热装置利用热泵原理，将经过低温储热装置后的压缩空气的温度降到环境温度以下，并储存在储气罐中，同时将热泵产生的高温热能储存在高温储热装置中。在释能膨胀阶段，压缩空气分别经过低温、高温储热装置，再经过膨胀‑发电机组，做功发电。本发明通过将绝热压缩空气系统中的热量通过电热存储技术储存、将电热存储技术的能量通过绝热压缩空气系统转化为电能，提高了系统的储能效率和能量密度、以及可以降低系统占地面积、减少废热水的排放。

技术领域

本发明属能量储存、节能技术领域。涉及一种热泵耦合系统，特别涉及一种绝热压缩空气-高温差热泵耦合系统，可以实现电能的高效存储和利用。相比传统的绝热压缩空气储能，本发明的绝热压缩空气-高温差热泵耦合系统有两个储热子系统，提高了系统的储能效率和能量密度、以及可以降低系统占地面积、减少废热水的排放。

背景技术

压缩空气储能能够实现大容量和长时间电能储存，绝热压缩空气储能是一种不依赖燃料的先进储能系统。在运行过程中会产生大量压缩热，这部分压缩热不能够完全传递给释能过程的压缩空气，所以会导致储热系统中的储热介质温度上升。这会对系统运行效率产生不利影响，解决方法通常是引入额外的冷却装置，但这会导致系统复杂程度的增加和热能的浪费。另一方面，绝热压缩空气储能对储气装置也有严格的限制，当不能够使用天然洞穴储气时，储气罐的体积大小就成为限制绝热压缩空气储能系统发展的重要原因。气体的体积与温度为正相关关系，所以可以通过降低储气温度、增加储能密度来减少系统的初投资和回收周期。电热存储技术应用热泵原理将电能转化为高温热能和冷能，在释能过程中利用高低温温度差将热能转化为电能，其储能密度高，但是由于受到热机效率的影响，导致储能效率较低。

发明内容

针对现有压缩空气储能和电热存储技术所存在的上述缺点和不足，本发明旨在提供一种绝热压缩空气-高温差热泵耦合系统，通过将绝热压缩空气系统中的热量通过电热存储技术储存、将电热存储技术的能量通过绝热压缩空气系统转化为电能，提高了系统的储能效率和能量密度、以及可以降低系统占地面积、减少废热水的排放。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案为：

一种绝热压缩空气-高温差热泵耦合系统，包括空气压缩机组、储气罐和空气膨胀机组，所述空气压缩机组包括至少一级空气压缩机，所述空气膨胀机组包括至少一级空气膨胀机，其特征在于：

所述系统还包括一低温储热装置和一高温储热装置，所述低温储热装置和高温储热装置中均设置有储热体以及设置在所述储热体中的取热换热部件和放热换热部件，

所述空气压缩机组的进气口与大气连通，所述空气压缩机组的排气口依次经一第一高温换热器的热侧和一第一低温换热器的热侧后与所述储气罐的进气口连通，

所述第一高温换热器的冷侧通过管路与所述低温储热装置中的取热换热部件构成循环回路，

所述第一低温换热器的冷侧出口经一热泵压缩机与所述高温储热装置中的取热换热部件的进口连通，所述高温储热装置中的取热换热部件的出口经一热泵膨胀机与所述第一低温换热器的冷侧进口连通，所述第一低温换热器的冷侧、热泵压缩机、高温储热装置的取热换热部件和热泵膨胀机构成一高温热泵单元；

所述储气罐的出气口依次经一第二低温换热器的冷侧和一第二高温换热器的冷侧后与所述空气膨胀机组的进气口连通，所述空气膨胀机组的排气口与大气连通，

所述第二低温换热器的热侧通过管路与所述低温储热装置中的放热换热部件构成循环回路，

所述第二高温换热器的热侧通过管路与所述高温储热装置中的放热换热部件构成循环回路。

本发明的绝热压缩空气-高温差热泵耦合系统，其工作原理为：